Modified lignins were prepared. Soda and peroxy lignins were precipitated from black liquor produced from bagasse pulping with soda and peroxyacid pulping process. The precipitated lignins were hydrolyzed using 10% HCl. Different functional groups were also incorporated into lignin by carboxylation and phosphorylation reactions. Moreover crosslinking of these lignins were carried out using epichlorohydrin. Characterization of the modified lignins and lignins derivative were carried out using Infrared spectroscopy. Thermal analysis of these compounds were also carried out using TGA and DTA techniques. Efficiency of sorption of metal ions by the modified lignin was also investigated. It was found that, the peroxylignin and its derivatives show higher efficiency toward metal ions uptake than the soda lignin.
The conversion characteristics of the major components of Liriodendron tulipifera were investigated during acid-catalyzed organosolv pretreatment. Glucan in L. tulipifera was slowly hydrolyzed, whereas xylan was rapidly hydrolyzed. Simultaneous hydrolysis and degradation of xylan and lignin occurred; however, after complete hydrolysis of xylan at higher temperatures, lignin remained and was not completely degraded or solubilized. These conversion characteristics influence the structural properties of glucan in L. tulipifera. Critical hydrolysis of the crystalline regions in glucan occurred along with rapid hydrolysis of the amorphous regions in xylan and lignin. Breakdown of internal lignin and xylan bonds, along with solubilization of lignin, causes destruction of the lignin-carbohydrate complex. Over a temperature of 160℃, the lignin that remained was coalesced, migrated, and re-deposited on the surface of pretreated solid residue, resulting in a drastic increase in the number and content of lignin droplets. From the results, the characteristic conversions of each constituent and the changes in the structural properties in L. tulipifera effectively improved enzymatic hydrolysis in the range of 140℃-150℃. Therefore, it can be concluded that significant changes in the biomass recalcitrance of L. tulipifera occurred during organosolv pretreatment.
The word of lignin is derived from the Latin word 'ligum' meaning wood. Lignin is complex polymer consisting of coniferyl alcohol, sinapyl alcohol and p-coumaryl alcohol unit and has an amorphous, three dimensional network structure which is hard to be hydrolyzed by acid. Lignin is found in the cell wall of plants lignified. The mode of polymerization of these alcohols in the cell wall lead to a heterogeneous branched and cross-linked polymer in which phenyl propane units are linked by carbon-carbon and carbon-oxygen bonds. This polymerization of precursors, p-coumaryl alcohol, coniferyl alcohol and sinapyl alcohol to lignin is formed by enzymic dehydrolyzation. The reaction is initiated by an electron transfer which results in the formation of resonance-stabilized phenoxy radical. The combination of these radicals produces a variety of dimers, trimers and oligomers and so on. Lignin research has been divided into basic and practical application field. The basic studies contains biosynthesis, chemical structure, distribution in the cell wall and reactivity by reductants, oxidants and organic solvents. The application research will be approached the reaction of lignin in various pulp making involving pulp bleaching and its effect on pulp qualities. Lignin also will be studied for the production of fine chemicals, polymer products and the conservation into an energy source like petroleum oil because the amount of lignin produced in pulp making process is more than 51,000,000 tons per year in the world. Both basic and application research must lay emphasis on the development for the utilization of lignin and the pulping process. But these researches can not be completed without understanding lignin structure containing functional groups. Therefore, this paper was focused on the review of lignin formulation which has been studied since 1948 in chronological order. This review was based on monomers, dimers, trimers and tetramers of phenyl propane unit structures which were isolated and identified by different methods from various wood.ious wood.
