Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

The Influence of Selected Physico-Chemical Pretreatment Methods on Chemical Composition and Enzymatic Hydrolysis Yield of Poplar Wood and Corn Stover

Antczak Andrzej, Szadkowski Jan, Radomski Andrzej, Zawadzki Janusz, Dąbkowska-Susfał Katarzyna, Walkowiak Małgorzata, Witczak Magdalena, Cichy Wojciech

Drewno : prace naukowe, doniesienia, komunikaty

|

2023

|

Vol. 66, nr 211

Art. no. 1644-3985.423.01

EN

In the paper, three different physico-chemical pretreatment methods in relation to bioethanol production were compared. The wood of fast-growing poplar species (Populus deltoides x maximowiczii and Populus trichocarpa Torr. & A. Gray ex Hook) and corn stover were used as a feedstock. The chemical composition and enzymatic hydrolysis efficiency of the biomass before and after pretreatments were compared. On the basis of the results, it was concluded that the applied pretreatments changed the chemical composition of the raw materials. In the case of the acid and LHW (liquid hot water pretreatment) methods, up to 93.7% of hemicelluloses (especially pentosans) were removed. From among the selected pretreatment methods, the LHW and alkaline methods occurred to be the most interesting. Nevertheless, from the bioethanol production point of view, the LHW process of Populus deltoides x maximowiczii wood was the best because after enzymatic hydrolysis, high amounts of glucose (up to 600.9 mg/g pretreated biomass) and minor amounts of xylose (up to 37.9 mg/g pretreated biomass) were produced. Moreover, based on the chemical composition and sugar profile analysis, it was proved that the Populus trichocarpa wood also has a high potential for bioethanol production.

2

Effects of soaking aqueous ammonia pretreatment on chemical composition and enzymatic hydrolysis of corn stover

Akus-Szylberg Florentyna, Antczak Andrzej, Zawadzki Janusz

Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW. Forestry and Wood Technology

|

2021

|

No. 115

29--36

EN

Effects of soaking aqueous ammonia pretreatment on chemical composition and enzymatic hydrolysis of corn stover. The aim of this research was to investigate the effect of applying two different temperatures of the soaking aqueous ammonia treatment on the chemical composition and enzymatic hydrolysis yield of the corn stover. Native corn stover as well as solid fractions after 20 h of alkali pretreatment performed at 15% ammonia solution and at 50 °C or 90 °C were analysed in terms of cellulose, holocellulose, lignin and extractives content. Both untreated and treated samples were subjected to the enzymatic hydrolysis and hydrolysates were examined with a high performance liquid chromatography (HPLC). Results indicated a significant development of enzymatic digestibility of the SAA treated biomass. Furthermore, a 38.7% and a 68.9% delignification levels in the biomass treated with ammonia at respectively 50 °C and 90 °C process comparing to the raw material were achieved.

PL

Wpływ wstępnej obróbki słomy kukurydzianej w wodnym roztworze amoniaku (SAA) na jej skład chemiczny i hydrolizę enzymatyczną. Celem badań było zbadanie wpływu zastosowania dwóch rożnych temperatur podczas obróbki wstępnej wodnym roztworem amoniaku słomy kukurydzianej na jej skład chemiczny oraz wydajność hydrolizy enzymatycznej. Próbki słomy natywnej, jak i słomy po 20 godzinach obróbki w 15% roztworze amoniaku i temperaturze 50 °C lub 90 °C zostały przebadane pod kątem zawartości celulozy, hemiceluloz, ligniny i substancji ekstrakcyjnych. Zarówno materiał natywny, jak i po obróbce został podany również hydrolizie enzymatycznej, a hydrolizaty zostały przebadane przy pomocy wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC). Uzyskane wyniki pozwoliły stwierdzić wysoce zwiększoną zawartość cukrów w hydrolizatach biomasy po obróbce SAA. Ponadto, osiągnięto 38.7% oraz 68.9% poziom delignifikacji odpowiednio po procedurze SAA przeprowadzonej w 50 °C i 90 °C.

