The authors would like to thank intern Evelyn Von Neida who provided paramount insights regarding the preparation of biomass samples for both of the high-throughput pipelines discussed in this manuscript. Support for the development of this work and manuscript was provided by the BioEnergy Science Center. The BioEnergy Science Center is a U.S. Department of Energy Bioenergy Research Center supported by the Office of Biological and Environmental Research in the DOE Office of Science. The National Renewable Energy Laboratory (NREL) is a national laboratory of the US DOE Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, operated for DOE by the Alliance for Sustainable Energy, LLC. This work was supported by the U.S. Department of Energy under Contract No. DE-AC36-08-GO28308 with the National Renewable Energy Laboratory.

1. à haut débit détermination du glucose et du xylose rendements suivants enzymatique saccharification 9,29 <ol><li> Préparation de l&#39;échantillon (Grincement, De-amidonnage, Extraction, prétraitement) <ol><li> Broyer au moins 300 mg de chaque échantillon de la biomasse en utilisant un broyeur Wiley, de telle sorte que les particules passent à travers un tamis 20 format (850 um). Transfert à l&#39;anti-statiques zip-top sacs (généralement un code-barres) et de l&#39;information de l&#39;échantillon d&#39;enregistrement pour la base de données de codes à barres. </li><li> Ajouter environ 250 mg ou plus de la biomasse du sol du sac anti-statique à une numérotée (avec un crayon, ne pas utiliser de l&#39;encre ou un marqueur) sachet de thé, soigneusement retrousser les sachets de thé, en étant sûr de plier les extrémités sur la biomasse pour empêcher perte au cours de-amidonnage et de l&#39;extraction. </li><li> Enveloppez le sachet fermé à l&#39;aide de fil de cuivre étamé. Notez le numéro de sachet de thé pour chaque échantillon à code-barres. </li><li> Préparer la solution de-amidonnage enzyme parmi les enzymes commerciales (typiquement, 0,25% (v / v) de la glucoamylase (~ 1 600 AGU / L) et1,5% (v / v) d&#39;alpha-amylase (~ 2,900 KNU-S / L) dans 0,1 M d&#39;acétate de sodium (pH 5,0)). Préparer 16 ml par g de biomasse en vrac ou 500 ml par 120 échantillons de sachets de thé. Note: Les chargements capables d&#39;éliminer l&#39;amidon à partir de biomasse au sol doivent être déterminées empiriquement en testant pour l&#39;amidon après digestion avec une gamme de charges d&#39;enzymes et des ratios. </li><li> Dans un récipient en plastique, ajouter 16 ml de solution d&#39;enzyme de-amidonnage pour 1 g de biomasse en vrac du sol. Pour un protocole de-amidonnage lot, ajouter 120 sachets à 500 ml de la solution tampon enzyme. </li><li> Incuber dans un agitateur à 55 ° C pendant 24 (± 4) heures, à 120 rpm pour éliminer l&#39;amidon possible. </li><li> Après l&#39;amidonnage de-incubation, rincer et laisser tremper la biomasse dans plusieurs litres d&#39;eau déminéralisée pendant 30 min. Répétez ce processus deux fois de plus pour éliminer les sels de tampons qui peuvent causer de supplantation (formation de bulles de gaz dans la solution qui peut se traduire par une hausse soudaine et violente dans le niveau de la solution, ce qui provoque l&#39;éthanol liquide chaud à cascadehors du récipient réactionnel) lors de l&#39;extraction. </li><li> Après le rinçage exhaustive de la biomasse de-amidonné, placer les sachets de thé dans la colonne Soxhlet pour l&#39;extraction. Aucune cosse est nécessaire pour cette étape. </li><li> Mettre en place le reflux Soxhlet, en utilisant 95% d&#39;éthanol et d&#39;extraire les échantillons pendant 24 heures. </li><li> Retirez les sachets de thé du réacteur Soxhlet et d&#39;étaler en une seule couche sur un plateau. </li><li> Laisser les échantillons sécher toute la nuit à la température ambiante dans une hotte. </li><li> Dérouler les sachets de thé et de retourner la biomasse sèche pour les sacs antistatiques code-barres originaux. Remarque: Les sacs antistatiques sont efficaces pour réduire l&#39;électricité statique dans la biomasse, améliorer les caractéristiques de manipulation. Si d&#39;autres options de stockage sont utilisés, de la biomasse supplémentaire peut être nécessaire en raison de la biomasse attachement au côté du récipient de stockage. </li><li> Transférer au