Over the past several years, research efforts have been directed both at economically producing valuable substances from the wood biomass and at producing lignolytic enzymes at a lower cost. In the present study, we found that Phellinus igniarius, the basidiomycetes, secreted lignin peroxidase as a main lignolytic enzyme, which was detected maximum activity at 16th day of culture and showed 37 kDa of molecular mass in identification by activity assay and purification by anion-exchange chromatography. The Phellinus igniarius-derived lignin peroxidase hydrolyzed steam-exploded wood (Quercus mongolica) powder into small molecules showing cytotoxicity against cancer cel1s (HepG2 hepatoma, SK-N-SH neuroblastoma, B16 melanoma, MBT-2 bladder cancer). In addition, the enzyme hydrlysates of lignins (ELg) that were extracted from the steam-exploded oak showed more potent cytotoxic effects on the cancer cells than the enzyme hydrolysates of wood biomass (EWp), indicating that the cytotoxic effect of EWp may be due to the enzyme-degraded products of lignin among the lignocellulosics. Furthermore, the cytotoxic effect of ELg on Chang, normal liver cells, was much less potent than that of ELg on HepG2 and B16 cancer cells, indicating that the cytotoxic effect of ELg may be specific for cancer cells. The present results suggest that Phellinus igniarius may be a useful resource for the large-scale production of lignin peroxidase and that the lignin peroxidase may be applied for the generation of valuable biodegradation products from wood lignocellulosics for medical use.
Journal of Korea Technical Association of The Pulp and Paper Industry
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v.29
no.4
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pp.18-27
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1997
This study was performed to obtained the optimal delignified condition of exploded wood on the acid hydrolysis with sulfuric acid. Wood chips of pine wood(Pinus desiflora), oak wood(Quercus serrata) and birch wood (Betula platyphylla var. japonica) were treated with a high pressure steam (20-30kgf/$\textrm{cm}^2$, 2-6 minutes). The exploded wood was delignified with sodium hydroxide and sodium chlorite, and then hydrolyzed with sulfuric acid. The result can be summerized as follows ; In the exploded wood treated with sodium hydroxide, the optimal concentration of sodium hydroxide was 1% as content of lignin in the exploded wood. Lignin content of exploded wood treated with sodium chlorite was lower then that sodium hydroxide. The maximum reducing sugar yield of exploded wood treated with 1% sodium hydroxide was lower than non-treated exploded wood. In the case of sodium chlorite treated, the maximum reducing sugar yield was hgher than non-treated exploded wood. Sugar composition of acid hydrolysis solution was composed of xylose and glucose residue, and the rate of glucose residue was increased in high pressure condition.
Kim, Yong-Gyun;Lee, Sang-Mong;Park, Hyun-Chul;Kim, Keun-Ki;Son, Hong-Joo
Journal of Life Science
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v.17
no.4
s.84
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pp.568-574
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2007
Lignin degrading bacterium Pseudomonas sp. LG2 was able to degrade lignin substrate to a lot of APPL compound. APPL compound was detected in culture supernatants from Pseudomonas sp. LG2 grown with BSC(brewer's spent grain). FAE(ferulic acid esterase) and xylanase are induced from Pseudomonas sp. LG2 in the presence of carbon sources such as oat spelt xylan, HBSG I, II(hydrolyzed brewer's spent grain I, II) and AFBSG(autoclaved fraction from brewer's spent grain). However, xylanase and FAE are not induced by growth of Pseudomonas sp. LG2 on xylose and arabinose. Pseudomonas sp. LG2 is grown on medium containing oat spelt xylan, HBSG I, II and AFBSG and the induction of FAE and xylanase activities of extracellular proteins determined during 14 days. Maximum level of xylanase activity(5.3 U/mg) found at 6 days in culture contained oat spelt xylan as carbon source, whereas maximum level of FAE activity(15.4 mU/mg) was found at 8 days in culture contained AFBSG as carbon source. Most ferulic acid was released in culture supernatants when Pseudomonas sp. LG2 grown on oat spelt xylan, HBSG I, II and AFBSG. FAE of extracellular enzymes was also specific activity on methyl ferulic acid, methyl caffeic acid and methyl p-coumaric acid respectively, but not methyl sinapinic acid, methyl vanillic acid and methyl gallic acid.
