AGRIS - 

2022

Плешкова, Ольга Геннадьевна | Теплякова, Тамара Владимировна | Щербаков, Дмитрий Николаевич | Колосов, Петр Владимирович | Базарнова, Наталья Григорьевна

В статье приведены результаты исследований по биодеструкции компонентов лигноцеллюлозных субстратов при культивировании мицелия грибов Pleurotus ostreatus. Цель исследования –  изучение влияния базидиальных грибов P. ostreatus на ароматическую и углеводную составляющую растительного сырья. Для достижения этой цели в работе исследован компонентный состав растительного сырья на содержание лигнина, целлюлозы, легко- и трудногидролизуемых полисахаридов. Анализ структурных компонентов проводился по общепринятым в химии растительного сырья методикам в пересчете на абсолютно сухое сырье. Химический анализ субстратов показал, что в первую очередь биоконверсии подвергаются трудногидролизуемые полисахариды растительного сырья (для соломы пшеницы – на 15.25%, для лузги подсолнечника – на 10.55%, для осины древесины – на 17.54%). На основании этих данных можно предположить, что на однолетних растениях лигнин полностью не деструктирует, вследствие чего скорость роста грибов увеличивается на 2.5%. | The aim of the study was to study the effect of basidiomycetes on the aromatic and carbohydrate components of plant materials under the influence of the mycelium of the Pleurotus ostreatus fungus. To achieve this goal, we carried out a component analysis of the initial plant raw materials and raw materials after exposure to the mycelium of the basidiomycete. The moisture content in the raw material was determined, and the analysis of the content of: lignin, cellulose, easily and difficultly hydrolysable polysaccharides was carried out. The quantitative analysis of the structural components of plant raw materials was carried out according to the methods generally accepted in the chemistry of plant raw materials, in terms of absolutely dry raw materials. Chemical analysis of substrates showed that polysaccharides undergo bioconversion in the first place; difficultly hydrolyzable polysaccharides underwent biodegradation to a greater extent. It can be concluded that lignin does not completely destroy lignin on annual plants, as a result of which the growth and productivity of mushrooms increases.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2022

Евстигнеев, Эдуард Иванович

The review considers two directions of lignin valorization: valorization of technical lignins, as such, without preliminary depolymerization, and valorization through monomeric compounds formed as a result of their selective destruction. The first area includes the production of lignin hydrogels, the use of lignin in medicine and pharmacology, 3D printing, as well as in the production of carbon fibers and biofuels. Lignin hydrogels are distinguished by a high sorption capacity with respect to heavy metals such as lead, iron and copper, which, depending on the content of acidic groups in lignin and the molar mass of sorbate, is ~ 25-50% of the mass of lignin, and therefore they can be used for the purification of waste waters of chemical enterprises. Lignin has high biological activity against various pathogens, including viruses, which makes research in this area very relevant, especially against the backdrop of the COVID-19 pandemic. The use of lignin in some composites for 3D printing can increase the mechanical strength of finished products. The industrial implementation of the technology for the production of carbon fibers from lignin will ensure a twofold reduction in the mass of vehicles. The second direction of lignin valorization - hydrogenolysis and selective oxidation - allows one to obtain monomeric compounds with a yield close to the theoretical one. The economic aspects of valorization are also considered. In addition, based on a comparison of the results of valorization of coniferous and deciduous lignins, a hypothesis on the structure of native lignin was proposed. | В обзоре рассматривается два направления валоризации лигнина: валоризация технических лигнинов как таковых, без предварительной деполимеризации, и валоризация через мономерные соединения, образующиеся в результате их селективной деструкции. Первое направление включает в себя получение гидрогелей лигнина, применение лигнина в медицине и фармакологии, 3D-печати, а также в получении углеродных волокон и биотоплива. Гидрогели лигнина отличаются высокой сорбционной способностью по отношению к тяжелым металлам, таким как свинец, железо и медь, составляющей в зависимости от содержания кислых групп в лигнине и молярной массы сорбата ~ 25–50% от массы лигнина, в связи с чем их можно использовать для очистки сочных вод химических предприятий. Лигнин обладает высокой биологической активностью по отношению к различным патогенам, включая вирусы, что делает исследования в этой области весьма актуальными, особенно на фоне пандемии COVID-19. Использование лигнина в некоторых композициях для 3D-печати позволяет увеличивать показатели механической прочности готовых изделий. Реализация в промышленности технологии получения углеродных волокон из лигнина позволит обеспечить двукратное снижение массы автомобилей. Второе направление валоризации лигнина – гидрогенолиз и селективное окисление – позволяют получать мономерные соединения с выходом, близким к теоретическому. Рассмотрены также экономические аспекты валоризации. Кроме того, на основании сравнения результатов валоризации хвойного и лиственного лигнинов предложена гипотеза о строении нативного лигнина.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2022