moins 50 mg de la biomasse sèche à une trémie à code-barres (en utilisant plus de matériel est mieux pour la distribution précise). Speuvent codes à barres de sacs anti-statique et la trémie de réception pour assurer le suivi des échantillons précis. </li><li> Charger les trémies sur des solides pesant robot, en accordant une attention à l&#39;ordre des échantillons dans les racks. Chargez suffisamment de plaques de réacteur pour contenir tous les échantillons et sélectionnez le protocole de distribution basé sur le nombre de plaques utilisées. </li><li> Robotisé peser 5 mg des échantillons séchés (± 0,3 mg) en acier inoxydable de plaques à 96 puits résistant à l&#39;acide. Peser 3 répétitions de chaque échantillon distribué autour de la plaque afin de minimiser les variations localisées. </li><li> Inclure les 8 échantillons de contrôle de la biomasse d&#39;un matériau standard biomasse bien caractérisé afin de suivre les performances du test. Pour plusieurs plaques, l&#39;utilisation de plusieurs trémies de biomasse norme minimiser la dérive de taille de particules provoquée par tamisage dans les trémies sur des cycles répétés de distribution. Remarque: Dans chaque assiette, il devrait y avoir 24 échantillons avec 3 répétitions, 4 blancs constituées d&#39;eau déminéralisée et de l&#39;enzyme, et 8 controls, en utilisant la biomasse norme précédemment caractérisé. Les 3 puits d&#39;angle de chacun des 4 coins de la plaque sont réservés aux normes de sucre. </li><li> Vérifiez puits standard blanc et sucre pour les particules de biomasse errants et enlever le cas échéant. </li><li> Ajouter 250 pi d&#39;eau déminéralisée à chaque puits, et sceller les plaques avec polytétrafluoroéthylène adhésif silicone à des créances (PTFE). </li><li> L&#39;utilisation d&#39;un &quot;tip 1/8 de fer à souder, percer le ruban PTFE à chaque port de vapeur (117 au total) pour chaque plaque. Utilisez une assiette vide empilés sur scellée plaque de réacteur comme un guide et de restreindre PTFE mouvement de film. </li><li> Fixer les plaques étroitement avec 0.031 joints &quot;d&#39;épaisseur de verre renforcé de PTFE (pré-perforées avec des trous pour les ports de vapeur) entre les plaques et les assiettes vides en haut et en bas de la pile. Prétraiter les échantillons en utilisant un réacteur à vapeur réglée à 180 ° C pendant 17,5 min, ou d&#39;autres combinaisons de température / temps selon la gravité souhaitée. </li><li> Plaques de réacteur Refroidir à 50 °; C par les inondations avec de l&#39;eau déminéralisée. </li></ol></li><li> Saccharification enzymatique <ol><li> Préparer une solution de saccharification enzymatique constitué de 8% (v / v) de solution d&#39;enzyme dans 1,0 M de citrate de sodium, pH 5,0. Préparer 5 ml par plaque de réacteur. Remarque: dilution nécessaire doit être déterminé sur la base de l&#39;activité et de la teneur en protéines de la solution spécifique stock enzyme. </li><li> Lorsque les plaques sont cool, centrifuger dans un seau rotor oscillant à 1500 g pendant 20 min. Retirez le film d&#39;étanchéité. Note: Ces plaques sont lourds et les spécifications de centrifugeuses doivent être vérifiés pour la compatibilité. </li><li> Ajouter 40 ul de la solution enzymatique du stock de 8% à chaque puits (70 mg d&#39;enzyme par g de biomasse). </li><li> Refermer avec le nouveau ruban PTFE. Placez la plaque scellée dans plaque magnétique pince. </li><li> Mélanger délicatement les échantillons par inversion (au moins 15 fois), et incuber à 50 ° C pendant 70 heures. </li><li> Lorsque la saccharification a conclu, mélanger par inversion et centrifuger les plaques à 1500 xg pendant 20 min. </li></ol></li><li> Composition de sucre <ol><li> Préparer un ensemble de six glucose et xylose combiné standards d&#39;étalonnage dans un tampon 0,014 M de citrate (pH 5,0) allant de 0 à 0,750 mg / ml (0, 0,2, 0,3, 0,45, 0,65, et 0,75 mg / ml recommandé) et de 0 à 0,600 mg / ml (0, 0,1, 0,2, 0,35, 0,45 et 0,6 mg / ml recommandé) pour le glucose et le xylose, respectivement. </li><li> Préparer la glucose oxydase / peroxydase (goPod) et le xylose déshydrogénase (XDH) réactifs selon les instructions dans le kit. </li><li> En utilisant une pipette, retirer 200 ul de liquide à partir des 4 puits et les puits de coin de bord adjacentes aux puits de