Med utgångspunkt i tidigare arbete utfört vid Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) och Wallenberg Wood Science Centre (WWSC), undersöker detta projekt om lövträlignin kan extraheras effektivt med högt utbyte och renhet genom att anpassa och optimera det gröna WWSC-extraktionsprotokollet. Lignin är det enda förnybara materialet i stora volymer som är sammansatt av aromater, varefter utökade användningsområden föreslås. Exempelvis kan det användas som byggstenar i tekniska plaster och termoplastiska elaster, såväl som polymerskum och råvarukemikalier. Istället för att öka koldioxidutsläppen genom fortsatt förbränning kan omvandlingen av lignin till nya föreningar även ersätta skadliga petrokemikalier. Ligninhalten är inte bara lägre i lövträ jämfört med barrträd utan också kemiskt annorlunda. Genom att innehålla en respektive två metoxylgrupper har lignin som är rikt på enheterna syringyl (S) eller guaiacyl (G) strukturella skillnader. Som en biomolekyl krävs lignin för att ge styrka, hydrofobicitet och styvhet till de sekundära cellväggarna i vattenledande och stödjande vävnader i kärlväxter. Den oordnade ligninpolymeren har stor strukturell mångfald och skapar komplexa hydrofoba nätverk genom att binda kovalent till kolhydrater och bilda så kallade lignin–kolhydratkomplex (LCCs). Avlägsnande av lignin är därför ett stort steg i flera industriella processer. Den huvudsakliga hemicellulosan i lövträ och barrträd är O-acetyl-4-O-metylglukuronoxylan (acGX) respektive O-acetyl-galaktoglukomannan (acGGM). Fullständig nedbrytning av grenad acGX kräver verkan av flera hydrolytiska enzymer som synergistiskt kan bryta ner cellulosa, hemicellulosa och lignin, vilka produceras av en mängd olika svampar och bakterier. Lignocellulosa bryts alltså ned av ett batteri av hydrolytiska och oxidativa enzymer i naturen. Partiell frigöring av xylos från grenade oligosackarider, producerade genomverkan av endo-1,4-β-xylanas, åstadkommes genom det hydrolytiska xylosidaset av linjära xylooligosackarider (XOS) till xylos (Xyl). Genom att optimera ligninextraktionsprotokollet baserat på höga avkastningar och representativa ligninpopulationer kommer det föreslagna ligninfokuserade bioraffinaderiet inte bara att skapa grönare processer som genererar nya raffinerade produkter utan också arbetsmöjligheter inom både forskning och industri.

Building on previous work performed at the Royal Institute of Technology (KTH) and Wallenberg Wood Science Centre (WWSC), this project examines whether hardwood lignin can be extracted efficiently with high yield and purity by adapting and optimizing the green WWSC extraction protocol.

Lignin is the only large-volume renewable material that is composed of aromatics, after which extended areas of use are proposed. For example, it may be used as building blocks in engineered plastics and thermoplastic elastomers, as well as polymeric foams and commodity chemicals. Instead of increasing carbon dioxide (CO2) emissions through continued combustion, the conversion of lignin into new compounds can also replace harmful petrochemicals. Lignin content is not only lower in hardwoods compared to softwoods but also chemically different. By containing one and two methoxyl groups, respectively, lignin that is rich in syringyl (S) or guaiacyl (G) moieties has structural differences. As a biomolecule, lignin is required to provide strength, hydrophobicity, and rigidity to the secondary cell walls of water-conducting and supportive tissues in vascular plants. The disordered lignin polymer has large structural diversity and creates complex hydrophobic networks by binding covalently to carbohydrates, forming so-called lignin–carbohydrate complexes (LCCs). Removal of lignin is, therefore, a major step in several industrial processes.

The major hemicellulose in hardwoods and softwoods is O-acetyl-4-O- methylglucuronoxylan (acGX) and O-acetyl-galactoglucomannan (acGGM), respectively. Complete degradation of branched acGX requires the action of several hydrolytic enzymes that can synergistically degrade cellulose, hemicellulose and lignin, which are produced by a variety of fungi and bacteria. Lignocellulose is thus degraded by a battery of hydrolytic and oxidative enzymes in nature. Partial liberation of xylose from branched oligosaccharides, produced by the action of endo-1,4-β-xylanase, is accomplished by the hydrolytic xylosidase of linear xylooligosaccharides (XOS) to xylose (Xyl). By optimizing the lignin extraction protocol based on high yields and representative lignin populations, the proposed lignin-first biorefinery will not only create greener processes that generate new refined products but also work opportunities in both research and industry.