3

Inhibitory compounds formation after liquid hot water (LHW) pretreatment of corn stover as an alternative to wood lignocellulosic feedstock for bioethanol production

Akus-Szylberg Florentyna, Antczak Andrzej, Zawadzki Janusz

Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW. Forestry and Wood Technology

|

2020

|

No. 110

110--117

EN

Inhibitory compounds formation after liquid hot water (LHW) pretreatment of corn stover as an alternative to wood lignocellulosic feedstock for bioethanol production. Thus far, corn stover has been perceived as a promising lignocellulosic alternative to wood intended for bioethanol procurement, however it should be recognised also as a potential future component in a mixed biomass system. The aim of this research was to investigate the effect of applying different hydrothermal treatment conditions on the potential inhibitory compounds formation from corn stover. An analysis of selected inhibitory compounds formed after pretreatment performed at different temperatures (160°C, 175°C, 190°C and 205°C) was carried out. Furfural, simple sugars and lignin were some of the inhibitors examined with HPLC and UV-VIS spectrophotometric methods. Furthermore, the chemical composition of organic extracts obtained from native and LHW pretreated biomass was analyzed qualitatively with GC-MS method and inhibitory compounds like vanillin, sitosterol or syringol were detected. As a result of those investigations compared to enzymatic hydrolysis yield the temperature of 175°C was chosen as the most promising condition of corn stover LHW pretreatment in terms of the efficiency of the subsequent phases of bioethanol production.

PL

Analiza inhibitorów powstałych po obróbce gorącą wodą (LHW) słomy kukurydzianej będącej alternatywnym dla drewna lignocelulozowym surowcem do produkcji bioetanolu. Głównym celem badań był wybór najlepszych warunków obróbki wstępnej metodą liquid hot water (LHW) słomy kukurydzianej mającej na celu zwiększenie wydajność hydrolizy enzymatycznej. W pracy przedstawiono analizę wybranych inhibitorów powstałych po procesie obróbki wstępnej gorącą wodą przeprowadzanym w różnych temperaturach (160°C, 175°C, 190°C i 205°C), które występują również w wyniku obróbki LHW drewna. W celu zbadania wybranych inhibitorów hydrolizy takich jak furfural, cukry proste i lignina zastosowano chromatografię HPLC i spektrofotometrię UV-VIS. Na chromatografie gazowym GC-MS wykonano analizę jakościową składu ekstraktów organicznych pozyskanych z materiału przed i po obróbce wstępnej, która pozwoliła zidentyfikować kilka kolejnych możliwych inhibitorów hydrolizy, takich jak: sitosterol, wanilina, czy syringol. W efekcie przeprowadzonych badań i ich analizy określono, że 175°C jest optymalną temperaturą obróbki wstępnej LHW słomy kukurydzianej.

4

Wpływ wstępnej obróbki słomy kukurydzianej gorącą wodą na jej skład chemiczny i hydrolizę enzymatyczną

Akus-Szylberg F., Antczak A., Bytner O., Radomski A., Krajewski K., Zawadzki J.

Przemysł Chemiczny

|

2018

|

T. 97, nr 11

1866--1869

PL

Przedstawiono wyniki badania składu chemicznego i hydrolizy enzymatycznej przeprowadzonej dla słomy kukurydzianej poddanej obróbce wstępnej metodą LHW w różnych temperaturach. Uzyskane wyniki pozwoliły stwierdzić, że wraz z rosnącą temperaturą procesu wzrastała zawartość otrzymywanej w hydrolizie enzymatycznej glukozy. Z kolei w przypadku ksylozy jej zawartość stopniowo malała. Stwierdzono również, że proces obróbki wstępnej metodą LHW miał korzystny wpływ na skład chemiczny słomy kukurydzianej jako potencjalnego substratu do produkcji bioetanolu.

EN

The shredded corn stover (chip size 0.43-1.0 mm) was treated with liq. hot H2O at 160-205°C and then treated with a com. enzyme in an aq. environment. The glucose and xylose contents in the hydrolyzates were detd. with high performance liq. chromatog. An increase of temp. in the thermal treatment resulted in an increase in glucose and decrease in xylose contents.

5

The study of chemical composition of corn stover as a potential lignocellulosic feedstock for bioethanol production

Akus-Szylberg F., Antczak A., Bytner O., Krajewski K., Zawadzki J.

Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW. Forestry and Wood Technology

|

2018

|

No. 104

386--389

EN

The aim of this work was to present a short review of studies concerning corn stover chemical composition. Analysis of corn stover composition was focused on its elemental and chemical substances composition. Impact of many different factors determining the discrepancies in obtained results was discussed. The importance of corn stover studying as a potential raw material for the production of bioethanol was underlined. Various methods of pretreatment have been mentioned, with particular emphasis on biological methods, which are cheap and ecological.

