The effect of biomass moisture content on bioethanol yields from steam pretreated switchgrass and sugarcane bagasse

Ewanick, Shannon; Bura, Renata

doi:10.1016/j.biortech.2010.10.117

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“…Em geral, esta composição química mostrou-se semelhante à relatada em outros trabalhos disponíveis na literatura, onde a análise quantitativa do bagaço também foi expressa em relação à matéria seca livre de extraíveis. 2,20 A Tabela 1 apresenta a influência das principais variáveis do processo sobre a recuperação das frações insolúvel (BEV-IA) e solúvel (BEV-SA) em água, abordando tanto os efeitos principais (temperatura, tempo e umidade) quanto os decorrentes de interações secundárias e terciárias entre estas variáveis. A partir destes valores, e levando-se em consideração a estimativa do desvio padrão experimental associado à quadruplicata do ponto central (DP), foi possível observar que nenhuma variável influenciou de maneira estatisticamente significativa a recuperação das frações solúvel (BEV-SA) e insolúvel (BEV-IA).…”

Section: Resultsunclassified

“…20,25,26 Níveis superiores de furfural e inferiores de HMF foram obtidos em estudos de auto--hidrólise do bagaço a 205 °C por 10 min, empregando amostras com diferentes teores de umidade. 20 Estes autores demonstraram que a auto-hidrólise do bagaço seco (13% de umidade) gerou 1,07 e 0,11 g/100 g de furfural e HMF em relação ao material de origem (base seca), enquanto que para o bagaço úmido (79% de umidade) estes valores foram de 0,77 e 0,07 g/100 g, respectivamente.…”

Section: Figura 1 Representação Geométrica Do Efeito De Segunda Ordeunclassified

“…Tendências semelhantes foram obtidas para o bagaço de cana pré-tratado por explosão a vapor a 205 °C por 10 min, onde os experimentos realizados com o bagaço seco (13%) proporcionaram maior rendimento em relação ao bagaço úmido (79%). 20 Entretanto, estes autores relataram a recuperação de 100% da glucose em ensaios de pré-tratamento realizados com bagaço seco, apesar de terem constatado a presença de HMF na fração solúvel obtida após o pré--tratamento. Portanto, a quantidade de HMF formada no processo foi provavelmente convertida em glucose para efeitos do cálculo do balanço de massas do sistema.…”

Section: Figura 1 Representação Geométrica Do Efeito De Segunda Ordeunclassified

“…Os percentuais de recuperação de pentoses obtidos neste estudo foram consideravelmente superiores aos descritos na literatura para o pré--tratamento de bagaço de cana a 205 °C por 10 min, onde se encontram registrados valores de 40 a 55% e de 55 a 58% para biomassas com 13 e 79% de umidade, respectivamente. 20 Sobre a lignina, a interação entre os três fatores influenciou positivamente na sua recuperação (t x T x U = 5,6) e os experimentos realizados com tempos de residência mais prolongados e altos teores de umidade proporcionaram maiores rendimentos quantitativos deste componente nos materiais pré-tratados. Por outro lado, percentuais excessivamente altos de recuperação da lignina de Klason foram obtidos sob condições mais severas (por exemplo, 101% para 210 °C por 8 min) sugerindo que, 3 Pré-tratamento realizado com bagaço de cana úmido, obtido diretamente da linha de produção industrial; 4 Códigos: t, tempo; T, temperatura; U, umidade; DP, desvio-padrão; 5 Estimativa do desvio padrão experimental (s x t 95%, n-1=3 ) neste caso, reações de condensação preponderaram sobre reações de hidrólise.…”

Section: Figura 1 Representação Geométrica Do Efeito De Segunda Ordeunclassified

“…19 Por outro lado, o aumento da umidade, de 12 para 80%, não apresentou mudanças significativas na composição química do bagaço de cana pré-tratado a vapor a 205 °C por 10 min, bem como nos rendimentos de hidrólise enzimática e de fermentação alcoólica. 20 O presente trabalho teve como objetivo contribuir para a elucidação do efeito do teor de umidade do bagaço de cana sobre o seu pré-tratamento a vapor e susceptibilidade à hidrólise enzimática, considerando que, sob condições industriais, o bagaço apresenta umidade de 100% (m/m, base seca) após a moagem para retirada do caldo. Os parâmetros utilizados para avaliar o efeito da umidade sobre o pré-tratamento e hidrólise enzimática foram os rendimentos de recuperação da celulose e das hemiceluloses após o pré-tratamento por explosão a vapor e o aumento da acessibilidade das enzimas aos substratos produzidos.…”

Section: Introductionunclassified

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Efeito do teor de umidade sobre o pré-tratamento a vapor e a hidrólise enzimática do bagaço de cana-de-açúcar

