Published March 1, 2021 | Version v1
Publication Open

Production of oligosaccharides and biofuels from Miscanthus using combinatorial steam explosion and ionic liquid pretreatment

Creators

  • 1. Institute of Biological, Environmental and Rural Sciences
  • 2. Aberystwyth University
  • 3. University of Bath
  • 4. Imperial College London
  • 5. Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)

Description

Pretreatment strategies are fundamental to effectively deconstruct lignocellulosic biomass and economically produce biofuels, biomaterials and bio-based chemicals. This study evaluated individual and combinatorial steam explosion (SE) and ionic liquid (IL) pretreatments for production of high-value oligosaccharides from a novel seed-based Miscanthus hybrid (Mx2779). The two ILs used for pretreatment were triethylammonium hydrogen sulphate [TEA][HSO4] and 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate [C2mim][OAc]. The results showed that each pretreatment leads to distinct effects on the fragmentation (cellulose and xylan dissolution, delignification, deacetylation) and physicochemical modification (cellulose and lignin properties) of lignocellulose. This, in turn, dictated enzymatic hydrolysis efficiencies of the cellulose pulp to glucose or gluco-oligosaccharides for downstream applications. Our findings suggest that the stand-alone SE or [C2mim][OAc] pretreatments may offer cost advantages over [TEA][HSO4] through the production of oligosaccharides such as xylo- and gluco-oligosaccharides. This study also highlights technical and economic pretreatment process challenges related to the production of oligosaccharides from Miscanthus Mx2779 biomass.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تعد استراتيجيات المعالجة المسبقة أساسية لتفكيك الكتلة الحيوية الليجنوسلوزية بفعالية وإنتاج الوقود الحيوي والمواد الحيوية والمواد الكيميائية الحيوية اقتصاديًا. قيمت هذه الدراسة عمليات المعالجة المسبقة للانفجار البخاري الفردي والتوافقي (SE) والسائل الأيوني (IL) لإنتاج السكريات قليلة القيمة عالية القيمة من هجين ميسكانثوس جديد قائم على البذور (Mx2779). كان النوعان من ILs المستخدمان للمعالجة المسبقة هما ثلاثي إيثيل أمونيوم كبريتات الهيدروجين [TEA][HSO4] و1 - إيثيل-3 - ميثيل إيميدازوليوم أسيتات [C2mim][OAc]. أظهرت النتائج أن كل معالجة مسبقة تؤدي إلى تأثيرات مميزة على تجزئة (ذوبان السليلوز والزيلان، وإزالة الاحتقان، وإزالة الأسيتيل) والتعديل الكيميائي الفيزيائي (خصائص السليلوز واللجنين) لليجنوسليلوز. وهذا بدوره يملي كفاءات التحلل المائي الأنزيمي لب السليلوز إلى الجلوكوز أو السكريات الغلوكوزية لتطبيقات المصب. تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أن العلاجات المسبقة القائمة بذاتها SE أو [C2mim][OAc] قد توفر مزايا التكلفة على [TEA][HSO4] من خلال إنتاج السكريات قليلة السكريات مثل السكريات قليلة السكريات والسكريات قليلة السكريات. تسلط هذه الدراسة الضوء أيضًا على تحديات عملية المعالجة المسبقة الفنية والاقتصادية المتعلقة بإنتاج السكريات القليلة من الكتلة الحيوية Miscanthus Mx2779.

Translated Description (French)

Les stratégies de prétraitement sont fondamentales pour déconstruire efficacement la biomasse lignocellulosique et produire économiquement des biocarburants, des biomatériaux et des produits chimiques biosourcés. Cette étude a évalué les prétraitements individuels et combinatoires par explosion de vapeur (SE) et par liquide ionique (IL) pour la production d'oligosaccharides de grande valeur à partir d'un nouvel hybride Miscanthus à base de graines (Mx2779). Les deux IL utilisées pour le prétraitement étaient l'hydrogénosulfate de triéthylammonium [TEA][HSO4] et l'acétate de 1-éthyl-3-méthylimidazolium [C2mim][OAc]. Les résultats ont montré que chaque prétraitement entraîne des effets distincts sur la fragmentation (dissolution de la cellulose et du xylane, délignification, désacétylation) et la modification physico-chimique (propriétés de la cellulose et de la lignine) de la lignocellulose. Ceci, à son tour, a dicté les efficacités d'hydrolyse enzymatique de la pâte de cellulose en glucose ou en gluco-oligosaccharides pour des applications en aval. Nos résultats suggèrent que les prétraitements SE ou [C2mim][OAc] autonomes peuvent offrir des avantages en termes de coûts par rapport à [TEA][HSO4] grâce à la production d'oligosaccharides tels que les xylo- et gluco-oligosaccharides. Cette étude met également en évidence les défis techniques et économiques du processus de prétraitement liés à la production d'oligosaccharides à partir de la biomasse de Miscanthus Mx2779.

