МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ГЕМИЦЕЛЛЮЛОЗ (ОБЗОР)
УДК 547.455.526, 544.478
Аннотация
Общая мировая тенденция перехода к углерод-нейтральной экономике актуализирует исследования по глубокой переработке возобновляемого органического сырья. Наиболее востребованным направлением в этой области является переработка лигноцеллюлозной биомассы (ЛЦБ) для производства ценных химических продуктов. Гемицеллюлозы представляют собой важный класс растительных биополимеров, состоящих из различных моносахаридных единиц в зависимости от типа ЛЦБ и способа их извлечения. Данным биополимерам уделяется большое внимание, поскольку они проявляют широкий спектр биологической и фармакологической активности, таких как противоопухолевая, иммуномодулирующая, противомикробная, антиоксидантная, антикоагулянтная, что делает их одними из наиболее многообещающих объектов в биомедицинской и фармацевтической областях. При этом гемицеллюлозы широко распространены в природе и могут быть обнаружены в различных источниках, таких как растения, микроорганизмы, водоросли и животные. В данной научной статье представлен обзор о структурном разнообразии и методах выделения гемицеллюлоз, понимание тонкостей которых имеет решающее значение для их всестороннего потенциального использования в различных областях, в том числе и биомедицинских сферах. Также предоставлено описание зависимостей структурных различий полисахаридов от источников их содержания, описаны преимущества и недостатки различных процедур выделения.
Скачивания
Metrics
Литература
Sun X.-F., Wang H.-h., Jing Z.-x., Mohanathas R. Carbohydrate Polymers, 2013, vol. 92(2), pp. 1357–1366. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2012.10.032.
Li J., Liu Z., Feng C., Liu X., Qin F., Liang C., Bian H., Qin C., Yao S. Bioresource Technology, 2021, vol. 333. 125107. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.125107.
Lu Y., He Q., Fan G., Cheng Q., Song G. Green Processing and Synthesis, 2021, vol. 10(1), pp. 779–804. https://doi.org/10.1515/gps-2021-0065.
Gallina G., Alfageme E.R., Biasi P., García-Serna J. Bioresource Technology, 2018, vol. 247, pp. 980–991. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.09.155.
Zhu H., Luo W., Ciesielski P.N., Fang Z., Zhu J.Y., Henriksson G., Himmel M.E., Hu L. Chemical Reviews, 2016, vol. 116(16), pp. 9305–9374. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00225.
Khan A., Alamry K.A., Asiri A.M. ChemistrySelect, 2021, vol. 6(2), pp. 154–176. https://doi.org/10.1002/slct.202003978.
Jayawardena B., Pandithavidana D., Sameera W. Polysaccharides in Solution: Experimental and Computational Stud-ies. 2017. https://doi.org/10.5772/intechopen.69863.
Seidl P.R., Goulart A.K. Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry, 2016, vol. 2, pp. 48–53. https://doi.org/10.1016/j.cogsc.2016.09.003.
Huang L.Z., Ma M.G., Ji X.X., Choi S.E., Si С. Front Bioeng Biotechnol., 2021, vol. 9, 690773. https://doi.org/10.3389/fbioe.2021.690773.
Fu L., Liu S., Li S., Li Y., Ma M. Paper and Biomaterials, 2017, vol. 2(3), pp. 1–11. https://doi.org/10.26599/PBM.2017.9260015.
Kapu N., Trajano H. Biofuels, Bioproducts and Biorefining, 2014, vol. 8, pp. 857–870. https://doi.org/10.1002/bbb.1517.
Sun S.-L., Wen J.-L., Ma M.-G., Song X.-L., Sun R.-C. Carbohydrate Polymers, 2014, vol. 111, pp. 663–669. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.04.099.
Azarov V.I., Burov A.V., Obolenskaya A.V. Khimiya drevesiny i sinteticheskikh polimerov. [Chemistry of wood and synthetic polymers]. St. Petersburg, 1999, 629 p. (in Russ.).
Le Floch A., Jourdes M., Teissedre P.-L. Carbohydrate Research, 2015, vol. 417, pp. 94–102. https://doi.org/10.1016/j.carres.2015.07.003.
Kushwaha J., Singh R. Inorganic Chemistry Communications, 2023, vol. 152, 110721. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2023.110721.
