Hydrothermal processes for conversion of lignocellulosic biomass to value-added compounds - Milovanović, Tanja (visokošolska dela, 2020)
V doktorski disertaciji smo preučevali subkritični vodni proces razgradnje lignocelulozne biomase za pridobitev spojin z visoko dodano vrednostjo. Doktorska disertacija je razdeljena na štiri osrednja poglavja. V prvem in drugem delu disertacije smo preučevali vzorčne spojine (standarde celuloze in sladkorja ter kostanjeve tanine), z namenom razumeti procese pridobivanja spojin iz biomase. Razgradnjo celuloze in različnih sladkorjev smo izvedli v šaržnem reaktorju s subkritično vodo. Glavne faze, kot so v vodi topna frakcija, v acetonu topna frakcija in trdni ostanek, so bile ločene in analizirane. Analiza vodotopne faze je bila izvedena z metodo HPLC, opremljeno z UV in RI detektorjem, medtem ko je bila v acetonu topna faza celuloze analizirana z metodo GC-MS. Skupna vsebnost sladkorja je bila določena s kolorimetrično metodo fenol-žveplove kisline. Lastnosti trdega ostanka, pridobljenega iz celuloze, kot so: specifična površina, volumen por in premer por, pa so bile določene z adsorpcijsko metodo plina. Vodotopna faza je v večini sestavljena iz sladkornih monomerov in monomernih razgradnih produktov, kot so 5-hidroksimetilfurfural (5-HMF), furfural, eritroza, sorbitol, 1,6-anhidroglukoza, glikolaldehid, glicerlaldehid, 1,3-dihidroksiaceton, piruvaldehid , levulinske, mlečne, oksalne in jantarne kisline, medtem ko je fazo topno v acetonu, ki se imenuje tudi bio olje, sestavljajo furani, fenoli, karboksilne kisline, aldehidi, ketoni in visoko molekularne spojine. Na osnovi dobljenih rezulatov smo predlagali reakcijski mehanizem celuloze in sladkorjev v subkritični vodi. Rezultate hidrotermalne razgradnje celuloze in sladkorja smo uporabili za preučitev industrijsko zanimivih izdelkov, kot je obdelava papirnih odpadkov s subkritično vodo. Določeni so bili optimalni pogoji (temperatura in reakcijski čas), ki so nam dali največji izkoristek danih kemikalij (furfural, 5-HMF, levulinska kislina). %Lubje sladkega kostanja (Castanea Sativa) vsebuje veliko taninov in različnih fenolnih spojin, ki jih je mogoče uporabiti v farmacevtske, kozmetične, prehranske ter medicinske namene. V drugem delu disertacije smo uporabili izvleček sladkih kostanjevih taninov in lubje kostanjov, ki so zelo bogati z bioaktivnimi spojinami in zanimivi za predelavo s subkritičnim vodnim procesom. Spektrofotometrične metode smo uporabili za določitev skupne vsebnosti taninov, fenolov in ogljikovih hidratov ter antioksidativne aktivnosti. Identificirane spojine so elaginska in galna kislina, elagitanini (veslalagin, kastalagin, 1-o-galol castalagin, veskalin in kastalin), sladkorji (maltoza, glukoza, fruktoza in arabinoza) in derivati sladkorja (5-HMF, furfural in levulinska kislina). Rezultate, pridobljene s hidrotermalno hidrolizo, smo primerjali z rezultati kisle hidrolize. Nazadnje je bila izvedena optimizacija reakcijskih parametrov subkritičnih vodnih procesov, da bi dobili produkt, ki je zelo bogat z ellaginsko kislino. V tretjem delu disertacije je opisana ekstrakcija s subkritično vodno divjega kostanja (Aesculus hippocastanum), ki ga sestavljajo semena, semenska lupina, lubje in listi. Smo odkrili v ekstraktih različne spojine, kot so escini, eskulin, fraksin, fenolne spojine (klorogenska, neoklorogenska in galna kislina) in furfurali (5-hidroksimetifurfural, furfural in metilfufrual) in jih količinsko ovrednostili s pomočjo metode HPLC. V zadnjem delu disertacije je predstavljena primerjalna študija ekstrakcije kakavove lupine, z uporabo zelenih metod (superkritični CO2 in subkritična voda) in konvencionalne metode (ekstrakcija Soxhleta s heksanom in ekstrakcija s 50% acetonom), za pridobivanje bioaktivnih spojin. S HPLC smo dokazali obstoj metilksantinov, fenolnih spojin, sladkorjev, derivatov sladkorjev, masnih kislin.
Keywords: bioactive compounds; bioaktivne spojine; biološki odpadki; biomasa; biomass; biowaste; Disertacije; doktorske disertacije; ekstrakcija; extraction; hidroliza; hidrotermalna razgradnja; hydrolysis; hydrothermal degradation; Lignocelulozna biomasa; Razgradnja; subcritical water; subkritična voda