Extraction of lignin from agricultural residues and biological properties

การสกัดลิกนินจากวัตถุดิบเหลือทิ้งทางการเกษตรและสมบัติทางชีวภาพ

Name: Kraiwit Wanlipakron

LCSH: Lignin

LCSH: Rice straw

LCSH: Longan

LCSH: Alkaline earth metals

Abstract: This research aims to extract lignin from agricultural residues, rice straw, and longan peel. Rice straw had a lignin content of about 5.32±0.22% (w/w), while longan peel had a lignin content of 20.82±0.46%. The effect of dewaxing on lignin extraction during the pretreatment of rice straw and longan peel was examined. The results revealed that the lignin content was not different between un-dewaxed and dewaxed samples. After that, alkaline extraction with 40% sodium hydroxide was selected to extract lignin. The conventional method (boiling in a water bath, 4 h) and the autoclaving (121°C for 15 min) were used as physical pretreatment to assist the alkaline process in lignin extraction from rice straw and longan peel. The results revealed that the alkaline lignin yield from rice straw was 11.3 to 12.1% (w/w), while the lignin yield from longan peels was between 5.0 to 6.5%, with no difference in lignin content between both extraction methods. However, the rice straw lignin contained a high ash content as impurities. SEM, FTIR, DLS, and zeta potential characterized the physio-chemical properties of all alkaline lignin. Moreover, the alkaline lignin solubility test revealed that all alkaline was highly dissolved in 1 M NaOH (70-90% solubility), followed by 60% acetone or DMSO and 80% acetone, respectively. The biological activity of alkaline lignin from rice straw and longan peel was determined for the total phenolic compound, antioxidant, antidiabetic (α-amylase inhibition), antibacterial, and cytotoxicity. The total phenolic compound found in lignin from longan peel (123.26 - 155.47 mg GAE/g samples) was higher than rice straw lignin. The antioxidant activity of the lignin solution was represented through the DPPH and ABTS scavenging activity assays and the ferric-reducing power. Alkaline lignin from longan peels showed greater potential activity than lignin from rice straw with the high IC50 value of 32.46±1.41 - 38.54±0.63 mg TE/mL from DPPH, 23.94±0.26 - 28.58±0.10 mg TE/mL from ABTS and 450.76±5.94 - 1014.53±0.52 mg FeSO4•H2O/g sample of FRAP value. Moreover, all alkaline lignin revealed the possibility of inhibition of in vitro α-amylase at a range between 40.3 - 78.5% for rice straw lignin and between 51.6 - 77.4% for longan peel lignin. The antibacterial activities of alkaline lignins were evaluated with the tested bacterial strains such as P. aeruginosa TISTR2370, S. aureus TISTR746, S. epidermidis TISTR518, and B. subtilis TISTR1930. Alkaline lignins from rice straw and longan peel were potentially more effective against P. aeruginosa than the others. The cytotoxicity of all alkaline lignin was determined using HIEC-6 CRL-3266 (human intestinal epithelial cell line) and showed non-toxicity at 6.25-25 µg/mL. This research indicated that the yield and characteristics of lignin were affected by different pretreatments and alkali extractions, which were assisted by conventional and autoclave methods. However, all alkaline lignin derived from rice straw and longan peel showed promising biological properties. Thus, the extracted lignin could be further used as value-added products in pharmaceutical applications.