Gladyshko Y. Extraction of hemicelluloses by acid catalyzed hydrolysis: Bachelor’s Thesis. Imatra, 2011, 45 p.
Rana A.K., Mostafavi E., Alsanie W.F., Siwal S.S., Thakur V.K. Industrial Crops and Products, 2023, vol. 194. 116331. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2023.116331.
Thomas P., Duolikun T., Rumjit N.P., Moosavi S., Lai C.W., Bin Johan M.R., Fen L.B. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 2020, vol. 110, 103884. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2020.103884.
Mishra R.K., Sabu A., Tiwari S.K. Journal of Saudi Chemical Society, 2018, vol. 22(8), pp. 949–978. https://doi.org/10.1016/j.jscs.2018.02.005.
Peng F., Peng P., Xu F., Sun R.-C. Biotechnology Advances, 2012, vol. 30(4), pp. 879–903. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2012.01.018.
Laine C., Harlin A., Hartman J., Hyvärinen S., Kammiovirta K., Krogerus B., Pajari H., Rautkoski H., Setälä H., Sievänen J., Uotila J., Vähä-Nissi M. Industrial Crops and Products, 2013, vol. 44, pp. 692–704. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2012.08.033.
Mikkonen K.S., Tenkanen M. Trends in Food Science & Technology, 2012, vol. 28(2), pp. 90–102. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2012.06.012.
Timell T.E. Wood Science and Technology, 1967, vol. 1(1), pp. 45–70. https://doi.org/10.1007/BF00592255.
Qaseem M.F., Shaheen H., Wu A.-M. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2021, vol. 144, 110996. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.110996.
Medvedeva Ye., Babkin V., Ostroukhova L. Khimiya rastitel'nogo syr'ya, 2003, no. 1, pp. 27–37. (in Russ.).
Dion C., Chappuis E., Ripoll C. Nutr Metab., 2016, vol. 13(28), article 28. https://doi.org/10.1186/s12986-016-0086-x.
Odonmažig P., Ebringerová A., Machová E., Alföldi J. Carbohydrate Research, 1994, vol. 252, pp. 317–324. https://doi.org/10.1016/0008-6215(94)90028-0.
Ponder G.R., Richards G.N. Carbohydrate Polymers, 1997, vol. 34(4), pp. 251–261. https://doi.org/10.1016/S0144-8617(97)00099-4.
Mohnen D. Current Opinion in Plant Biology, 2008, vol. 11(3), pp. 266–277. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2008.03.006.
Fry S.C. Biochem. Soc. Symp., 1994, vol. 60, pp. 5–14.
Kulkarni A.R., Pattathil S., Hahn M.G., York W.S., O'Neill M.A. Industrial Biotechnology, 2012, vol. 8(4), pp. 222–229. https://doi.org/10.1089/ind.2012.0014.
Dervilly-Pinel G., Tran V., Saulnier L. Carbohydrate Polymers, 2004, vol. 55(2), pp. 171–177. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2003.09.004.
Talebnia F., Karakashev D., Angelidaki I. Bioresour Technol., 2010, vol. 101(13), pp. 4744–4753. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.11.080.
Vieira F., Santana H.E.P., Silva D.P., Ruzene D.S. BioEnergy Research, 2023, pp. 1–16. https://doi.org/10.1007/s12155-022-10563-6.
Başar İ.A., Perendeci N.A. Energy, 2021, vol. 225, 120324. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.120324.
Zhang Y., Virjamo V., Sobuj N., Du W., Yin Y., Nybakken L., Guo H., Julkunen-Tiitto R. Sci. Total Environ, 2018, vol. 634, pp. 150–157. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.03.344.
Sjöström E., Alén R. Analytical methods in wood chemistry, pulping, and papermaking. Springer Science & Business Media, 1998.
Anthony A., Jonas B. Biotechnological Applications of Biomass. IntechOpen, 2020. https://doi.org/10.5772/intechopen.93607.
Guerriero G., Hausman J.F., Strauss J., Ertan H., Siddiqui K.S. Engineering in life sciences, 2016, vol. 16(1), pp. 1–16. https://doi.org/10.1002/elsc.201400196.
Loow Y.-L., Wu T.Y., Tan K.A., Lim Y.S., Siow L.F., Jahim J.M., Mohammad A.W., Teoh W.H. Journal of agricul-tural and food chemistry, 2015, vol. 63(38), pp. 8349–8363. https://doi.org/10.1021/acs.jafc.5b01813.
