Cilj nacionalnega projekta ARRS “Selektivna ekstrakcija molekul z visoko vrednostjo za sektor specialnih kemikalij iz ostankov predelave lesa” je bil valorizacija stranskih proizvodov, ki nastajajo v žagah ter industriji celuloze in papirja: vode za odstranjevanje lubja, vode iz lubja, za katere se običajno uporabljajo dragi postopki obdelave (brez obdelave jih ni možno izpustiti v okolje), in lubja, ki je trenutno zelo slabo cenjeno – uporablja se za energijo s sežiganjem. Projekt se je osredotočil na polifenolne spojine (heterogena družina molekul, ki se razlikujejo po velikosti in drugih kemijskih lastnostih), ki so v velikih količinah prisotne v teh stranskih proizvodih in imajo znane koristne učinke za zdravje. Zbiranje polifenolnih spojin bi lahko omogočilo njihovo ponovno uporabo v farmacevtski, živilski ali kozmetični industriji. S tem bi lahko zmanjšali uporabo kemikalij, ki temeljijo na fosilnih virih. Pri projektu je InnoRenew CoE združil moči z Institutom Jožef Stefan, podjetjem Arhel, Univerzo na Primorskem in Univerzo v Ljubljani, Fakulteto za farmacijo, da bi s kombinacijo znanja in izkušenj vseh sodelujočih raziskovalcev lahko projekt uspešno zaključili.

Med projektom je bila določena polifenolna sestava vode za odstranjevanje lubja, vode za stiskanje lubja in ekstraktov lubja. Rezultati so pokazali, da so vodni ekstrakti iz lubja, ki so v primerjavi z alkoholnimi ekstrakti okoljsko primernejši za uporabo v velikih količinah, pokazali manjšo raznolikost in količino ekstrahiranih fenolnih spojin v primerjavi z mešanico alkohol:voda, vendar še vedno dovolj veliko, da se lahko uporabljajo.  Ugotovili smo tudi, da so bile podobne spojine določene v vodnih ekstraktih lubja in vodi za odstranjevanje lubja/vodi za stiskanje lubja. Vendar je bilo v slednji manj različnih spojin. Določene so bile podobne spojine, kot so bile ugotovljene že v drugih raziskavah, vendar bo za učinkovit postopek zbiranja polifenolov zelo pomembno, da se lubje obdela v čim krajšem času, saj se raznolikost in količina polifenolnih spojin s časom hitro zmanjšujeta. Ugotovili smo tudi, da sama voda iz lubja ni idealen vir polifenolnih spojin za nadaljnjo obdelavo, saj ima nižje koncentracije fenolov in zelo nizek antioksidativni potencial. Zdi se, da so te matrice prej vir taninov in lignina z večjo molekulsko maso. Po drugi strani pa bi lahko bila voda za stiskanje lubja zanimiv vir polifenolnih spojin.

Prav zato so bili za raziskave zbiranja polifenolnih spojin iz kompleksnih vodnih raztopin z nanizanimi delci Fe3O4 izbrani vodni ekstrakti lubja. Ti delci so bili bodisi nemodificirani bodisi modificirani s citronsko kislino ali cetrimonijevim bromidom (CTAB). Cilj je bil prikazati sistem, ki bi bil zaradi magnetnih lastnosti delcev lahko boljši od običajnih adsorpcijskih/desorpcijskih sistemov (najpogosteje se uporabljajo adsorpcijske plasti s tipičnimi materiali, kot so zeolit, aktivno oglje, silikagel, aluminijev oksid ali sintetične smole). Slednje jim omogoča neprekinjeno delovanje (ker se zlahka odstranijo iz raztopine, nato z majhnimi količinami topil desorbirajo polifenole (regenerirajo) in vrnejo v raztopino) in ne povzroča težav, kot sta neenakomerna zasičenost adsorpcijske plasti in daljši čas obdelave odpadnih voda, ki tečejo skozi celotno adsorpcijsko plast. Uvedemo jih lahko v obstoječo tehnologijo in infrastrukturo, kar ne predstavlja veliko ovir za operativno uporabo. Rezultati so pokazali, da se z enkratno adsorpcijo na (ne)modificiranih delcih Fe3O4 zbere le majhna količina polifenolnih spojin v vodnih ekstraktih lubja. A dokazali smo tudi, da magnetni delci po 15 ciklih adsorpcije/desorpcije ohranijo sposobnost vezave polifenolov. Ti delci so zato ponovno uporabni in sistem je mogoče vzpostaviti tako, da lahko zbira polifenolne spojine v več kratkih ciklih adsorpcije in desorpcije, pri čemer se polifenolne spojine kopičijo z vsakim ciklom.

Drugi cilj tega projekta je bil tudi preučiti, ali je po ekstrakciji polifenolne spojine mogoče ločiti na posamezne spojine ali vsaj na razred spojin znotraj te kemično raznolike družine. Za ta namen smo opravili preskuse, da bi ugotovili, ali je polifenolne spojine možno ločiti na monolitnih kolonah. Prednost te vrste kolon je, da lahko obdelajo velike količine vzorca (do 25 l) v kratkem času ločevanja in se zlahka regenerirajo (omogočajo razmeroma dolgo življenjsko dobo). Rezultati so pokazali, da je bilo z optimizacijo pH, koncentracije etanola in soli možno uspešno ločiti fenolne kisline in fenolne aldehide.

Nadalje smo izvedeli obsežno analizo LCA, da bi primerjali gospodarske in okoljske koristi uporabe vode iz stiskalnice lubja ali vode iz lubja kot vira polifenolnih spojin namesto fosilnih goriv. Primerjali smo možnosti različnih industrijskih sistemov za ekstrakcijo in ločevanje (adsorpcijske postelje, sušenje z razprševanjem, ločevanje s HPLC, ultrafiltracija) za njeno uporabo v večjem obsegu.

Naše delo je bilo predstavljeno na več nacionalnih in mednarodnih konferencah. Projekt je bil priložnost za pomoč študentom pri njihovi poklicni poti: Nika Malečkar je zagovarjala diplomsko nalogo na temo modifikacije delcev Fe3O4 s citronsko kislino in cetiltrimetilamonijevim bromidom. Tanita Kupčič je zagovarjala magistrsko nalogo na temo določanja polifenolnih spojin v izvlečkih lubja in vodi iz lubja. Projekt je pozitivno vplival tudi na druge zadeve: razvite metode so bile uporabljene za določanje polifenolnih spojin v drugih matricah, kot so odpadna voda oljarne, lubje Helichrysum in srebrne jelke. Pridobljeno znanje o tehnikah FTIR in UV je pomagalo pri raziskavi o odkrivanju beljakovin v odpadnih vodah iz požara. Tudi dodatno razumevanje postopkov LCA je pomagalo pri uporabi znanja o požarnih odpadnih vodah. To je privedlo do več člankov, objavljenih v strokovnih revijah, in pomembnega prispevka k doktorski disertaciji Katje Kramberger.

 Dr. Kelly Peeters, raziskovalka v InnoRenew CoE