Вураско, Алеся Валерьевна | Агеев, Максим Аркадьевич | Сиваков, Валерий Павлович

Hogweed multiplies rapidly and gains a large volume of phytomass during the growing season, which allows us to consider the mature biomass of hogweed as a raw material for cellulose production. The aim of the work is to obtain cellulose from lignified stems of hogweed by an oxidative-organosolvent method and study its properties. Raw materials in the form of stems harvested in August contain less lignin, more cellulose and minerals, compared to raw materials harvested in September. The component composition of raw materials: the mass fraction of lignin is 21.9%, cellulose is 46.4% of the absolutely dry raw materials. Depending on the conditions, cellulose with a yield of 49.5–49.7% was obtained by redox-organosolvent cooking with preliminary alkaline treatment % of absolutely dry raw materials, the mass fraction of lignin is 3.9–4.3% of the mass of absolutely dry cellulose, whiteness 72.0–80.2%. The best indicators for physical and mechanical properties are cellulose obtained at a consumption of 0.8 g/g of equilibrium peroxyacetic acid and with a duration of alkaline treatment of 90 minutes. The analysis of cellulose showed that it is possible to obtain cellulose from hogweed that is comparable in characteristics to GOST 28172-89. The anatomical elements of cellulose contain bast fibers, parenchymal cells and vessels. The average fiber length is 0.70 mm, and the average fiber width is 20.4 microns. According to the fractional composition and fiber sizes, the resulting cellulose should be attributed to short-fiber semi-finished products. | Борщевик быстро размножается и набирает большой объем фитомассы за вегетационный период, что позволяет рассматривать зрелую биомассу борщевика как сырье для получения целлюлозы. Целью работы является получение целлюлозы из одревесневших стеблей борщевика окислительно-органосольвентным способом и изучение ее свойств. В ходе работы установлено, что сырье, заготовленное в августе, содержит меньше лигнина, больше целлюлозы и минеральных веществ по сравнению с сырьем, заготовленным в сентябре. Компонентный состав сырья: массовая доля лигнина – 21.9%, целлюлозы – 46.4% от абсолютно сухого сырья. Окислительно-органосольвентной варкой с предварительной щелочной обработкой в зависимости от условий получена целлюлоза с выходом 49.5–49.7% от абсолютно-сухого сырья, массовой долей лигнина 3.9–4.3% от массы абсолютно-сухой целлюлозы, белизной 72.0–80.2%. Лучшими показателями по физико-механическим свойствам обладает целлюлоза, полученная при расходе рПУК 0.8 г/г и с продолжительностью щелочной обработки 90 мин. Из борщевика можно получать целлюлозу, сопоставимую по характеристикам с ГОСТ 28172-89 марки ЛС-4. Анатомические элементы целлюлозы содержат лубяные волокна, паренхимные клетки и сосуды. Средняя длина волокна составляет 0.70 мм, а средняя ширина волокна – 20.4 мкм. По фракционному составу и размерам волокон полученную целлюлозу следует отнести к коротковолокнистым полуфабрикатам.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2022

Евстигнеев, Эдуард Иванович

The review considers two directions of lignin valorization: valorization of technical lignins, as such, without preliminary depolymerization, and valorization through monomeric compounds formed as a result of their selective destruction. The first area includes the production of lignin hydrogels, the use of lignin in medicine and pharmacology, 3D printing, as well as in the production of carbon fibers and biofuels.Lignin hydrogels are distinguished by a high sorption capacity with respect to heavy metals such as lead, iron and copper, which, depending on the content of acidic groups in lignin and the molar mass of sorbate, is ~ 25-50% of the mass of lignin, and therefore they can be used for the purification of waste waters of chemical enterprises. Lignin has high biological activity against various pathogens, including viruses, which makes research in this area very relevant, especially against the backdrop of the COVID-19 pandemic. The use of lignin in some composites for 3D printing can increase the mechanical strength of finished products. The industrial implementation of the technology for the production of carbon fibers from lignin will ensure a twofold reduction in the mass of vehicles.The second direction of lignin valorization - hydrogenolysis and selective oxidation - allows one to obtain monomeric compounds with a yield close to the theoretical one. The economic aspects of valorization are also considered. In addition, based on a comparison of the results of valorization of coniferous and deciduous lignins, a hypothesis on the structure of native lignin was proposed. | В обзоре рассматривается два направления валоризации лигнина: валоризация технических лигнинов как таковых, без предварительной деполимеризации, и валоризация через мономерные соединения, образующиеся в результате их селективной деструкции. Первое направление включает в себя получение гидрогелей лигнина, применение лигнина в медицине и фармакологии, 3D-печати, а также в получении углеродных волокон и биотоплива.Гидрогели лигнина отличаются высокой сорбционной способностью по отношению к тяжелым металлам, таким как свинец, железо и медь, составляющей в зависимости от содержания кислых групп в лигнине и молярной массы сорбата ~ 25–50% от массы лигнина, в связи с чем их можно использовать для очистки сочных вод химических предприятий. Лигнин обладает высокой биологической активностью по отношению к различным патогенам, включая вирусы, что делает исследования в этой области весьма актуальными, особенно на фоне пандемии COVID-19. Использование лигнина в некоторых композициях для 3D-печати позволяет увеличивать показатели механической прочности готовых изделий. Реализация в промышленности технологии получения углеродных волокон из лигнина позволит обеспечить двукратное снижение массы автомобилей.Второе направление валоризации лигнина – гидрогенолиз и селективное окисление – позволяют получать мономерные соединения с выходом, близким к теоретическому. Рассмотрены также экономические аспекты валоризации. Кроме того, на основании сравнения результатов валоризации хвойного и лиственного лигнинов предложена гипотеза о строении нативного лигнина.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2022

