The effect of the time process of enzymatic hydrolysis on nanocellulose properties

• Autorzy: Babicka M , Woźniak Magdalena , Szentner Kinga , Borysiak Sławomir , Dwiecki Krzysztof , Ratajczak Izabela

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0015.6629

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The effect of the time process of enzymatic hydrolysis on nanocellulose properties - the aim of the study was to evaluate the effect of enzymatic hydrolysis time on the properties of obtained nanocellulose. Two cellulose materials were tested as a raw material for nanocellulose production in the experiment: Avicel and Whatman. The cellulolytic enzyme obtained from the fungus Trichoderma reesei was used to carry out the enzymatic hydrolysis reaction. Enzymatic hydrolysis was performed on cellulose using the reaction times of 0.5, 1, 2 and 4 hours. In order to characterize the obtained materials, the following analyses were used: infrared spectroscopy, X-ray diffraction and dynamic light scattering. The recorded results showed that cellulose after enzymatic hydrolysis showed similar parameters (particle size, XRD patterns and degree of crystallinity) after all the applied reaction times.

PL

Wpływ czasu procesu hydrolizy enzymatycznej na właściwości nanocelulozy. Celem pracy było określenie wpływu czasu hydrolizy enzymatycznej na właściwości otrzymanej nanocelulozy. W badaniach wykorzystano dwa materiały celulozowe do produkcji nanocelulozy: Avicel i Whatman. Do przeprowadzenia reakcji hydrolizy enzymatycznej zastosowano enzym celulolityczny uzyskany z grzyba Trichoderma reesei. Hydrolizę enzymatyczną przeprowadzono na celulozie stosując czas reakcji wynoszący 0,5, 1, 2 i 4 godziny. W celu scharakteryzowania otrzymanych materiałów zastosowano następujące analizy: spektroskopię w podczerwieni, dyfrakcję rentgenowską oraz dynamiczne rozpraszanie światła. Uzyskane wyniki wykazały, że celuloza po hydrolizie enzymatycznej wykazywała podobne parametry (wielkość cząstek, strukturę nadcząsteczkową i stopień krystaliczności) po wszystkich zastosowanych czasach reakcji.

Słowa kluczowe

EN

nanocellulose; enzymatic hydrolysis; XRD; FTIR; DLS

PL

nanoceluloza; hydroliza enzymatyczna; XRD; FTIR; DLS

• Wydawca: Wydawnictwo Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
• Czasopismo: Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW. Forestry and Wood Technology
• Rocznik: 2021
• Tom: No. 115
• Strony: 101--107
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Babicka M

• Department of Chemistry, Faculty of Forestry and Wood Technology, Poznań University of Life Sciences, Poland

autor

Woźniak Magdalena

• Department of Chemistry, Faculty of Forestry and Wood Technology, Poznań University of Life Sciences, Poland

autor

Szentner Kinga

• Department of Chemistry, Faculty of Forestry and Wood Technology, Poznań University of Life Sciences, Poland

autor

Borysiak Sławomir

• Institute of Chemical Technology and Engineering, Poznan University of Technology, Poland

autor

Dwiecki Krzysztof

• Department of Food Biochemistry and Analysis, Faculty of Food Science and Nutrition, Poznań University of Life Sciences, Poland

autor

Ratajczak Izabela

• Department of Chemistry, Faculty of Forestry and Wood Technology, Poznań University of Life Sciences, Poland

