@phdthesis{Rumpf2023,
  author    = {Rumpf, Jessica},
  title     = {Lignine aus Low-Input-Pflanzen: Einfluss von Biomasse, Vorbehandlung und Aufschlussparametern auf Struktur und Antioxidanz},
  organization    = {Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universit{\"a}t Bonn},
  url       = {https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5-72990},
  institution = {Fachbereich Angewandte Naturwissenschaften},
  pages     = {126},
  year      = {2023},
  abstract  = {Lignin ist ein aromatisches Biopolymer, das in den Zellw{\"a}nden von Pflanzen vorkommt. Es ist haupts{\"a}chlich aus drei sogenannten Monolignolen (p-Hydroxyphenyl (H), Guajakol (G) und Syringol (S)) aufgebaut, die {\"u}ber verschiedene Bindungen miteinander verkn{\"u}pft sein k{\"o}nnen, und enth{\"a}lt eine Vielzahl an funktionellen Gruppen. Interessant f{\"u}r die Verwendung von Lignin sind dabei insbesondere die vielen phenolischen Hydroxygruppen, die als Ausgangsstoff bei der Synthese neuer Produkte dienen k{\"o}nnen, daneben aber auch f{\"u}r seine antioxidativen Eigenschaften verantwortlich sind. Da Struktur und Eigenschaften von vielen Faktoren wie Biomasse und Aufschlussprozess abh{\"a}ngen, ist eine detaillierte Charakterisierung der Lignine n{\"o}tig, um Struktur-Eigenschafts-Beziehungen aufzukl{\"a}ren und so einen Schritt n{\"a}her an eine m{\"o}gliche stoffliche Nutzung zu kommen. Mit dieser Arbeit soll der Einfluss der Biomasse inklusive der verwendeten Partikelgr{\"o}ße sowie des Organosolv-Aufschlussprozesses auf die Monomerzusammensetzung, das Molekulargewicht und die Antioxidanz der isolierten Lignine untersucht werden. Als Rohstoffe zur Ligningewinnung dienen die drei mehrj{\"a}hrigen lignocellulosereichen Low-Input-Pflanzen Miscanthus x giganteus, Silphium perfoliatum und Paulownia tomentosa, die momentan haupts{\"a}chlich zur Energiegewinnung genutzt werden. Im Rahmen der Bio{\"o}konomiestrategie der Europ{\"a}ischen Union soll der Schwerpunkt zuk{\"u}nftiger Bioraffinerien jedoch auf eine ganzheitliche Nutzung von Biomassen gelegt und so auch die stoffliche Nutzung fokussiert werden. Zus{\"a}tzlich zu diesen drei Pflanzen werden auch Organosolv-Lignine aus den in der Literatur bereits gut beschriebenen Biomassen Weizenstroh und Buchenholz isoliert, und zwei Nadelholz-Kraft-Lignine als Vergleich herangezogen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Art der Biomasse haupts{\"a}chlich die Monomerzusammensetzung beeinflusst: Gr{\"a}ser bestehen aus allen drei Monolignolen, Laubh{\"o}lzer mehrheitlich aus S- und G-Einheiten, w{\"a}hrend Nadelh{\"o}lzer nur aus G-Einheiten aufgebaut sind. Die Holzlignine besitzen zudem h{\"o}here Molekulargewichte sowie bessere antioxidative Eigenschaften als die Gras- und Krautlignine. Mit der feineren Vermahlung der Biomasse kann die Monomerzusammensetzung beeinflusst werden: der Einsatz kleinerer Partikelgr{\"o}ßen f{\"u}hrt zu Ligninen mit einem h{\"o}heren Gehalt an H-Einheiten, sowohl f{\"u}r Miscanthus als auch f{\"u}r Paulownia. Außerdem kann bei Paulownia die Ausbeute gesteigert und eine Zunahme des Molekulargewichtes beobachtet werden, wenn die kleinste Siebfraktion f{\"u}r den Organosolv-Aufschluss verwendet wird. Einen gr{\"o}ßeren Einfluss als der Mahlgrad der Biomasse haben die Autohydrolyse sowie der Organosolv-Aufschlussprozess selbst. Die Monomerzusammensetzung {\"a}ndert sich aufgrund derselben Biomasse zwar kaum, die Bindungstypen zwischen den Monolignolen dagegen schon. Mit h{\"o}herer Prozessst{\"a}rke (Zeit, Temperatur, Ethanol-Konzentration) werden Etherbindungen gespalten, was den Anteil an phenolischen Hydroxygruppen und somit die Antioxidanz erh{\"o}ht. Neben dieser Depolymerisation werden partiell auch Rekondensationsreaktionen beobachtet. Die erzielten Ergebnisse liefern einen Beitrag zum Verst{\"a}ndnis des Zusammenhangs zwischen Ligninquelle und -gewinnung mit der daraus resultierenden Ligninstruktur und Antioxidanz und bieten damit eine Grundlage f{\"u}r den Wandel von der energetischen hin zu einer nachhaltigen stofflichen Nutzung dieses nachwachsenden Biopolymers. Gerade {\"u}ber die Wahl der Aufschlussparameter k{\"o}nnen Struktur und Antioxidanz gezielt beeinflusst werden, was in zuk{\"u}nftigen Studien weiter fokussiert werden sollte.},
  language  = {de}
}