High solids simultaneous saccharification and fermentation of pretreated wheat straw to ethanol

Mohagheghi, Ali; Tucker, M.; Grohmann, K.; Wyman, Charles E.

doi:10.1007/bf02950778

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“…The results indicate that the combined effect of high stress due to lowwater activity and high-osmotic pressure, increasing ethanol concentration and higher concentrations of inhibitors resulted in loss of viability during the last 48 h of the fermentation in experiments with 35% and 40% (w/w) initial DM. This is consistent with results from a previous SSF study where the viability of the yeast dropped to zero after 4 days at an initial solids concentration above 20% DM of pretreated wheat straw (Mohagheghi et al, 1992). In VHG fermentations, the presence of sufficient nitrogen have proven to be beneficial for the yeast performance and viability under conditions of high stress (Jones and Ingledew, 1994).…”

Section: Effect Of Initial Dry Matter Content On Combined Liquefactiosupporting

confidence: 91%

“…Again, the correlation was almost linear over range from 7.5% to 40% (w/w) DM. In previous SSF studies using either wet oxidized corn stover at solids concentrations from 8% to 17% DM or dilute acid pretreated wheat straw at solids concentrations from 12% to 32% DM a similar negative correlation has been observed (Mohagheghi et al, 1992;Varga et al, 2004). The cellulose remaining after fermentation was measured in order to determine influence of increasing DM on the fermentation performance of the yeast.…”

Section: Effect Of Initial Dry Matter Content On Combined Liquefactiosupporting

confidence: 53%

“…Unfortunately, operating the hydrolysis at solids concentrations above 10%-15% (w/w) poses technical problems. The initial viscosity of the material at these concentrations is very high, which makes mixing difficult and the power consumption in stirred tank reactors becomes high (Fan et al, 2003;Mohagheghi et al, 1992). Especially the mixing of the material in laboratory scale by, for example, shaking is inadequate and results reported at solids concentrations above 10% are scarce.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…Especially the mixing of the material in laboratory scale by, for example, shaking is inadequate and results reported at solids concentrations above 10% are scarce. Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) of pretreated wheat straw up to 32% (w/w) DM at laboratory scale have, however, been reported (Mohagheghi et al, 1992). In pilot scale 15%-20% DM is reported as maximum that can be handled (Tolan, 2002).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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Liquefaction of lignocellulose at high‐solids concentrations

Jørgensen

Vibe-Pedersen²,

Larsen³

et al. 2006

Biotech & Bioengineering

450

323

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To improve process economics of the lignocellulose to ethanol process a reactor system for enzymatic liquefaction and saccharification at high-solids concentrations was developed. The technology is based on free fall mixing employing a horizontally placed drum with a horizontal rotating shaft mounted with paddlers for mixing. Enzymatic liquefaction and saccharification of pretreated wheat straw was tested with up to 40% (w/w) initial DM. In less than 10 h, the structure of the material was changed from intact straw particles (length 1-5 cm) into a paste/ liquid that could be pumped. Tests revealed no significant effect of mixing speed in the range 3.3-11.5 rpm on the glucose conversion after 24 h and ethanol yield after subsequent fermentation for 48 h. Low-power inputs for mixing are therefore possible. Liquefaction and saccharification for 96 h using an enzyme loading of 7 FPU/gÁDM and 40% DM resulted in a glucose concentration of 86 g/kg. Experiments conducted at 2%-40% (w/w) initial DM revealed that cellulose and hemicellulose conversion decreased almost linearly with increasing DM. Performing the experiments as simultaneous saccharification and fermentation also revealed a decrease in ethanol yield at increasing initial DM. Saccharomyces cerevisiae was capable of fermenting hydrolysates up to 40% DM. The highest ethanol concentration, 48 g/kg, was obtained using 35% (w/w) DM. Liquefaction of biomass with this reactor system unlocks the possibility of 10% (w/w) ethanol in the fermentation broth in future lignocellulose to ethanol plants.