Abstract: งานวิจัยนี้มุ่งเน้นการสกัดลิกนินจากวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรทั้งฟางข้าวและเปลือกลำไย ฟางข้าวมีปริมาณลิกนินร้อยละ 5.32±0.22 โดยมวล ส่วนเปลือกลำไยพบปริมาณลิกนินร้อยละ 20.82±0.46 โดยมวล ผลกระทบของกระบวนการกำจัดไขต่อการสกัดลิกนินระหว่างขั้นตอนการปรับสภาพของฟางข้าวและเปลือกลำไยถูกศึกษา ผลการทดลองพบว่าปริมาณลิกนินไม่มีความแตกต่างกันระหว่างตัวอย่างที่ไม่ผ่านการกำจัดไขและผ่านการกำจัดไข หลังจากนั้นได้เลือกสกัดลิกนินด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้นร้อยละ 40 โดยมวลต่อปริมาตร โดยศึกษากระบวนการสกัดด้วยวิธีแบบดั้งเดิม (การต้มให้ความร้อนในอ่างควบคุมอุณหภูมิ เป็นเวลา 4 ชั่วโมง) และการสกัดภายใต้หม้อนึ่งไอน้ำแรงดันสูง (121 องศาเซลเซียส 15 นาที) ถูกใช้เป็นการปรับสภาพด้วยวิธีทางกายภาพเพื่อช่วยในการสกัดลิกนินจากฟางข้าวและเปลือกลำไย พบว่าปริมาณผลผลิตอัลคาไลน์ลิก-นินจากฟางข้าวอยู่ในช่วงร้อยละ 11.3 - 12.1 โดยมวล ขณะที่ปริมาณผลผลิตลิกนินจากเปลือกลำไยที่สกัดได้อยู่ในช่วงร้อยละ 5.0 - 6.5 โดยมวล ปริมาณลิกนินที่สกัดได้ของกระบวนการสกัดทั้งสองวิธีไม่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตามพบว่าลิกนินจากฟางข้าวมีปริมาณเถ้าสูง คุณสมบัติทางเคมีกายภาพของอัลคาไลน์ลิกนินที่สกัดได้ทั้งหมดถูกนำไปตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบบส่องกราด (SEM) เทคนิคฟูเรียร์ทรานส์ฟอร์มอินฟราเรดสเปกโตรสโคปี (FTIR) เครื่องวัดขนาดและศักย์ซีต้าของอนุภาค (DLS) นอกจากนี้ได้ศึกษาการละลายของอัลคาไลน์ลิกนินและพบว่าอัลคาไลน์ลิกนินทั้งหมดละลายได้มากในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้น 1โมลาร์ (ความสามารถในการละลายได้ร้อยละ 70-90) ตามด้วยสารละลายอะซิโตนความเข้มข้นร้อยละ 60 หรือ สารละลายไดเมทิลซัลฟอกไซด์ และสารละลายอะซิโตนความเข้มข้นร้อยละ 80 ตามลำดับ สมบัติทางชีวภาพของอัลคาไลน์ลิกนินจากฟางข้าวและเปลือกลำไยถูกวิเคราะห์หาสารประกอบฟินอลิกรวม การต้านอนุมูลอิสระ การต้านเบาหวาน (การยับยั้งการทำงานของแอลฟา-อะไมเลส) การต้านแบคทีเรีย และความเป็นพิษต่อเซลล์ โดยพบปริมาณสารประกอบฟินอลิกรวมของสารสกัดลิกนินจากเปลือกลำไย (123.26 – 155.47 มิลลิกรัมกรดแกลลิคต่อกรัมตัวอย่าง) ซึ่งมีค่าสูงกว่าลิกนินจากฟางข้าว การต้านอนุมูลอิสระของสารละลายลิกนินเมื่อวิเคราะห์ด้วยวิธี การยับยั้งอนุมูลอิสระ DPPH และ ABTS และความสามารถในการรีดิวซ์ FRAP พบว่าอัลคาไลน์ลิกนินจากเปลือกลำไยแสดงศักยภาพการยับยั้งอนุมูลอิสระได้สูงกว่าลิกนินจากฟางข้าว โดยมีค่าการยับยั้งอนุมูลอิสระร้อยละ 50 (IC50) ของ DPPH เท่ากับ 32.46±1.41 – 38.54±0.63 มิลลิกรัมโทรลอกซ์ต่อมิลลิลิตร ค่า IC50 ของ ABTS เท่ากับ 23.94±0.26 – 28.58±0.10 มิลลิกรัมโทรลอกซ์ต่อมิลลิลิตร และพบมีค่าการรีดิวซ์ FARP เท่ากับ 450.76±5.94 – 1014.53±0.52 มิลลิกรัมเฟอร์ริกต่อกรัมตัวอย่าง นอกจากนี้ยังพบความเป็นไปได้ในการยับยั้งเอนไซม์แอลฟา-อะไมเลสในหลอดทดลองอยู่ในช่วง ร้อยละ 40.3 - 78.5 สำหรับลิกนินจากฟางข้าว และระหว่างร้อยละ 51.6 - 77.4 สำหรับลิกนินจากเปลือกลำไย การทดสอบการต้านแบคทีเรียของอัลคาไลน์ลิกนินโดยการทดสอบกับเชื้อแบคทีเรียทดสอบ ได้แก่ Psudomonas aeruginosa TISTR2370, Staphylococcus aureus TISTR746, Staphylococcus epidermidis TISTR518 และ Bacillus subtilis TISTR1930 พบว่าอัลคาไลน์ลิกนินจากฟางข้าวและเปลือกลำไยแสดงศักยภาพในการยับยั้ง P. aeruginosa มากกว่าเชื้อแบคทีเรียสายพันธุ์อื่น ความเป็นพิษต่อเซลล์ของอัลคาไลน์ลิกนินโดยทดสอบเซลล์เยื่อบุผิวในลำไส้เล็กของมนุษย์ และพบว่าความเข้มข้นของลิกนิน 6.25-25 ไมโครกรัมต่อมิลลิลิตรไม่มีความเป็นพิษต่อเซลล์ งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าปริมาณผลผลิตและคุณลักษณะของลิกนินได้รับอิทธิพลจากกระบวนปรับสภาพที่แตกต่างกัน และการสกัดด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์แบบดั้งเดิมและการใช้หม้อนึ่งไอน้ำแรงดันสูงเข้าร่วม นอกจากนี้อัลคาไลน์ลิกนินจากฟางข้าวและเปลือกลำไยแสดงถึงศักยภาพของคุณสมบัติทางชีวภาพ ดังนั้นลิกนินที่สกัดได้สามารถใช้เป็นผลิตภัณฑ์มูลค่าเพิ่มในการประยุกต์ใช้ทางเภสัชกรรมต่อไปได้ในอนาคต

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: Jidapha Tinoi

Role: Advisor

Created: 2023

Modified: 2567-01-17

Issued: 2023-12-13

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Master of Science

Level: Master's Degree

Descipline: Biotechnology

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	629931009.pdf	3.69 MB	13	2026-05-26 18:16:01

ใช้เวลา

0.034877 วินาที