Scale-up of diluted sulfuric acid hydrolysis for producing sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate (SBHH)

Rodrigues, Rita de Cássia L.B.; Rocha, George J. M.; Rodrigues, Durval; Filho, Hélcio José Izário; Felipe, Maria das Graças de Almeida; Pessoa, Adalberto

doi:10.1016/j.biortech.2009.09.034

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“…[32], developed specifically for sugarcane bagasse, and based on standard protocols from the National Renewable Energy Laboratory [49,50] and also on a validated methodology from [51,52]. Samples were milled in a knife mill and passed through a 2 mm sieve and their humidity content was determined using a Shimadzu (Kyoto, Japan) heating balance.…”

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

Chemical and morphological characterization of sugarcane bagasse submitted to a delignification process for enhanced enzymatic digestibility

Rezende

Lima

Maziero

et al. 2011

Biotechnol Biofuels

453

266

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BackgroundIn 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.ResultsChemical 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.ConclusionsThe 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.

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Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

Chemical and morphological characterization of sugarcane bagasse submitted to a delignification process for enhanced enzymatic digestibility

Rezende

Lima

Maziero

et al. 2011

Biotechnol Biofuels

453

266

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“…These results are in agreement with those obtained by (RODRIGUES et al, 2010). Acid hydrolysis pretreatment promoted the disorganization of SCB fiber after partial removal of the hemicellulose fraction ( Figure 5-1b).…”

Section: Chemical Composition Of Sugarcane Bagassesupporting

confidence: 83%

Evaluation of microorganisms performance in hemicellulosic hydrolyzate detoxification and sugarcane bagasse lignin removal for ethanol production

Gonçalves¹

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“…Representa a porção não-polissacarídica mais abundante dos materiais lignocelulósicos, com cerca de 10% a 25% da composição química dos vegetais e aproximadamente 23% do bagaço de cana-de-açúcar (RODRIGUES et al, 2010;SUN et al, 2004). …”

Section: Ligninaunclassified

“…Bagaço In natura Os bagaços de cana-de-açúcar in natura apresentam valores de celulose, hemicelulose e lignina dentro dos valores encontrados na literatura, embora apresentem um teor de cinzas consideravelmente menor (GOUVEIA et al, 2009;RODRIGUES et al, 2010). Além de fazerem parte da composição químico-estrutural dos materiais lignocelulósicos, o percentual de cinzas supostamente está relacionado a fatores como a técnica de colheita, transporte e armazenamento da biomassa.…”

Section: Variedadesunclassified

Variedades híbridas de bagaço de cana-de-açúcar: caracterização química e hidrólise enzimática em condições de pré-tratamento difrenciadas

Philippini¹

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Variedades híbridas de bagaço de cana-de-açúcar AGRADECIMENTOSAo meu orientador, Silvio Silvério da Silva, pela amizade, oportunidade, confiança e paciência durante todo o desenvolvimento da pesquisa; A minha professora de graduação, Ana Maria Cugliana, pelo incentivo e força;Ao CTC, em especial ao Daniel Ibraim Pires Átala, pela disponibilidade das amostras de bagaço de cana-de-açúcar;A FATEA, pelo empréstimo do extrator, em especial ao técnico Eduardo;Ao pessoal do laboratório do Adilson, em especial à Cibele, pela grande paciência que tiveram comigo e pelo empréstimo de equipamentos do laboratório;Aos colegas de laboratório Adriana, Aline, Ana, Bruna, Bruno, Daniel, Danielle, Eduardo, Felipe, Giovana, Ivy, Juliana, Luma, Maurício, Samira, Samuel, Thais e Victor, por terem me aguentado (Não mexam no material de caracterização!); Ao Anuj, Ellen, Fernando, Germano, Kelly, Nica, Rita e aos professores George Jackson e Walter Carvalho, pelos insights no meu trabalho; À Sabrina, pelo carinho, paciência e zelo durante todo o tempo. Conte comigo, sempre! A todos do departamento, que influenciaram direta ou indiretamente para a realização deste trabalho. Proporcionando, seja conhecimento, ou momentos de descontração;Aos meus familiares e amigos, que acreditaram em mim; À bolsa CAPES, CNPq e FAPESP pelo apoio financeiro. "E aqueles que foram vistos dançando foram julgados insanos por aqueles que não podiam escutar a música"Friedrich RESUMOO presente trabalho teve como objetivo, a caracterização da composição química de diferentes variedades de bagaço de cana-de-açúcar (CTC-9; CT99-1906; SP81-3250; RB86-7515 e CT99-1902), e posterior hidrólise enzimática para averiguação de açúcares redutores e sacarificação da biomassa. As análises composicionais foram realizadas utilizando biomassa nas condições in natura, celulignina e polpa celulósica. As condições de pré-tratamento das amostras para hidrólise com ácido sulfúrico diluído (relação s/l: 1,5:10; temperatura: 150 °C; concentração ácida: H 2 SO 4 2% m/v; tempo: 30 minutos); e deslignificação com hidróxido de sódio (1:10 s/l; 100 °C; 1% NaOH; 30 minutos) foram pré-estabelecidas de modo a determinar uma análise comparativa das diferentes variedades de bagaço de cana-de-açúcar estudadas. A hidrólise enzimática das amostras obtidas após os pré-tratamento foram realizadas em frascos Erlenmeyers de 125 mL, contendo tampão citrato (50 mM; pH 5; 1:20 s/l) e carga enzimática (Celluclast 1.5 L -75 FPU/mL e 13,5 UI/mL de β-glicosidase; e Novozym 188 -65 UI/mL de β-glicosidase), e surfactante Tween 20 (0,15 g/g de bagaço). A composição química das variedades de bagaço de cana-de-açúcar, açúcares redutores e sacarificação da biomassa foram determinados por métodos cromatográficos, espectrofotométricos e gravimétricos tradicionais. Quanto a análise das variedades de cana tratada, a média dos valores observados: in natura -celulose (40,84%), hemicelulose (24,07%), lignina (33,7%) e cinzas (0,68%); extraído -celulose (38,83%), hemicelulose (27,32%), lignina (25,92), cinzas (0,32%) e e...

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Scale-up of diluted sulfuric acid hydrolysis for producing sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate (SBHH)

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Chemical and morphological characterization of sugarcane bagasse submitted to a delignification process for enhanced enzymatic digestibility

Chemical and morphological characterization of sugarcane bagasse submitted to a delignification process for enhanced enzymatic digestibility

Evaluation of microorganisms performance in hemicellulosic hydrolyzate detoxification and sugarcane bagasse lignin removal for ethanol production

Variedades híbridas de bagaço de cana-de-açúcar: caracterização química e hidrólise enzimática em condições de pré-tratamento difrenciadas

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