Translated Description (Spanish)

Las estrategias de pretratamiento son fundamentales para deconstruir eficazmente la biomasa lignocelulósica y producir económicamente biocombustibles, biomateriales y bioquímicos. Este estudio evaluó los pretratamientos individuales y combinatorios de explosión de vapor (SE) y líquido iónico (IL) para la producción de oligosacáridos de alto valor a partir de un nuevo híbrido de Miscanthus basado en semillas (Mx2779). Los dos IL utilizados para el pretratamiento fueron hidrogenosulfato de trietilamonio [TEA][HSO4] y acetato de 1-etil-3-metilimidazolio [C2mim][OAc]. Los resultados mostraron que cada pretratamiento conduce a efectos distintos sobre la fragmentación (disolución de celulosa y xilano, deslignificación, desacetilación) y la modificación fisicoquímica (propiedades de celulosa y lignina) de la lignocelulosa. Esto, a su vez, dictó las eficiencias de hidrólisis enzimática de la pulpa de celulosa a glucosa o gluco-oligosacáridos para aplicaciones posteriores. Nuestros hallazgos sugieren que los pretratamientos independientes de SE o [C2mim][OAc] pueden ofrecer ventajas de costo sobre [TEA][HSO4] a través de la producción de oligosacáridos como xilo- y gluco-oligosacáridos. Este estudio también destaca los desafíos técnicos y económicos del proceso de pretratamiento relacionados con la producción de oligosacáridos a partir de biomasa de Miscanthus Mx2779.

Files

1_s2.0_S096085242031899X_main.pdf.pdf

Files (665.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:763b26e357170868c9d969700f82ea45
665.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
إنتاج السكريات قليلة التعدد والوقود الحيوي من ميسكانثوس باستخدام انفجار البخار التوافقي والمعالجة المسبقة للسائل الأيوني
Translated title (French)
Production d'oligosaccharides et de biocarburants à partir de Miscanthus par explosion combinatoire de vapeur et prétraitement liquide ionique
Translated title (Spanish)
Producción de oligosacáridos y biocombustibles a partir de Miscanthus utilizando explosión de vapor combinatoria y pretratamiento de líquido iónico

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3114399468
DOI
10.1016/j.biortech.2020.124625

Is supplement to
https://openalex.org/W4241468082 (Other)
https://openalex.org/W3087970568 (Other)
https://openalex.org/W3033421665 (Other)
https://openalex.org/W2831194411 (Other)
https://openalex.org/W2573400549 (Other)
https://openalex.org/W2394674147 (Other)
https://openalex.org/W2389040275 (Other)
https://openalex.org/W2354885349 (Other)
https://openalex.org/W2082587483 (Other)
https://openalex.org/W2051107804 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Brazil

References

  • https://openalex.org/W1982267818
  • https://openalex.org/W1984030839
  • https://openalex.org/W2012541839
  • https://openalex.org/W2012958028
  • https://openalex.org/W2014941183
  • https://openalex.org/W2017332772
  • https://openalex.org/W2022308084
  • https://openalex.org/W2037698785
  • https://openalex.org/W2045250499
  • https://openalex.org/W2054454606
  • https://openalex.org/W2054578538
  • https://openalex.org/W2060138093
  • https://openalex.org/W2064639345
  • https://openalex.org/W2072418475
  • https://openalex.org/W2086800637
  • https://openalex.org/W2106597634
  • https://openalex.org/W2132878752
  • https://openalex.org/W2135547117
  • https://openalex.org/W2138801904
  • https://openalex.org/W2269961040
  • https://openalex.org/W2287480396
  • https://openalex.org/W2478246758
  • https://openalex.org/W2586768658
  • https://openalex.org/W2591351732
  • https://openalex.org/W2608623672
  • https://openalex.org/W2616295679
  • https://openalex.org/W2729374287
  • https://openalex.org/W2809816221
  • https://openalex.org/W2885737853
  • https://openalex.org/W2890968692
  • https://openalex.org/W2913438735
  • https://openalex.org/W2924115165
  • https://openalex.org/W2939247090
  • https://openalex.org/W2957450075
  • https://openalex.org/W2981207900
  • https://openalex.org/W2996129240
  • https://openalex.org/W2999170402
  • https://openalex.org/W3006367860
  • https://openalex.org/W3010651486
  • https://openalex.org/W3010700344
  • https://openalex.org/W3022580794
  • https://openalex.org/W3087048881
  • https://openalex.org/W4231558555