Плешкова, Ольга Геннадьевна | Теплякова, Тамара Владимировна | Щербаков, Дмитрий Николаевич | Колосов, Петр Владимирович | Базарнова, Наталья Григорьевна

В статье приведены результаты исследований по биодеструкции компонентов лигноцеллюлозных субстратов при культивировании мицелия грибов Pleurotus ostreatus. Цель исследования –  изучение влияния базидиальных грибов P. ostreatus на ароматическую и углеводную составляющую растительного сырья. Для достижения этой цели в работе исследован компонентный состав растительного сырья на содержание лигнина, целлюлозы, легко- и трудногидролизуемых полисахаридов. Анализ структурных компонентов проводился по общепринятым в химии растительного сырья методикам в пересчете на абсолютно сухое сырье.Химический анализ субстратов показал, что в первую очередь биоконверсии подвергаются трудногидролизуемые полисахариды растительного сырья (для соломы пшеницы – на 15.25%, для лузги подсолнечника – на 10.55%, для осины древесины – на 17.54%). На основании этих данных можно предположить, что на однолетних растениях лигнин полностью не деструктирует, вследствие чего скорость роста грибов увеличивается на 2.5%. | The aim of the study was to study the effect of basidiomycetes on the aromatic and carbohydrate components of plant materials under the influence of the mycelium of the Pleurotus ostreatus fungus. To achieve this goal, we carried out a component analysis of the initial plant raw materials and raw materials after exposure to the mycelium of the basidiomycete.The moisture content in the raw material was determined, and the analysis of the content of: lignin, cellulose, easily and difficultly hydrolysable polysaccharides was carried out. The quantitative analysis of the structural components of plant raw materials was carried out according to the methods generally accepted in the chemistry of plant raw materials, in terms of absolutely dry raw materials.Chemical analysis of substrates showed that polysaccharides undergo bioconversion in the first place; difficultly hydrolyzable polysaccharides underwent biodegradation to a greater extent. It can be concluded that lignin does not completely destroy lignin on annual plants, as a result of which the growth and productivity of mushrooms increases.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation

2022

Кострюков, Сергей Геннадьевич | Малов, Никита Александрович | Мастерова, Юлия Юрьевна | Матякубов, Хусаин Бахрамович | Конушкин, Иван Александрович | Саврасов, Константин Викторович | Пыненков, Александр Алексеевич | Хлучина, Наталья Александровна

A methodical approach for quantitative determination of lignin and cellulose in plant materials by midinfrared FT-IR spectroscopy using the suspension method in tablets with KBr was proposed. For the prepared model binary mixtures of pure cellulose and lignin a direct correlation was achieved between the concentration and intensity of the analytical absorption bands of lignin (1508–1512 cm-1) and cellulose (1059–1061 cm-1). Based on the obtained intensity / concentration dependences formulas were derived that allow calculating the content of lignin and cellulose. The proposed method was tested on a wide range of plant biomass samples: 9 wood samples and 11 samples of agro-processing wastes. A good suitability of the proposed method for the quantitative determination of lignin was shown; the deviation from the literature data was no more than 1%. However, the proposed method was not suitable for the determination of cellulose since it didn't take into account the contribution of hemicellulose and extractive substances in the absorption band of 1059–1061 cm-1, which resulted in greatly overestimated results of cellulose content determination. | Предложен методический подход для количественного определения лигнина и целлюлозы в растительных материалах методом ИК-спектроскопии в среднем инфракрасном диапазоне с использованием метода взвесей в таблетках с KBr. Для реализации этого метода были приготовлены двойные смеси, состоящие из целлюлозы и лигнина, в различном массовом соотношении, на основании которых были построены калибровочные графики, отражающие зависимость интенсивности аналитических полос поглощения лигнина (1508–1512 см-1) и целлюлозы (1059–1061 см-1) от их содержания в смесях. На основе полученных зависимостей интенсивность/концентрация выведены формулы, позволяющие по интенсивности аналитических полос поглощения рассчитать содержание лигнина и целлюлозы. Предложенная методика апробирована на широком круге образцов растительной биомассы: 9 образцов древесины и 11 образцов отходов переработки сельскохозяйственной продукции. Показана хорошая пригодность предлагаемого метода для количественного определения лигнина, отклонение от литературных данных составило не более 1%. Однако в предлагаемом варианте метод оказался непригоден для определения целлюлозы, так как не учитывал вклад гемицеллюлозы и экстрактивных веществ в полосу поглощения 1059–1061 см-1, следствием чего явились сильно завышенные результаты определения содержания целлюлозы.

Show more [+]

Less [-]

Altai State University - Russian Federation