SEC-MALS-undersøkelse av MWL-isolerte hydrolyseprodukter fra norsk gran (Picea abies)

Abstract

De siste tiårenes økte fokus på miljøutfordringer har ført til en voksende interesse for grønt karbon og bioøkonomi. Karbon fra biomasse er sett på som et bærekraftig alternativ til petroleumsbasert karbon. Det er stort potensiale for utvikling og forskning på dette området. Videre utvikling og forskning på biomasse vil gi bedre forståelse og utnyttelse av biopolymerene cellulose, hemicellulose og lignin.

I dette prosjektet var det ønskelig å undersøke hydrolyse av lignin ved dampeksplosjon. Åtte prøver av biomasse fra norsk gran (Picea abies) ble dampeksplodert i henholdsvis 5 og 10 minutter under 180, 190, 200 og 210 C. Lignin fra disse prøvene ble videre isolert som ballmøllet lignin (MWL). Sammen med en ubehandlet prøve ble ligninet analysert på HP-SEC-MALS for å bestemme molekylvekt og molekylmassefordeling.

Det ble observert endring i molekylvekt og molekylmassefordeling med behandlings-tid og temperatur. Særlig tydelig var det at molekylvekten til prøver dampeksplodert i 10 minutter sank drastisk. Molekylmassefordelingen til ligninprøvene sank med økt dampeksplosjons-tid og -temperatur. Det ble også påvist at dampeksplosjon fører til nedbrytning av karbohydrater som videre isoleres med MWL. Disse karbohydratene må tas i betraktning når estimatene av molekylvekt og molekylmassefordeling vurderes.

In the last decades an increased focus on environmental challenges has led to a growing interest for green carbon and bioeconomy. Carbon from biomass is seen as a sustainable alternative to petroleum-based carbon. There is a large potential for development and research in this area. Further development and research on biomass will lead to better understanding and utilization of the biopolymers cellulose, hemicellulose and lignin. The purpose of this project was to analyse the hydrolysis of lignin after steam explosion. Eight samples of biomass from Norway spruce (Picea abies) was pretreated with steam explosion at 5 and 10 minutes under 180, 190, 200 and 210°C. Lignin from the samples was then isolated as milled wood lignin (MWL). The samples was analysed at SEC-MALS and compared with an untreated sample. The weigh average molecular mass (Mw), number average molecular mass (Mn) and the polydispersity (ÐM) was determined by analysing the refractive index (RI) and multi angle light scattering (MALS) of the samples. Changes in molecular weight and molecular mass distribution were observed with increasing steam explosion time and temperature. There is observed a drastically decrease in the molecular weight of samples treated for 10 minutes. The molar mass dispersity of the samples decreased with the steam explosion time and temperature. It was also shown that steam explosion leads to the decomposition of carbohydrates, most likely from hemicellulose. These are isolated with the lignin in MWL. This must be taken into consideration when analysing the estimated molecular weight.