Pitarelo¹,

Silva²,

Peralta-Zamora³

et al. 2012

Quím. Nova

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Recebido em 11/8/11; aceito em 13/4/12; publicado na web em 20/7/2012 EFFECT OF MOISTURE CONTENT IN THE STEAM TREATMENT AND ENZYMATIC HYDROLYSIS OF SUGARCANE BAGASSE. The effect of moisture content in the steam treatment and enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse was evaluated. Steam treatment was perfomed at 195-210 ºC for 4-8 min using cane bagasse with moisture contents in the range 16-100 wt% (dry basis). Increased moisture contents not only had a positive influence in recovery of main cane biomass components but also resulted in better substrates for enzymatic hydrolysis. As a result, drying is not required for optimal pretreatment and enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse, which can be processed into second generation ethanol immediately after crushing and hot water washing.Keywords: sugarcane bagasse; steam explosion; moisture content. INTRODUÇÃOO etanol é um dos principais combustíveis renováveis da atualidade e seu uso em grande escala contribui diretamente para a redução do uso extensivo de combustíveis fósseis no setor automotivo. Sua produção pode ser obtida a partir de diferentes matérias-primas e por diferentes tecnologias de conversão, que podem ser de primeira ou de segunda geração. Enquanto as tecnologias de primeira geração estão baseadas na fermentação alcoólica dos carboidratos presentes, por exemplo, no caldo de cana-de-açúcar (modelo brasileiro) ou em hidrolisados enzimáticos do amido de milho (modelo norte-americano), as tecnologias de segunda geração utilizam resíduos agrícolas e agroindustriais para este mesmo fim. 1-3 Neste caso, o processo fermentativo é baseado nos carboidratos liberados da biomassa vegetal por hidrólise da celulose e das hemiceluloses. 4 A produção de etanol a partir de resíduos agroindustriais representa uma das mais importantes alternativas à consolidação de um modelo sustentável para a produção de combustíveis renováveis. 5,6 Por esta razão, diferentes tecnologias de pré-tratamento, sacarificação (ou hidrólise) e fermentação vêm sendo estudadas em todo mundo para demonstrar a viabilidade comercial deste processo. 3,4,[7][8][9] Neste sentido, a maior parte destes estudos está orientada ao aumento da acessibilidade química da celulose, buscando reduzir a quantidade de enzima necessária para a conversão dos polissacarídeos em açúcares fermentescíveis. 7,10,11 A explosão a vapor tem sido proposta como um dos métodos mais promissores para separar os principais constituintes da biomassa vegetal e aumentar a sua susceptibilidade à bioconversão. 8,[12][13][14][15][16] Este processo, que atua tanto química como fisicamente na estrutura do material lignocelulósico, está baseado no contato direto da biomassa com vapor saturado à alta pressão por um determinado tempo de residência no reator, seguido de descompressão rápida à condição atmosférica (explosão). Ao longo deste processo, as ligações quími-cas que mantêm os componentes macromoleculares da fitobiomassa fortemente associados são em parte quebradas, de forma que, no momento da descompressão, o material é desfibr...

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Section: Resultsunclassified

Section: Figura 1 Representação Geométrica Do Efeito De Segunda Ordeunclassified

Section: Introductionunclassified

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Efeito do teor de umidade sobre o pré-tratamento a vapor e a hidrólise enzimática do bagaço de cana-de-açúcar

Pitarelo¹,

Silva²,

Peralta-Zamora³

et al. 2012

Quím. Nova

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Global regulator engineering significantly improved Escherichia coli tolerances toward inhibitors of lignocellulosic hydrolysates

Wang

Zhang

Chen

et al. 2012

Biotech & Bioengineering

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Lignocellulosic biomass is regarded as the most viable source of feedstock for industrial biorefinery, but the harmful inhibitors generated from the indispensable pretreatments prior to fermentation remain a daunting technical hurdle. Using an exogenous regulator, irrE, from the radiation-resistant Deinococcus radiodurans, we previously showed that a novel global regulator engineering (GRE) approach significantly enhanced tolerances of Escherichia coli to alcohol and acetate stresses. In this work, an irrE library was subjected to selection under various stresses of furfural, a typical hydrolysate inhibitor. Three furfural tolerant irrE mutants including F1-37 and F2-1 were successfully obtained. The cells containing these mutants reached OD(600) levels of 4- to 16-fold of that for the pMD18T cells in growth assay under 0.2% (v/v) furfural stress. The cells containing irrE F1-37 and F2-1 also showed considerably reduced intracellular oxygen species (ROS) levels under furfural stress. Moreover, these two irrE mutants were subsequently found to confer significant cross tolerances to two other most common inhibitors, 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde (HMF), vanillin, as well as real lignocellulosic hydrolysates. When evaluated in Luria-Bertani (LB) medium supplemented with corn stover cellulosic hydrolysate (prepared with a solid loading of 30%), the cells containing the mutants exhibited lag phases markedly shortened by 24-44 h in comparison with the control cells. This work thus presents a promising step forward to resolve the inhibitor problem for E. coli. From the view of synthetic biology, irrE can be considered as an evolvable "part" for various stresses. Furthermore, this GRE approach can be extended to exploit other exogenous global regulators from extremophiles, and the native counterparts in E. coli, for eliciting industrially useful phenotypes.

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Enhancement of the enzymatic digestibility of sugarcane bagasse by steam pretreatment impregnated with hydrogen peroxide

Rabelo

Rossell

Rocha

et al. 2012

Biotechnology Progress

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Sugarcane bagasse was subjected to steam pretreatment impregnated with hydrogen peroxide. Analyses were performed using 2(3) factorial designs and enzymatic hydrolysis was performed at two different solid concentrations and with washed and unwashed material to evaluate the importance of this step for obtaining high cellulose conversion. Similar cellulose conversion were obtained at different conditions of pretreatment and hydrolysis. When the cellulose was hydrolyzed using the pretreated material in the most severe conditions of the experimental design (210 °C, 15 min and 1.0% hydrogen peroxide), and using 2% (w/w) water-insoluble solids (WIS), and 15 FPU/g WIS, the cellulose conversion was 86.9%. In contrast, at a milder pretreatment condition (190 °C, 15 min and 0.2% hydrogen peroxide) and industrially more realistic conditions of hydrolysis (10% WIS and 10 FPU/g WIS), the cellulose conversion reached 82.2%. The step of washing the pretreated material was very important to obtain high concentrations of fermentable sugars.

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The effect of biomass moisture content on bioethanol yields from steam pretreated switchgrass and sugarcane bagasse

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