coin (12 puits au total) de la plaque de réacteur. </li><li> En utilisant une pipette, distribuer 180 pi d&#39;eau déminéralisée à chaque puits d&#39;un fond plat plaque de dilution de polystyrène de 96 puits. Ne pas ajouter de l&#39;eau à la norme et coin puits 12 de sucre (supprimer ces conseils si vous utilisez une tête à 96 canaux). </li><li> En utilisant une pipette, distribuer 180 ul réactif goPod à chaque puits du dosage du glucose plmangé. </li><li> En utilisant une pipette, distribuer 180 ul réactif XDH à chaque puits de la plaque d&#39;essai de xylose. </li><li> En utilisant une pipette, transférer 20 ul aliquotes hydrolysat de la plaque de réacteur de 96 puits à la plaque de dilution. Pipeter de la partie supérieure du puits à éviter matières solides de biomasse résiduelle et le liquide dans les puits d&#39;angle. Mélanger par trituration pendant au moins 10 cycles. </li><li> En utilisant une pipette, transférer 110 pi de normes de sucre, en double exemplaire, dans les puits d&#39;angle de la plaque de dilution. </li><li> En utilisant une pipette, transférer 20 ul de parties aliquotes de la plaque de dilution de glucose et xylose les plaques d&#39;essai. Mélanger par trituration. </li><li> Incuber les dosages de glucose et de xylose plaques à température ambiante pendant 30 min. Cassez délicatement les bulles de surface avant de lire. Un pistolet thermique brièvement passé au-dessus de la surface de la plaque fonctionne bien. </li><li> L&#39;utilisation d&#39;un 96 puits lecteur de plaque ultraviolet / visible, régler la longueur d&#39;onde mesurée à 510 nm et enregistrer l&#39;absorbance contre un blanc de réactif.Cette mesure surveille la formation de la quinone-imine, qui est proportionnelle à la concentration en glucose. La concentration en glucose est calculée à partir de la courbe d&#39;étalonnage sur la base des standards d&#39;étalonnage préparées dans 1.3.1. </li><li> L&#39;utilisation d&#39;un 96 puits lecteur de plaque ultraviolet / visible, régler la longueur d&#39;onde mesurée à 340 nm et enregistrer l&#39;absorbance. Cette mesure surveille la réduction de NAD + en NADH, qui est proportionnelle à la concentration en xylose. La concentration en xylose est calculée à partir de la courbe d&#39;étalonnage sur la base des standards d&#39;étalonnage préparées dans 1.3.1. </li></ol></li></ol> 2. à haut débit Détermination du total de lignine et de la lignine contenu monomère Utilisation pyMBMS 28 <ol><li> La préparation des échantillons <ol><li> Broyer et extraire la biomasse en utilisant les méthodes décrites dans les étapes 1.1.1 et 1.1.6-1.1.8. Cela comprend le broyage et l&#39;extraction d&#39;un ensemble de normes à utiliser des contrôles expérimentaux. Remarque: Le mesur pyMBMSements ne dépendent pas de la taille des particules, de sorte que si à l&#39;aide du protocole de pyMBMS, la préparation de la biomasse doit être effectuée pour permettre à l&#39;échantillon pour tenir dans le porte-échantillon, &lt;4 mm. </li><li> En utilisant une petite spatule de distribution d&#39;environ 4 mg (5 mg à trois de préférence) de la biomasse disposé dans une coupelle en acier inoxydable de 80 ul conçu pour l&#39;auto-échantillonneur. </li><li> Veiller à ce que au moins 10% des échantillons analysés sont en cours de normes de contrôle tels que ceux disponibles auprès de l&#39;Institut National des Standards et de la Technologie (bagasse-8491; peuplier-8492; pin-8493, ou la paille de blé-8494). La norme peut également être toute espèce analogues aux échantillons à analyser qui ont déjà été caractérisés en utilisant des procédés standard. </li><li> Charger au hasard les échantillons dans les tasses échantillonneur automatique en utilisant une pince à épiler pour éviter les biais en raison de la dérive possible du spectromètre au fil du temps. Remarque: Une randomisation typique des échantillons comprendrait la mesure de tous les échantillons une fois, suivie d&#39;une re-randomisationde l&#39;ordre des échantillons de mesure double. Programmes de randomisation sont disponibles en ligne. </li><li> En utilisant un poinçon standard, produire manuellement des disques de filtre de verre à partir de type feuilles de fibre de verre A / D, sans liant. Tenez le filtre en fibre de verre ronde avec des pincettes, centrer sur la