Ligniinin hyödyntäminen ja entsymaattinen käsittely
Koivisto, Matti (2020)
Koivisto, Matti
2020
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202003314236
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202003314236
Tiivistelmä
Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää eri lakkaasientsyymivariaatioiden soveltuvuutta ligniinin muokkaamiseen, sekä kartoittaa mahdollisuuksia ligniinin kaupalliseen hyödyntämiseen. Toimeksiantajana toimi Metgen Oy, joka tuottaa yrityksille räätälöityjä ratkaisuja biomassan hyödyntämiseen korkean arvon jatkojalosteiksi.
Kokeellisessa osuudessa verrattiin eri lähteistä peräisin olevien entsyymiprototyyppien aktiivisuustasoa kahdella mallisubstraatilla ja selvitettiin, korreloiko aktiivisuus mallisubstraateilla aktiivisuuteen ligniinin muokkauksessa. Tarkastelun kohteina olivat ligniinin radikalisaatio, demetylaatio, depolymerisaatio ja repolymerisaatio. Kokeissa käytettiin muuttujina prosessilämpötilaa, entsyymin annostusta sekä liuokseen liuenneen hapen määrää. Lisäksi työn aikana tarkasteltiin käytettyjen analyysimenetelmien soveltuvuutta lakkaasientsyymien vaikutusten mittaukseen.
Kokeet tehtiin laboratoriomittakaavassa 125 ml erlenmeyer-astioissa, joista kerättiin tietyin väliajoin näytteet analyyseja varten. Näytteet analysoitiin spektroskopisesti demetylaation ja aktiivisuuden selvittämiseksi sekä kromatografisesti de- ja repolymerisaation havaitsemiseksi.
Työn tuloksena saatiin tietoa eri entsyymivariaatioiden soveltuvuudesta ligniinin muokkaamiseen sekä prosessiolosuhteiden vaikutuksista ligniinin rakenteeseen, aktiivisuuteen ja partikkelikokoon liuoksessa. Lisäksi kirjallisessa osuudessa selvitettiin eri ligniinityyppien ominaisuuksia sekä kartoitettiin nykyisiä ja tulevia mahdollisuuksia ligniinin kaupalliseen hyödyntämiseen. The goal of this thesis was to study the suitability of different laccase enzyme variants for lignin modification and to survey the possibilities for commercial utilization of lignin. The client was Metgen Oy which produces tailored solutions for companies for biomass utilization in processed high value products.
In the experimental part different enzyme prototypes from various sources were studied by comparing the activity level of two model substrates to determine whether the activity of the model substrates correlates with the activity in lignin modification. The subjects of investigation comprised lignin radicalization, demethylation, depolymerization and repolymerization. As variables, process temperature, enzyme dosage and the amount of dissolved oxygen in the solution were deployed. Additionally, the suitability of the analysis methods selected for measuring the effects of the laccase enzymes was reviewed.
The experiments were made at laboratory scale in 125 ml Erlenmeyer flasks, from which the samples were collected at certain intervals for analysis. The samples were analyzed spectroscopically for the determination of demethylation and activity, and chromatographically for the detection of de- and repolymerization.
Information about the suitability of different enzyme variants for lignin modification was gathered as well as the effects of different process parameters on the structure, activity and particle size of the lignin in solution. In the literature survey also the properties of different lignin types were studied, and present and future possibilities for commercial utilization of lignin were surveyed.
Kokeellisessa osuudessa verrattiin eri lähteistä peräisin olevien entsyymiprototyyppien aktiivisuustasoa kahdella mallisubstraatilla ja selvitettiin, korreloiko aktiivisuus mallisubstraateilla aktiivisuuteen ligniinin muokkauksessa. Tarkastelun kohteina olivat ligniinin radikalisaatio, demetylaatio, depolymerisaatio ja repolymerisaatio. Kokeissa käytettiin muuttujina prosessilämpötilaa, entsyymin annostusta sekä liuokseen liuenneen hapen määrää. Lisäksi työn aikana tarkasteltiin käytettyjen analyysimenetelmien soveltuvuutta lakkaasientsyymien vaikutusten mittaukseen.
Kokeet tehtiin laboratoriomittakaavassa 125 ml erlenmeyer-astioissa, joista kerättiin tietyin väliajoin näytteet analyyseja varten. Näytteet analysoitiin spektroskopisesti demetylaation ja aktiivisuuden selvittämiseksi sekä kromatografisesti de- ja repolymerisaation havaitsemiseksi.
Työn tuloksena saatiin tietoa eri entsyymivariaatioiden soveltuvuudesta ligniinin muokkaamiseen sekä prosessiolosuhteiden vaikutuksista ligniinin rakenteeseen, aktiivisuuteen ja partikkelikokoon liuoksessa. Lisäksi kirjallisessa osuudessa selvitettiin eri ligniinityyppien ominaisuuksia sekä kartoitettiin nykyisiä ja tulevia mahdollisuuksia ligniinin kaupalliseen hyödyntämiseen.
In the experimental part different enzyme prototypes from various sources were studied by comparing the activity level of two model substrates to determine whether the activity of the model substrates correlates with the activity in lignin modification. The subjects of investigation comprised lignin radicalization, demethylation, depolymerization and repolymerization. As variables, process temperature, enzyme dosage and the amount of dissolved oxygen in the solution were deployed. Additionally, the suitability of the analysis methods selected for measuring the effects of the laccase enzymes was reviewed.
The experiments were made at laboratory scale in 125 ml Erlenmeyer flasks, from which the samples were collected at certain intervals for analysis. The samples were analyzed spectroscopically for the determination of demethylation and activity, and chromatographically for the detection of de- and repolymerization.
Information about the suitability of different enzyme variants for lignin modification was gathered as well as the effects of different process parameters on the structure, activity and particle size of the lignin in solution. In the literature survey also the properties of different lignin types were studied, and present and future possibilities for commercial utilization of lignin were surveyed.