(Phys.org) —Lignina é um componente importante da parede celular em células vegetais e é responsável por estruturas rígidas, como a casca de árvore. É um polímero orgânico insolúvel em água, e envolve fibras de celulose por meio de ligação a vários polissacarídeos que são coletivamente conhecidos como hemiceluloses. Parte do processo de fabricação de papel é remover a lignina, ou deslignificação. Adicionalmente, há muito interesse em encontrar coisas simples, maneiras ambientalmente corretas de remover a lignina para acessar a celulose para biocombustíveis e para usar como um bioproduto. Contudo, processos de deslignificação tendem a envolver condições adversas, como altas temperaturas e pressão, e requerem reagentes cáusticos.

Vários pesquisadores vindos de instituições na China, Finlândia, e os Estados Unidos, liderado pelo Dr. Junyong Zhu do Laboratório de Produtos Florestais do USDA em Madison, Wisconsin, demonstraram que o ácido p-toluenossulfônico serve como um bom hidrótropo para a solubilização quase completa da lignina de madeira em temperaturas de ou abaixo de oitenta graus. Além disso, este processo leva menos da metade do tempo exigido em processos típicos de deslignificação. Este hidrótropo deixou grande parte da estrutura da lignina intacta, permitiu a separação de outros açúcares da amostra de madeira, e capacidade de reutilização demonstrada. Seu estudo aparece em Avanços da Ciência .
Uma maneira de recuperar polissacarídeos puros da biomassa linocelulósica é separar a lignina. Isso é melhor alcançado em um sistema aquoso, em vez de em solventes, devido aos custos de recuperação de solvente e às preocupações ambientais. Os hidrótropos são uma boa opção para solubilizar os componentes normalmente insolúveis da lignina em água, deixando para trás açúcares insolúveis em água. Ácido P-toluenossulfônico, ou p-TsOH, tem uma porção hidrofílica (ácido sulfônico) e uma porção hidrofóbica (tolueno), tornando-o um bom candidato para um hidrótropo eficaz.

Depois de testar partículas NE22 de choupo moído Wiley com p-TsOH em várias concentrações, temperaturas, e tempos de reação, os autores descobriram que p-TsOH em concentrações altas o suficiente para formar aglomerados agregados e em temperaturas iguais ou abaixo de 80 ^o C resultou solubilizado 90% da lignina na amostra, fazendo duas frações. Uma fração sólida continha principalmente celulose que era insolúvel em água e pode ser usada para produzir nanomateriais de celulose, ou fibras, ou açúcares monoméricos por meio de enzimas para biocombustíveis ou produtos bioquímicos.

A outra fração líquida continha lignina solubilizada e alguns açúcares hemicelulósicos, que pode ser convertido em furfural pelo p-TsOH no licor gasto.

Os autores conseguiram recuperar a lignina sólida da fração dissolvida por meio de diluição e precipitação. Como p-TsOH é um hidrótropo, deve formar agregados para solubilizar a lignina. Isso significa que há uma concentração mínima de p-TsOH necessária para formar agregados, conhecido como a concentração mínima de hidrótropo, ou MHC. Os autores descobriram que o MHC para p-TsOH é de cerca de 11,5% em peso. Após o fracionamento da madeira, a fração com lignina pode ser diluída abaixo do MHC para precipitar a lignina.

Os autores então examinaram o precipitado de lignina usando microscopia de força atômica. Eles descobriram que o procedimento mais suave para solubilizar a lignina usado neste estudo resultou em uma variedade de tamanhos de agregados de lignina (100 nm a 1,5 μm). Isso é de interesse para aplicações no desenvolvimento de materiais biodegradáveis.

Para entender como diferentes concentrações de p-TsOH e temperaturas afetaram a solubilização, os autores analisaram as frações do álamo com RMN 2D e compararam suas frações com as paredes das células inteiras do álamo. Eles então usaram esses resultados para otimizar as condições de concentração e temperatura para permitir a separação de polissacarídeos da parede celular. Com base em seus resultados de NMR, a melhor concentração de p-TsOH é 70% em peso. A temperatura pode ser reduzida de 80 ^o C a 65 ^o C e ainda resultam na separação da lignina dos polissacarídeos dentro da parede celular.

Finalmente, os autores conduziram um teste preliminar que demonstrou que o p-TsOH pode ser removido do licor gasto por meio de recristalização e reutilização. Suas descobertas mostraram diferenças insignificantes entre a quantidade de lignina que foi solubilizada no primeiro ciclo em comparação com o segundo ciclo, mostrando que o p-TsOH provavelmente tem boa reciclabilidade. Testes adicionais precisarão ser feitos para quantificar a quantidade de p-TsOH consumida.

Geral, esta pesquisa demonstra que o ácido p-toluenossulfônico é um candidato viável para processos de deslignificação em grande escala porque é reciclável, usa condições relativamente suaves, e solubiliza quase toda a lignina em amostras de madeira.

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