Chen H., Liu J., Chang X., Chen D., Xue Y., Liu P., Lin H., Han S. Fuel Processing Technology, 2017, vol. 160, pp. 196–206. https://doi.org/10.1016/j.fuproc.2016.12.007.
Singh R., Shukla A., Tiwari S., Srivastava M. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2014, vol. 32, pp. 713–728. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.01.051.
Egüés I., Sanchez C., Mondragon I., Labidi J. Bioresource Technology, 2012, vol. 103(1), pp. 239–248. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.09.139.
Mohtar S.S., Tengku Malim Busu T.N.Z., Md Noor A.M., Shaari N., Mat H. Carbohydrate Polymers, 2017, vol. 166, pp. 291–299. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2017.02.102.
Hsu T.-C., Guo G.-L., Chen W.-H., Hwang W.-S. Bioresource Technology, 2010, vol. 101(13), pp. 4907–4913. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.10.009.
Marcotullio G., Krisanti E., Giuntoli J., de Jong W. Bioresource Technology, 2011, vol. 102(10), pp. 5917–5923. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.02.092.
Geddes C.C., Peterson J.J., Roslander C., Zacchi G., Mullinnix M.T., Shanmugam K.T., Ingram L.O. Bioresource Technology, 2010, vol. 101(6), pp. 1851–1857. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.09.070.
Linde M., Jakobsson E.-L., Galbe M., Zacchi G. Biomass and Bioenergy, 2008, vol. 32(4), pp. 326–332. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2007.09.013.
Sassner P., Mårtensson C.-G., Galbe M., Zacchi G. Bioresource Technology, 2008, vol. 99(1), pp. 137–145. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2006.11.039.
Yang B., Wyman C.E. Biofuels, 2008, vol. 2.
Amin F.R., Khalid H., Zhang H., Rahman S.U., Zhang R., Liu G., Chen C. AMB Express, 2017, vol. 7(1), p. 72. https://doi.org/10.1186/s13568-017-0375-4.
Dafchahi M.N., Acharya B. Biomass Conversion and Biorefinery, 2023. https://doi.org/10.1007/s13399-023-04383-7.
Wang J., Minami E., Kawamoto H. Journal of Wood Science, 2021, vol. 67(1), p. 3. https://doi.org/10.1186/s10086-020-01936-6.
Carvalheiro F., Duarte L.C., Girio F.M. Journal of Scientific & Industrial Research, 2008, vol. 67, pp. 849–864.
Hamelinck C.N., Hooijdonk G.V., Faaij A.P. Biomass and Bioenergy, 2005, vol. 28(4), pp. 384–410. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2004.09.002.
Galbe M., Zacchi G. Appl. Microbiol. Biotechnol., 2002, vol. 59(6), pp. 618–628. https://doi.org/10.1007/s00253-002-1058-9.
Cheng H.-l., Zhan H.-y., Fu S., Lucia L.A. Bioresources, 2011, vol. 6, pp. 196–206. https://doi.org/10.15376/biores.6.1.196-206.
Chen J., Jia T., Yang G., He M. Journal of Korea TAPPI, 2017, vol. 49(2), pp. 30–40. https://doi.org/10.7584/JKTAPPI.2017.04.49.2.30.
Geng W., Narron R., Jiang X., Pawlak J.J., Chang H.-m., Park S., Jameel H., Venditti R.A. Cellulose, 2019, vol. 26(5), pp. 3219–3230. https://doi.org/10.1007/s10570-019-02261-y.
Cao L., Yu I. K.M., Liu Y., Ruan X., Tsang D., Hunt A.J., Ok Y.S., Song H., Zhang S. Bioresour Technol., 2018, vol. 269, pp. 465–475. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.08.065.
Mohan M., Balaji C., Goud V.V., Banerjee T. Journal of Solution Chemistry, 2015, vol. 44(3), pp. 538–557. https://doi.org/10.1007/s10953-015-0295-3.
Zhang P., Dong S.-J., Ma H.-H., Zhang B.-X., Wang Y.-F., Hu X.-M. Industrial Crops and Products, 2015, vol. 76, pp. 688–696. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.07.037.
da Costa Lopes A.M., João K.G., Bogel-Łukasik E., Roseiro L.B., Bogel-Łukasik R. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2013, vol. 61(33), pp. 7874–7882. https://doi.org/10.1021/jf401980p.
da Silva S.P.M., da Costa Lopes A.M., Roseiro L.B., Bogel-Łukasik R. RSC advances, 2013, vol. 3(36), pp. 16040–16050. https://doi.org/10.1039/C3RA43091J.
