AbstractBackground: In recent years

Abstract

Background: In recent years, biorefining of lignocellulosic biomass to produce multi-products such as ethanol and other biomaterials has become a dynamic research area. Pretreatment technologies that fractionate sugarcane bagasse are essential for the successful use of this feedstock in ethanol production. In this paper, we investigate modifications in the morphology and chemical composition of sugarcane bagasse submitted to a two-step treatment, using diluted acid followed by a delignification process with increasing sodium hydroxide concentrations. Detailed chemical and morphological characterization of the samples after each pretreatment condition, studied by high performance liquid chromatography, solid-state nuclear magnetic resonance, diffuse reflectance Fourier transformed infrared spectroscopy and scanning electron microscopy, is reported, together with sample crystallinity and enzymatic digestibility.
Results: Chemical composition analysis performed on samples obtained after different pretreatment conditions showed that up to 96% and 85% of hemicellulose and lignin fractions, respectively, were removed by this two-step method when sodium hydroxide concentrations of 1% (m/v) or higher were used. The efficient lignin removal resulted in an enhanced hydrolysis yield reaching values around 100%. Considering the cellulose loss due to the pretreatment (maximum of 30%, depending on the process), the total cellulose conversion increases significantly from 22.0% (value for the untreated bagasse) to 72.4%. The delignification process, with consequent increase in the cellulose to lignin ratio, is also clearly observed by nuclear magnetic resonance and diffuse reflectance Fourier transformed infrared spectroscopy experiments. We also demonstrated that the morphological changes
contributing to this remarkable improvement occur as a consequence of lignin removal from the sample. Bagasse unstructuring is favored by the loss of cohesion between neighboring cell walls, as well as by changes in the inner cell wall structure, such as damaging, hole formation and loss of mechanical resistance, facilitating liquid and enzyme access to crystalline cellulose.
Conclusions: The results presented herewith show the efficiency of the proposed method for improving the enzymatic digestibility of sugarcane bagasse and provide understanding of the pretreatment action mechanism. Combining the different techniques applied in this work warranted thorough information about the undergoing morphological and chemical changes and was an efficient approach to understand the morphological effects resulting from sample delignification and its influence on the enhanced hydrolysis results.

Kết quả (Việt) 1:

Tóm tắtBối cảnh: Những năm gần đây, biorefining lignocellulo sinh khối để sản xuất các sản phẩm nhiều như ethanol và tâm khác đã trở thành một khu vực năng động nghiên cứu. Tiền xử lý công nghệ fractionate bã mía là rất cần thiết cho việc sử dụng thành công của nguyên liệu này trong sản xuất ethanol. Trong bài này, chúng tôi điều tra sửa đổi trong hình Thái và các thành phần hóa học của bã mía nộp cho một điều trị hai bước, bằng cách sử dụng pha loãng axít theo sau một quá trình delignification với sự gia tăng nồng độ natri hydroxit. Chi tiết hóa chất và hình thái học đặc tính của các mẫu sau mỗi điều kiện tiền xử lý, nghiên cứu bởi sắc ký lỏng hiệu suất cao, trạng thái rắn cộng hưởng từ hạt nhân, khuếch tán phản xạ Fourier chuyển phổ hồng ngoại và quét kính hiển vi điện tử, được báo cáo, cùng với mẫu crystallinity và các enzym tiêu hóa.Kết quả: Phân tích thành phần hóa học thực hiện trên mẫu thu được sau khi điều kiện tiền xử lý khác nhau cho thấy rằng lên 96% đến 85% của hemicellulose và lignin phân số, tương ứng, đã được gỡ bỏ bằng phương pháp hai bước này khi nồng độ natri hydroxit là 1% (m/v) hoặc cao hơn được sử dụng. Loại bỏ hiệu quả lignin kết quả trong một thủy phân nâng cao năng suất đạt giá trị khoảng 100%. Xem xét sự mất mát cellulose do pretreatment (tối đa 30%, tùy thuộc vào trình), chuyển đổi tất cả cellulose làm tăng đáng kể từ 22,0% (đáng rạ bã cây không được điều trị) để hoàn thành đến 72,4%. Quá trình delignification, với kết quả là sự gia tăng trong cellulose lignin tỷ lệ, cũng rõ ràng quan sát thấy bằng cộng hưởng từ hạt nhân và khuếch tán phản xạ Fourier thí nghiệm chuyển phổ hồng ngoại. Chúng tôi cũng đã chứng minh rằng những thay đổi về hình Tháigóp này cải thiện đáng chú ý xảy ra do hậu quả của lignin loại bỏ từ mẫu. Bã mía unstructuring được ủng hộ bởi sự mất mát của gắn kết giữa thành tế bào lân cận, cũng như những thay đổi trong cấu trúc bên trong tế bào, chẳng hạn như làm hư hại, hình thành lỗ và sự giảm cơ khí sức đề kháng, tạo điều kiện tiếp cận chất lỏng và enzym tinh thể cellulose.Kết luận: Kết quả trình bày theo thông tư này hiển thị hiệu quả của phương pháp được đề xuất để cải thiện tiêu hóa enzym rạ bã cây mía và cung cấp sự hiểu biết về các cơ chế tiền xử lý hành động. Kết hợp các kỹ thuật khác nhau được áp dụng trong công việc này bảo hành các thông tin toàn diện về những thay đổi đang được hình thái học và hóa học và là một phương pháp hiệu quả để hiểu hiệu ứng hình thái học là hệ quả từ mẫu delignification và ảnh hưởng của nó trên kết quả nâng cao thủy phân.