6

Wykorzystanie słomy kukurydzianej do produkcji bioetanolu II generacji

Smuga-Kogut M.

Rocznik Ochrona Środowiska

|

2016

|

Tom 18, cz. 1

507--518

PL

Słoma kukurydziana to potencjalny surowiec do produkcji biopaliw, który w Polsce występuje w znacznych ilościach (Styszko, Majewski, 2010). Dotychczas do produkcji bioetanolu wykorzystuje się surowce żywnościowe takie jak: ziarna zbóż, buraki cukrowe czy ziemniaki (Kupczyk, Wojdalski, 2010). Znane są również metody produkcji tego paliwa z surowców ligninocelulozowych z zastosowaniem kwasów lub zasad, ale ich stosowanie zagraża środowisku, a ponadto metody te są mało wydajne. Korzystniejszym rozwiązaniem byłoby stosowanie do obróbki wstępnej biomasy takich metod, które nie wpłynęłyby na generowanie toksycznych odpadów po procesie lub które można byłoby poddać recyklingowi. Do takiej grupy metod należy stosowanie obróbki wstępnej biomasy przy użyciu cieczy jonowych, należących do grupy: „zielonych rozpuszczalników”. Z tych powodów celem badań była ocena przydatności obróbki wstępnej octanem 1-etylo-3-metyloimidazolu i chlorkiem 1-etylo-3 metyloimidazolu w procesie otrzymywania bioetanolu ze słomy kukurydzianej. Zakres pracy obejmował badanie właściwości słomy kukurydzianej (sucha masa, zawartość celulozy i ligniny), obróbkę wstępną słomy kukurydzianej z zastosowaniem różnych cieczy jonowych, hydrolizę enzymatyczną słomy kukurydzianej oraz fermentację alkoholowa. Ciecze jonowe korzystnie wpływają na strukturę krystaliczną celulozy, powodując jej rozluźnienie oraz zwiększenie miejsc dostępnych dla enzymów celulolitycznych. Octan 1-etylo-3-metyloimidazoliowy oddziela wstępnie ligninę od pozostałych składników słomy kukurydzianej i nie stanowi bariery dla działania enzymów celulolitycznych oraz drożdży wykorzystywanych w badaniach. Badanie wydajności hydrolizy enzymatycznej słomy żytniej po obróbce wstępnej cieczami jonowymi pozwoliło na porównanie tych dwóch metod obróbki wstępnej. Korzystniejszym sposobem oczyszczania materiałów ligninocelulozowych było stosowanie octanu 1-etylo-3-metyloimidazoliowego niż chlorku 1-etylo-3-metyloimidazoliowego, ze względu na większą zawartość cukrów redukujących po hydrolizie enzymatycznej. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono również, że użycie cieczy jonowej – octanu 1-etylo-3-metyloimidazoliowego poprawiło uzysk bioetanolu ze słomy kukurydzianej.

EN

Corn stover, which occurs in Poland in large amounts, is a potential raw material for production of biofuels (Styszko, Majewski, 2010). Until now, staple food (food ingredients), cereals, potatoes or sugar beets have been used for biofuel production (Kupczyk, Wojdalski, 2010). However, more often, other methods employing lignocellulosic material and acids or bases are applied for ethanol production; however, these methods are not so efficient and their application carries a potential environmental risk. An application of methods that are safe (i.e. methods with minimized production of toxic waste after processing) and could be recycled sound like a better solution in this situation. As an example of such methods, we can propose techniques based on ionic fluids belonging to a group of “green solvents”. Therefore, in this study we evaluated an applicability of preprocessing phase using 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate and 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride in the process of biofuel production from corn stover. The study included determination of properties of corn stover (dry mass, cellulose and lignin content), preprocessing of corn stover using various ionic liquids, enzymatic hydrolysis of corn stover and alcohol fermentation. Ionic liquids beneficially affect the crystal structure of cellulose, leading to crystal structure loosening and increase in areas available for cellulosic enzymes. We noticed that 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate initially separated lignin from other content of corn stover and had no negative effect on the action of cellulosic enzymes and yeasts. The study of efficiency of enzymatic hydrolysis of rye stover after preprocessing with ionic liquids allowed to make comparison between abovementioned preprocessing methods. More beneficial cleaning process of lignocellulosic material was observed for 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate. This beneficial effect resulted from higher amount of reducing sugars after enzymatic hydrolysis. It was also found that the use of ionic liquid – 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate – improved the yield of biofuel production from corn stover.