Comparison of pretreatment methods on the basis of available surface area

Thompson, David N.; Chen, Hsin-Chih; Grethlein, Hans E.

doi:10.1016/0960-8524(92)90135-k

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“…Biomass saccharification via biological conversion involves two steps-lignocellulose pretreatment or fractionation followed by enzymatic cellulose (and perhaps hemicellulose) hydrolysis. Dilute acid pretreatment (DA), typically using sulfuric acid, is the most investigated pretreatment method (Bernardez et al, 1993;Grethlein, 1985;Grethlein and Converse, 1991;Lloyd and Wyman, 2005;Ooshima et al, 1990;Schell et al, 2003;Thompson et al, 1992). Conducted at relatively high temperatures (150-2008C) and pressures (120-200 psia), DA pretreatment solublizes acid-labile hemicellulose and thereby disrupts the lignocellulosic composite linked by covalent bonds, hydrogen bonds and van der Waals forces (Burns et al, 1989;Lloyd and Wyman, 2005;Ooshima et al, 1990).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…The total substrate accessibility has been measured previously by using cellulase-size molecule exclusion (Burns et al, 1989;Esteghlalian et al, 2001;Grethlein, 1985;Thompson et al, 1992), low-temperature cellulase adsorption (Gerber et al, 1997;Kumar and Wyman, 2008;Lee et al, 1994;Lu et al, 2002;Mooney et al, 1998) or labeled cellulase (Jeoh et al, 2007;Palonen et al, 2004). However, in pretreated lignocellulose materials it remains relatively challenging to quantitatively differentiate accessibilities for cellulose and non-cellulose fractions.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

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Comparative study of corn stover pretreated by dilute acid and cellulose solvent‐based lignocellulose fractionation: Enzymatic hydrolysis, supramolecular structure, and substrate accessibility

Zhu

Sathitsuksanoh

Vinzant

et al. 2009

Biotech & Bioengineering

199

169

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Liberation of fermentable sugars from recalcitrant biomass is among the most costly steps for emerging cellulosic ethanol production. Here we compared two pretreatment methods (dilute acid, DA, and cellulose solvent and organic solvent lignocellulose fractionation, COSLIF) for corn stover. At a high cellulase loading [15 filter paper units (FPUs) or 12.3 mg cellulase per gram of glucan], glucan digestibilities of the corn stover pretreated by DA and COSLIF were 84% at hour 72 and 97% at hour 24, respectively. At a low cellulase loading (5 FPUs per gram of glucan), digestibility remained as high as 93% at hour 24 for the COSLIF-pretreated corn stover but reached only $60% for the DA-pretreated biomass. Quantitative determinations of total substrate accessibility to cellulase (TSAC), cellulose accessibility to cellulase (CAC), and non-cellulose accessibility to cellulase (NCAC) based on adsorption of a nonhydrolytic recombinant protein TGC were measured for the first time. The COSLIF-pretreated corn stover had a CAC of 11.57 m 2 /g, nearly twice that of the DA-pretreated biomass (5.89 m 2 /g). These results, along with scanning electron microscopy images showing dramatic structural differences between the DA-and COSLIF-pretreated samples, suggest that COSLIF treatment disrupts microfibrillar structures within biomass while DA treatment mainly removes hemicellulose. Under the tested conditions COSLIF treatment breaks down lignocellulose structure more extensively than DA treatment, producing a more enzymatically reactive material with a higher CAC accompanied by faster hydrolysis rates and higher enzymatic digestibility.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Comparative study of corn stover pretreated by dilute acid and cellulose solvent‐based lignocellulose fractionation: Enzymatic hydrolysis, supramolecular structure, and substrate accessibility

Zhu

Sathitsuksanoh

Vinzant

et al. 2009

Biotech & Bioengineering

199

169

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“…However, crude intracellular enzymes from Z. mobilis TISTR 551 demonstrated a slightly higher specific enzyme activity against treated rice bran than the other highly crystalline substrates. Interestingly, substrate pretreatment with steam explosion, diluted acid, or lime does reduce the crystallinity of lignocellulosic substrates but does result in high hydrolysis yield (Thompson et al 1992;Alvira et al 2010). This is the first report on the level of native cellulolytic activity of Z. mobilis against various cellulosic substrates.…”

Section: Resultsmentioning

confidence: 92%

Evaluation of Cellulase Production by Zymomonas mobilis

Todhanakasem

Jittjang

2016

BioResources

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Z. mobilis has been widely studied as a potential microbe for consolidated bioprocessing to convert lignocellulosic biomass to fermentable sugars while at the same time producing ethanol. To achieve this goal, Z. mobilis must be evaluated for the production of cellulolytic enzyme. This work reports on the potential of intracellular and extracellular crude extracts from Z. mobilis ZM4 and TISTR 551 to hydrolyze various cellulosic materials including carboxymethylcellulose (CMC), delignified rice bran, microcrystalline cellulose, and filter paper. Crude intracellular extracts from ZM4 and TISTR 551 showed high endoglucanase activity with CMC substrates at an optimal pH of 6 to 7 and temperature range of 30 to 40 °C. The endoglucanase activity from the crude extracts was significantly higher than the exoglucanase activity. Of the high crystalline celluloses substrates tested, the best results were obtained for the hydrolysis of delignified rice bran by crude intracellular enzyme extracts of Z. mobilis TISTR 551.

