Adding Value Prior to Pulping: Bioproducts from Hemicellulose

Christopher, Lew P.

doi:10.5772/36849

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“…1). The xylose that is recovered is a valuable carbon source for biological conversions—for example, with pentose-fermenting yeast and biocatalysts [4, 54]. The main impurity in the hemicellulose product stream was the lignin that was solubilized by STEX (Fig.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 99%

“…In the prehydrolysis-Kraft process, a prehydrolysis step extracts the hemicelluloses prior to Kraft pulping [3]. Apart from dissolving pulp, the value proposition of the process includes valorization of the hemicellulosic monomers and oligomers that are recovered from the prehydrolysis liquid [4] and Kraft lignin [5, 6]. However, covalently bonded sulfur in lignin represents a major drawback, because it hinders the catalytic upgrading and refining of lignin [7].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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Sequential fractionation of the lignocellulosic components in hardwood based on steam explosion and hydrotropic extraction

Olsson

Novy

Nielsen

et al. 2019

Biotechnol Biofuels

239

177

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BackgroundThe forest biorefinery plays an important part in the evolving circular bioeconomy due to its capacity to produce a portfolio of bio-based and sustainable fuels, chemicals, and materials. To tap into its true potential, more efficient and environmentally benign methods are needed to fractionate woody biomass into its main components (cellulose, hemicellulose, and lignin) without reducing their potential for valorization. This work presents a sequential fractionation method for hardwood based on steam pretreatment (STEX) and hydrotropic extraction (HEX) with sodium xylene sulfonate. By prehydrolyzing the hemicellulose (STEX) and subsequently extract the lignin from the cellulose fraction (HEX), the major wood components can be recovered in separate process streams and be further valorized.ResultsUsing autocatalyzed STEX and HEX, hemicellulose (> 70%) and lignin (~ 50%) were successfully fractionated and recovered in separate liquid streams and cellulose preserved (99%) and enriched (~ twofold) in the retained solids. Investigation of pretreatment conditions during HEX showed only incremental effects of temperature (150–190 °C) and hold-up time (2–8 h) variations on the fractionation efficiency. The hydrolyzability of the cellulose-rich solids was analyzed and showed higher cellulose conversion when treated with the combined process (47%) than with HEX alone (29%), but was inferior to STEX alone (75%). Protein adsorption and surface structure analysis suggested decreased accessibility due to the collapse of the fibrillose cellulose structure and an increasingly hydrophobic lignin as potential reasons.ConclusionThis work shows the potential of sequential STEX and HEX to fractionate and isolate cellulose, hemicellulose, and a sulfur-free lignin in separate product streams, in an efficient, sustainable, and scalable process.Electronic supplementary materialThe online version of this article (10.1186/s13068-018-1346-y) contains supplementary material, which is available to authorized users.

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Section: Resultsmentioning

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Section: Introductionmentioning

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Sequential fractionation of the lignocellulosic components in hardwood based on steam explosion and hydrotropic extraction

Olsson

Novy

Nielsen

et al. 2019

Biotechnol Biofuels

239

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“…Different agri-basedmaterials often contain about 20-30% hemicelluloses. Because they are edible, biodegradable, and environmentally friendly, there has been increasing interest in using hemicelluloses for a variety of applications (Hansen & Plackett, 2008;Christopher, 2012). Two of the biopolymers in the hemicellulose family are galactomannans and xyloglucans.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Preparation and evaluation of hemicellulose films and their blends

et al. 2017

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Cell wall hemicelluloses are useful in various industries due to their ability to form edible and biodegradable films with plasticizerssuch as glycerol. The objective of this research was toextract hemicelluloses from Caesalpina pulcherrima and Tamarindus indica, produce film blends from them, and evaluate their properties and their product development potential. The extraction process providedyields of 25% galactomannan (GalCp) from C. pulcherrimaand 20% xyloglucan (XilTi) from T. indica. The apparentM w obtained by GPC were 4.35 x 10 6 g/mol and 2.03 x 10 6 g/mol for GalCp and XilTi respectively. The ratio of mannose/galactose in GalCp determined by 13 C NMR was (2 : 1), while the ratio of glucose/xylose/galactose in XilTi obtained by 13 C NMR was (1.0: 1.2: 1.0). All filmogenic solutionsfrom these hemicelluloses showed non-Newtonian rheological behavior at 25 °C. The IR spectra were consistent with the presence of GalCp and XilTi and were fully assigned.Galactomannan film exhibited a higher permeability to moisture than xyloglucan and the blends.All films showed less than 20% opacity; thus, they were relatively transparent. Thermogravimetric analysis indicated that the blend films had good thermal stability.The use of theseblends permits a wider range of properties to be obtained than the hemicelluloses alone.Thus, these materials may serve asuseful biodegradable and environmentallyfriendly materials for food packaging applications.