Bibliografia

• 1. ABDERRAHIM B., ABDERRAHMAN1 E., MOHAMED A., FATIMA T., ABDESSELAM T., KRIM O., 2015: Kinetic thermal degradation of cellulose, polybutylene succinate and a green composite: comparative study, World Journal of Environmental Engineering, 3, 4, 95-110.
• 2. BABICKA M., WOŹNIAK M., SZENTNER K., BARTKOWIAK M., PEPLIŃSKA B., DWIECKI K., BORYSIAK S., RATAJCZAK I., 2021: Nanocellulose production using ionic liquids with enzymatic pretreatment, Materials, 14, 12, 3264.
• 3. BARZKAR N., SOHAIL M., 2020: An overview on marine cellulolytic enzymes and their potential applications, Applied Microbiology and Biotechnology, 104, 6873–6892.
• 4. DRUZHININA I., KUBICEK C., 2017: Genetic engineering of Trichoderma reesei cellulases and their production, Microbial Biotechnology, 10, 6, 1485-1499.
• 5. FRENCH A.D., 2014: Idealized powder diffraction patterns for cellulose polymorphs, Cellulose, 21, 885–896.
• 6. HALDARA D., GAYENA K., SENB D., 2018: Enumeration of monosugars’ inhibition characteristics on the kinetics of enzymatic hydrolysis of cellulose, Process Biochemistry, 72, 130-136.
• 7. HINDELEH A., JOHNSON D., 1971: The resolution of multipeak data in fibre science, Journal of Physics D: Applied Physics, 4, 259–263.
• 8. KAFLE K., SHIN H., LEE C., PARK S., KIM S., 2015: Progressive structural changes of Avicel, bleached softwood, and bacterial cellulose during enzymatic hydrolysis, Scientific Reports, 5, 1, 1-10.
• 9. LEE H., HAMID S., ZAIN S., 2014: Conversion of Lignocellulosic Biomass to Nanocellulose: Structure and Chemical Process, The Scientific World Journal, 2014.
• 10. LEJA K., LEWANDOWICZ G., GRAJEK W., 2009: Produkcja bioetanolu z surowców celulozowych, Biotechnologia, 87, 4, 88-101.
• 11. MICHELIN M., GOMES D., ROMANÍ A., POLIZELI M., TEIXEIRA J., 2020: Nanocellulose production: exploring the enzymatic route and residues of pulp and paper industry, Molecules, 25, 3411.
• 12. PACHUAU L., VANLALFAKAWMA D., TRIPATHI S., LALHLENMAWI H., 2014: Muli bamboo (Melocanna baccifera) as a new source of microcrystalline cellulose, Journal of Applied Pharmaceutical Science, 4, 11, 87-94.
• 13. POSZYTEK K., 2016: Mikrobiologiczna utylizacja celulozy, Postępy Mikrobiologii, 55, 2, 132-146.
• 14. RABIEJ S., 1991: A comparison of two X-ray diffraction procedures for crystallinity determination, European Polymer Journal, 27, 947–954.
• 15. SOKOŁOWSKA K., KONIECZNA-MOLENDA A., WITEK E., 2016: Hydroliza odpadów celulozowych katalizowana enzymami celulolitycznymi immobilizowanymi na nośniku polimerowym, Polimery, 61, 9, 633-641.
• 16. THAPA S., MISHRA J., ARORA N., MISHRA P., LI H., O’HAIR J., BHATTI S., ZHOU S., 2020: Microbial cellulolytic enzymes: diversity and biotechnology with reference to lignocellulosic biomass degradation, Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, 19, 621–648.
• 17. XIAO Y., POOVAIAH C., UNDA F., RITCHIE L., DOMBROV M., PHALEN C., ARGYROS A., COLEMAN H., 2020: Expression of the Trichoderma reesei expansin-like protein, swollenin, in poplar results in biomass with improved sugar release by enzymatic hydrolysis, Biomass and Bioenergy 134, 105473.
• 18. YEH A., HUANG Y., CHEN S., 2009: Effect of particle size on the rate of enzymatic hydrolysis of cellulose, Carbohydrate Polymers, 79, 192–199.
• 19. ZIELIŃSKA D., SZENTNER K., WAŚKIEWICZ A., BORYSIAK S., 2021: Production of nanocellulose by enzymatic treatment for application in polymer composites, Materials, 14, 2124.
• 20. ŻYGO M., PROCHOŃ M., 2017: Enzymatyczne metody otrzymywania nanowłókien celulozowych, Eliksir, 5, 1, 26-29.