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“…L'efficacité de l'hydrolyse enzymatique ultérieure de la cellulose varie avec la concentration de soude utilisée au cours du prétraitement. Après hydrolyse enzymatique, le taux de saccharification de la cellulose est inférieur à 30 % pour une concentration en soude de 2 à 4 %, alors qu'il est compris entre 80 [63]. L'échantillon prétraité pendant 18 h a conduit à un rendement glucose de 68 %.…”

Section: Prétraitements Chimiques 241 Prétraitements En Milieu Alcalinunclassified

Production d'éthanol a partir de biomasse lignocellulosique

Ogier¹,

Leygue²,

Ballerini

et al. 1999

Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP

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Résumé -Cette étude fait le point des connaissances scientifiques et techniques dans le domaine de la production alcoolique à partir de susbstrats lignocellulosiques. Ce travail, réalisé dans le cadre d'Agrice (Agriculture pour la chimie et l'énergie), est une synthèse bibliographique qui a cherché à identifier les avancées capables de débloquer certains verrous technologiques et économiques liés à ce type de procédé. La biomasse lignocellulosique est un substrat complexe, constitué des trois principales fractions que sont la cellulose, les hémicelluloses et la lignine. Le procédé de production d'éthanol consiste à récupérer par hydrolyse le maximum de sucres issus à la fois des fractions cellulosiques et hémicellulosiques, puis de fermenter ces sucres en éthanol. Les premiers procédés d'hydrolyse utilisés étaient surtout chimiques, mais ils sont peu compétitifs à l'heure actuelle, en raison notamment du coût des réactifs et de la formation de nombreux sousproduits et de composés inhibiteurs rendant les hydrolysats peu fermentescibles. Ils sont désormais concurrencés par les procédés enzymatiques, plus spécifiques et qui permettent de meilleurs rendements d'hydrolyse dans des conditions moins sévères. Cependant, la biomasse lignocellulosique n'est pas directement accessible aux enzymes, et elle doit subir au préalable une phase de prétraitement dont l'objectif est d'améliorer la susceptibilité à l'hydrolyse enzymatique de la cellulose et éventuellement d'hydrolyser la fraction hémicellulosique en sucres monomères. Parmi les nombreuses méthodes de prétraitement qui ont été étudiées, nous en avons identifié trois répondant au mieux aux objectifs précédemment cités : le prétraitement à l'acide dilué, l'explosion à la vapeur avec utilisation d'un catalyseur, et la thermohydrolyse. Ces trois méthodes permettraient d'atteindre des rendements d'hydrolyse enzymatique de la cellulose proches de 100 %, tout en permettant un taux d'hydrolyse des hémicelluloses supérieur à 80 %, et en minimisant la formation de composés de dégradation. L'hydrolyse enzymatique doit encore être améliorée afin de réduire le coût lié à la consommation d'enzymes. Les principales voies de recherche devraient porter sur l'amélioration de l'activité des cellulases, afin de se rapprocher le plus possible de celles d'enzymes telles que les amylases. Le développement du procédé SFS (saccharification et fermentation simultanées) permet d'améliorer l'efficacité des enzymes en minimisant les réac-tions d'inhibition des enzymes par les produits formés. Son inconvénient est lié aux différences entre les tempé-ratures optimales de l'hydrolyse enzymatique et de la fermentation. La recherche de micro-organismes conservant de bonnes performances fermentaires à température élevée doit donc se poursuivre. Un autre verrou technologique du procédé concerne la fermentation alcoolique des pentoses, qui peuvent représenter jusqu'à 25 à 40 % des sucres totaux contenus dans la biomasse lignocellulosique. C'est pourquoi il est indispensable de les valoriser en éthanol. ...

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Comparison of pretreatment methods on the basis of available surface area

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Comparative study of corn stover pretreated by dilute acid and cellulose solvent‐based lignocellulose fractionation: Enzymatic hydrolysis, supramolecular structure, and substrate accessibility

Comparative study of corn stover pretreated by dilute acid and cellulose solvent‐based lignocellulose fractionation: Enzymatic hydrolysis, supramolecular structure, and substrate accessibility

Evaluation of Cellulase Production by Zymomonas mobilis

Production d'éthanol a partir de biomasse lignocellulosique

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