Yuan L., Hong P., Hu L., Yu R., Peng W., Ruan R., Xia Q., Zhang Y., Liu A.-h. BioResources, 2019, vol. 14(1), pp. 2097–2112. https://doi.org/10.15376/biores.14.1.2097-2112.
da Costa Lopes A.M., João K.G., Morais A.R.C., Bogel-Łukasik E., Bogel-Łukasik R. Sustainable Chemical Processes, 2013, vol. 1(1), p. 3. https://doi.org/10.1186/2043-7129-1-3.
Anugwom I., Mäki-Arvela P., Virtanen P., Willför S., Sjöholm R., Mikkola J.P. Carbohydrate Polymers, 2012, vol. 87(3), pp. 2005–2011. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2011.10.006.
Lan W., Liu C.-F., Sun R.-C. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011, vol. 59(16), pp. 8691–8701. https://doi.org/10.1021/jf201508g.
da Costa Lopes A.M., Lins R.M., Rebelo R.A., Łukasik R.M. Green Chemistry, 2018, vol. 20(17), pp. 4043–4057. https://doi.org/10.1039/C8GC01763H.
Chen L., Sharifzadeh M., Mac Dowell N., Welton T., Shah N., Hallett J.P. Green Chemistry, 2014, vol. 16(6), pp. 3098–3106. https://doi.org/10.1039/C4GC00016A.
Wi S.G., Cho E.J., Lee D.-S., Lee S.J., Lee Y.J., Bae H.-J. Biotechnology for Biofuels, 2015, vol. 8(1), p. 228. DOI: 10.1186/s13068-015-0419-4.
Hu M., Chen J., Yu Y., Liu Y. Molecules, 2022, vol. 27(19). https://doi.org/10.3390/molecules27196359.
Yin D., Jing Q., AlDajani W.W., Duncan S., Tschirner U., Schilling J., Kazlauskas R.J. Bioresource Technology, 2011, vol. 102(8), pp. 5183–5192. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2011.01.079.
Teixeira L.C., Linden J.C., Schroeder H.A. Appl. Biochem. Biotechnol., 2000, vol. 84, pp. 111–127. https://doi.org/10.1385/abab:84-86:1-9:111.
Bragatto J., Segato F., Squina F.M. Industrial Crops and Products, 2013, vol. 51, pp. 123–129. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2013.08.062.
An Q., Bu J., Cheng J.-R., Hu B.-B., Wang Y.-T., Zhu M.-J. International Journal of Hydrogen Energy, 2020, vol. 45(55), pp. 30211–30221. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.08.069.
Luo M., Tian D., Shen F., Hu J., Zhang Y., Yang G., Zeng Y., Deng S., Hu Y. Biomass Conversion and Biorefinery, 2019, vol. 9(2), pp. 321–331. https://doi.org/10.1007/s13399-018-0364-0.
Duan X., Zhang C., Ju X., Li Q., Chen S., Wang J., Liu Z. Bioresource Technology, 2013, vol. 140, pp. 363–367. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2013.04.101.
Hao X., Wen P., Wang J., Wang J., You J., Zhang J. Bioresource Technology, 2020, vol. 297, 122349. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122349.
Yang M., Xu M., Nan Y., Kuittinen S., Kamrul Hassan M., Vepsäläinen J., Xin D., Zhang J., Pappinen A. Bioresource Technology, 2018, vol. 257, pp. 113–120. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.02.072.
Lee D.-S., Lee Y.-G., Song Y., Cho E.-J., Bae H.-J. Frontiers in Energy Research, 2020, vol. 8. https://doi.org/10.3389/fenrg.2020.00034.
Kuznetsov B.N., Sudakova I.G., Garyntseva N.V., Tarabanko V.E., Chesnokov N.V., Djakovitch L., Rataboul F. Topics in Catalysis, 2020, vol. 63(1), pp. 229–242. https://doi.org/10.1007/s11244-020-01244-9.
Copyright (c) 2024 Химия растительного сырья
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями:
1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
2. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале.
3. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу.