The purpose of this study was to seek the optimum condition for effective separation of the chemical constituents of wood biomass by means of hydrolysis of acetone solution in presence of acid salt as a catalyst. Out of diverse acid salts the catalytic effect of aluminum sulfate ($Al_2(SO_4)_3$) was the most excellent during the hydrolysis of wood biomass in the acetone solution and the optimum concentration was 0.01 M (6.3 wt%). In the condition of mixture ratio of acetone and water to 9 : 1 as well as optimum concentration of aluminum sulfate two wood biomass species, oak wood (Quercus mongolica Fischer) and Pine wood (Pinus densiflora Sieb. et Zucc.), was hydrolyzed for 45 minutes at $200^{\circ}C$ and the degree of hydrolysis was determined to 92.7% and 92.4%, respectively. Extending the reaction time to 60 minutes in the mixture ratio of acetone and water to 8 : 2 the degree of hydrolysis of oak wood was also ca. 92.7%. In the case of Pinus, however, the similar hydrolysis ratio was obtained at $210^{\circ}C$. As the temperature and hydrolysis time increased, the quantitative amount of lignin recovered from the hydrolysate clearly increased, whereas the total amount of carbohydrates in the hydrolysate decreased rapidly. Considering the recoverable amount of lignin and carbohydrate in the hydrolysate, the best condition for the hydrolysis of wood biomasses were confirmed to the mixture ratio of acetone and water to 8 : 2, the concentration of aluminum sulfate of 6.3 wt%, hydrolysis temperature of $190^{\circ}C$ for 60 minutes. In this condition the total amounts of carbohydrate in the hydrolysates of oak wood and pine wood were estimated to 47.6% and 51.4%, respectively. The amount of lignin recovered from the hydrolysates were ca. 18.2% for oak wood and 13.7% for pine wood.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.20
no.2
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pp.36-43
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2012
Objective of this study was to investigate the effects of pre-treatment of rice straw by sizes(3cm, milled), temperatures($35^{\circ}C\;and\;55^{\circ}C$), with/without NaOH treatment, and RPM on the characteristics of volatile fatty acids production. The concentration of total volatile fatty acids (TVFAs) was increased with the hydrolyzed time. Concentration of VFAs in milled rice straw was higher than that in 3 cm cut. With the alkali treatment, the concentration of TVFAs were sharply increased, which showed 3 times higher than non-treatment. Concentration of VFAs was high at 150 rpm at $35^{\circ}C$, and at 80rpm and 200 rpm at $55^{\circ}C$. Among them acetic acid was dominant, which showed the similar increase with TVFAs. It was also observed that in the case of fibrous material, the contents of cellulose and hemi-cellulose were reduced a little, but no change in lignin.
To evaluate the effects of chemical pretreatments of lignocellulosic biomass on enzymatic hydrolysis process, Populus euramericana was pretreated for 1 hr with 1% sulfuric acid ($H_2SO_4$) at $150^{\circ}C$ and 1% sodium hydroxide (NaOH) at $160^{\circ}C$, respectively. Before the enzymatic hydrolysis, each pretreated sample was subjected to drying process and thus finally divided into four subgroups; dried or non-dried acid pretreated samples and dried or non-dried alkali pretreated samples and chemical and physical properties of them were analyzed. Biomass degradation by acid pretreatment was determined to 6% higher compared to alkali pretreatment. By the action of acid ca. 24.5% of biomass was dissolved into solution, while alkali degraded ca. 18.6% of biomass. However, reverse results were observed in delignification rates, in which alkali pretreatment released 2% more lignin fragment from biomass to the solution than acid pretreatment. Unexpectedly, samples after both pretreatments were determined to somewhat higher crystallinity than untreated samples. This result may be explained by selective disrupture of amorphous region in cellulose during pretreatments, thus the cellulose crystallinity seems to be accumulated in the pretreated samples. SEM images revealed that pretreated samples showed relative rough and partly cracked surfaces due to the decomposition of components, but the image of acid pretreated samples which were dried was similar to that of the control. In pore size distribution, dried acid pretreated samples were similar to the control, while that in alkali pretreated samples was gradually increased as pore diameter increased. The pore volume which increased by acid pretreatment rapidly decreased by drying process. Alkali pretreatment was much more effective on enzymatic digestibility than acid pretreatment. The sample after alkali pretreatment was enzymatically hydrolyzed up to 45.8%, while only 26.9% of acid pretreated sample was digested at the same condition. The high digestibility of the sample was also influenced to the yields of monomeric sugars during enzymatic hydrolysis. In addition, drying process of pretreated samples affected detrimentally not only to digestibility but also to the yields of monomeric sugars.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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