Revisiting organosolv strategies for sustainable extraction of valuable lignin: the CoffeeCat process

文献情報

出版日 2023-05-10
DOI 10.1039/D3SU00050H
インパクトファクター 0
著者

Marie E. Vuillemin, María Catalina Quesada-Salas, Jordane Jasniewski, Eric Husson, Catherine Sarazin


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要旨

An innovative and sustainable strategy for the selective extraction of lignin from lignocellulosic biomass has been designed, namely the CoffeeCat process, in which only green solvents and reagents are required: (i) water, (ii) 2-methyltetrahydrofuran-3-one (coffee furanone) recognized as a food grade ingredient and readily biodegradable and (iii) glutamic acid. Two fractions have been isolated from Miscanthus x giganteus, the delignified fraction (DL-glu) and the enriched-lignin fraction (L-glu). Competitive extraction yields of 27% and 43% of enriched-lignin fractions were respectively obtained at 140 °C (L-glu-140) and 180 °C (L-glu-180), based on the lignin content of the original biomass. The structural properties of these lignins were characterized by spectroscopic (FTIR and NMR), microscopic (SEM) and separative (SEC-MALLS) methods. Compared to other processes described in the literature, our strategy involved the isolation of lignin fractions with high purity (up to 84%). Both fractions have been valorized: (i) the DL-glu fractions have been subjected to ionic liquid pretreatment and subsequent enzymatic hydrolysis leading to a total depolymerization of the constitutive cellulose (99%) and to an efficient conversion of hemicellulose into xylose (70%); (ii) the L-glu fractions have been used to produce lignin nanoparticles (LNPs) in a mixture of 2-methyltetrahydrofuran-3-one/water (1/110 v/v). The size distribution (272 ± 9 nm and 472 ± 6 nm), charge (−29.2 ± 0.8 mV and −20.8 ± 0.4 mV) and regular spherical shape of these LNPs have been determined using Zetasizer-DLS measurements and SEM images of L-glu-140 and L-glu-180, respectively. In addition, the possibility of easy incorporation of the L-glu fraction into polylactic acid without requiring previous lignin modification has been preliminarily explored. The CoffeeCat process was thus demonstrated as a relevant eco-solution for an integrated lignocellulosic biorefinery.

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