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“…O ácido lático é amplamente sintetizado industrialmente por via química, porém o procedimento leva à geração de dois isômeros, sendo requerida uma etapa de separação que acarreta em aumento dos custos do processo. A produção desse ácido a partir da fração de hemicelulose da biomassa representa uma vantagem nesse quesito, já que apenas um isômero é obtido ao final do processo (Christopher, 2012;Naidu et al, 2018). Já o composto furfural pode ser obtido a partir da hidrólise ácida da xilana e subsequente desidratação do monômero formado.…”

Section: Aplicações Biotecnológicas De Xilanasunclassified

“…Já o composto furfural pode ser obtido a partir da hidrólise ácida da xilana e subsequente desidratação do monômero formado. A produção desse bioproduto, realizada somente a partir de biomassa lignocelulósica, é estimada em cerca de 200.000 toneladas por ano e é voltada principalmente para utilização como aditivo em tintas, adesivos e aromatizantes (Christopher, 2012;Naidu et al, 2018).…”

Section: Aplicações Biotecnológicas De Xilanasunclassified

Reticulação de xilanas de baixa massa molar via acoplamento oxidativo dos ácidos hidroxicinâmicos

Camargos¹

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Aos meus pais Wesley e Maria do Carmo e minha irmã Letícia pelo apoio, torcida, por não medirem esforços e se fazerem presentes mesmo há quilômetros de distância. Nada disso seria possível sem vocês. E também à toda minha família por todo suporte e carinho.Ao professor André Ferraz pela orientação, confiança, paciência e pelo imensurável conhecimento compartilhado. Além disso, agradeço pela constante disponibilidade de tirar dúvidas e auxiliar no que fosse preciso.À professora Adriane pelo suporte desde o início do desenvolvimento do projeto, seja nos experimentos, nas dúvidas e sugestões. Suas contribuições sempre foram muito importantes para a realização desse trabalho.Ao Zé Moreira, "marvadinho" nas gambiarras, por todo o auxílio no dia a dia do laboratório e também por ter se tornado um grande amigo, sempre disposto a nos ouvir e motivar.À Cris, Geralda e Creuza pelo sorrisos diários e abraços cheios de afago. Ao Isnaldi pela companhia nos cafezinhos e a disposição de sempre ajudar, e ao Zé Cobrinha pelas breves passagens diárias no laboratório com seus causos e piadas.Aos amigos do Lab de Ciências da Madeira, Uira, Flávia e Ângela pela convivência sempre leve e colaborativa e, juntamente aos amigos do Lab de Ecotoxicologia, Caio, Lucas, Yumi, Diego, Felipe e Luis, pelas incontáveis risadas nos almoços do RU e conversas descontraídas no corredor. Agradeço em especial ao Otto, pela boa amizade e disponibilidade constante em me auxiliar, seja em experimentos, revisão de textos, dúvidas e favores. À Mariana, Amanda, Lívia e Fanny pela parceria, carinho e acolhida desde quando cheguei a Lorena. Vocês são especiais demais pra mim! E, em especial à Sarah, companheira pra todas as horas, gratidão por esse reencontro. Aos amigos queridos Sophia, Italo, Will, Tainã, Henrique, Fernanda e Andrés. Vocês fizeram essa caminhada ser mais fácil, vou guardá-los sempre com muito carinho.Aos amigos de Viçosa e Lafaiete, por todo o apoio e amizade mesmo há distância.Aos funcionários do Programa de Pós-graduação em Biotecnologia e da Comissão de Pós-graduação pela disposição em ajudar. À Escola de Engenharia de Lorena por todas as oportunidades oferecidas e por fornecer a estrutura necessária à realização desse trabalho.

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Adding Value Prior to Pulping: Bioproducts from Hemicellulose

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Sequential fractionation of the lignocellulosic components in hardwood based on steam explosion and hydrotropic extraction

Sequential fractionation of the lignocellulosic components in hardwood based on steam explosion and hydrotropic extraction

Preparation and evaluation of hemicellulose films and their blends

Reticulação de xilanas de baixa massa molar via acoplamento oxidativo dos ácidos hidroxicinâmicos

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