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Section: Effect Of Initial Dry Matter Content On Combined Liquefactiosupporting

confidence: 91%

Section: Effect Of Initial Dry Matter Content On Combined Liquefactiosupporting

confidence: 53%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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Liquefaction of lignocellulose at high‐solids concentrations

Jørgensen

Vibe-Pedersen²,

Larsen³

et al. 2006

Biotech & Bioengineering

450

323

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“…Uma das abordagens para reduzir esses custos é a operação em alta concentração de sólidos, geralmente apresentada com cargas de sólidos >15% (Hodge et al, 2009). A hidrólise enzimática em alta concentração de sólidos apresenta vantagens econômicas em relação ao processo convencional em baixa concentração de sólidos, como: (1) menor custo de capital devido à redução do volume; (2) menor custo de operação devido à menor quantidade de energia para aquecer e resfriar; (3) menor custo na etapa de separação do produto devido às altas concentrações de produto, e (4) redução dos custos de eliminação e tratamento de resíduos devido ao baixo consumo de água (Mohagheghi et al, 1992), porém, existem poucos modelos e dados experimentais da hidrólise de biomassa lignocelulósica em alta concentração de sólidos.…”

Section: Cellulose Hemicellulose R4unclassified

Modelagem Cinética Da Hidrólise Enzimática Da Palha De Cana-De-Açúcar Pré-Tratada

Angarita¹,

Souza²,

Cruz³

et al. 2015

Anais Do XX Congresso Brasileiro De Engenharia Química

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RESUMO -Um modelo semimecanístico multireacional foi usado para descrever a hidrólise enzimática da palha de cana de açúcar (PCA) pré-tratada hidrotermicamente. O modelo considera a reação de conversão homogênea da celobiose em glicose, duas reações heterogêneas para a conversão de celulose em celobiose e glicose, conversão da hemicelulose em xilose, inibição competitiva da enzima pelos produtos da hidrólise e uma isoterma tipo Langmuir para descrever a adsorção da enzima no substrato. O software EMSO foi utilizado para estimar os parâmetros do modelo a partir de uma condição de referência (15% m/v de sólidos e 10 FPU/g-celulose de enzima). O modelo mostrou ter capacidade para predizer o comportamento da hidrólise de PCA em diferentes condições de carga de sólidos (10-20% m/v), concentrações de enzima (5-60FPU/g-celulose) e cargas iniciais de açúcares (glicose de 30 e 60g/l, celobiose e xilose de 10g/l). Uma simplificação nos parâmetros do modelo, baseada nos fundamentos da cinética enzimática mostrou ser uma boa opção para superar a alta correlação paramétrica referida na literatura para este tipo de modelo, sem afetar a acurácia nas predições. O modelo tem o potencial de ser utilizado em aplicações de projeto de reatores, simulação e otimização dentro do processo de produção do etanol de segunda geração. INTRODUÇÃOA modelagem matemática da hidrólise enzimática de materiais lignocelulósicos é um tema desafiante na engenharia, refletido no grande número de modelos propostos (Bansal et al., 2009). Na hidrólise enzimática ocorrem reações de múltiplos estágios em sistema heterogêneo onde a celulose insolúvel é inicialmente degradada na interface sólido-líquido pela ação sinérgica do pool de enzimas endoglicanases (EG) e exo-glicanases/celobiohidrolases (CBH´s), acompanhada da hidrólise na fase líquida dos produtos intermediários solúveis (celobiose e cadeias curtas de oligossacarídeos) que são convertidos em glicose pelas β-glicosidases (BG) (Zhang e Lynd, 2004).Em geral, a hidrólise depende das características das enzimas como: (1) adsorção da enzima no substrato, (2) inibição competitiva ou não competitiva pelo produto final, (3) sinergismo e (4) limitações da transferência de massa que afetam o transporte da enzima para o substrato. A hidrólise é também afetada pelas características do substrato como: (1) composição e distribuição dos componentes do substrato (lignina, hemicelulose, proteínas e gorduras), (2) tamanho de partícula e (3)Área temática: Simulação, Otimização e Controle de Processos 1

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