coupelle d&#39;échantillon, et pousser dans l&#39;échantillon à l&#39;aide d&#39;une clé Allen de 3,5 mm pour confiner la matière dans chaque tasse pendant l&#39;expérience. </li></ol></li><li> Protocole Instrumental <ol><li> Étalonner le spectromètre de masse en utilisant une norme connue qui a des intensités de pointe sur toute la gamme de composés qui peuvent exister pour les échantillons expérimentaux. Pour les échantillons de biomasse typiques, utiliser perfluorotributylamine (PFTBA). </li><li> Régler le taux de débit de gaz porteur d&#39;hélium à 0,9 L / min à l&#39;aide d&#39;un débitmètre de gaz. </li><li> Régler le four auto-échantillonneur à une température de pyrolyse de 500 ° C et la température de l&#39;interface de 350 ° C à l&#39;aide du logiciel d&#39;auto-échantillonneur. Remarque: Un &quot;acier inoxydable 1/8 chaufféligne de transfert enveloppé dans la bande de chaleur qui relie l&#39;échantillonneur automatique pour le spectromètre de masse est contrôlé à l&#39;aide d&#39;un contrôleur de la chaleur à 250 ° C. </li><li> Commencez acquisition de données sur le spectromètre de masse et attendre au moins 60 secondes pour obtenir suffisamment de données pour la collecte des spectres de fond. </li><li> Commencez la méthode d&#39;auto-échantillonneur automatique avec les spécifications de 2.2.2. Remarque: L&#39;échantillonneur automatique tombe chaque échantillon individuellement dans le four échantillonneur automatique. Le temps d&#39;acquisition de données totale est d&#39;environ 1,5 min; Toutefois, la pyrolyse d&#39;un échantillon typique de 4 mg est complète après 30 sec. </li><li> Le contenu de la fiche ionique total (TIC) de chaque échantillon en utilisant un logiciel de spectromètre de masse à 0,5 sec vitesse de balayage. Intensités de record entre m / z 30 à 450. Remarque: composés de la biomasse typiques utilisent ionisation douce à 17 eV. L&#39;instrument peut enregistrer des intervalles plus grands de m / z 1 à 1000; Cependant, la vitesse de balayage sera limitée par la puissance du processeur. </li><li> Retirer fond à partir des spectres en utilisant le MAnuel améliorer fonctionnalité du logiciel. Note: Une portion de 60 balayage de la ligne de base au début de la collecte de données est utilisé pour calculer une valeur de fond moyen. Ce spectre d&#39;arrière-plan moyenne est éliminée à partir des spectres de l&#39;échantillon expérimental automatiquement dans le logiciel du spectromètre de masse. </li><li> Importer le fichier de texte de la colonne unique créé par le logiciel de spectromètre de masse contenant les données spectrales pour chaque échantillon, dans un programme de base de données et de combiner tous les échantillons en une seule base de données. Ajouter les métadonnées applicable à la feuille de calcul. Importez les données formatées (feuille de calcul de fichiers / CSV) dans un logiciel de statistique et de signifier à normaliser les spectres pour tenir compte de la variation dans les masses d&#39;échantillons pyrolysées. </li><li> Utilisez un logiciel de statistique d&#39;effectuer une analyse en composantes principales (ACP) en utilisant les données spectrales pour analyser regroupement des échantillons standards répliquées utilisées dans les mesures, ainsi que d&#39;évaluer quels sommets font partie intégrante de la classification des produits chimiquescomposés dans les chargements complotent 28. Remarque: les groupes PCA les échantillons en fonction de la similitude de leurs spectres, et permet un contrôle des normes de mesurer l&#39;erreur expérimentale en raison de la dérive de l&#39;instrument pendant la course. </li><li> Pour calculer le syringyl de lignine (S) / guaiacyle (G) le rapport, la somme des aires des pics de S (m / z = 154, 167, 168, 182, 194, 208, et 210) et diviser par la somme de G pics à 124, 137, 138, 150, 164, et 178. </li><li> Pour le calcul de la teneur en lignine au total, la somme des pics de lignine avec m / z = 120, 124, 137, 138, 150, 152, 154, 164, 167, 178, 180, 182, 194, et 210. </li><li> Calculer un facteur de correction pour la mesure de mise à l&#39;échelle pyMBMS une méthode standard pour estimer la lignine totale, comme Klason lignine. Diviser la valeur de la lignine Klason de la norme individuelle par la teneur totale en lignine mesurée pour l&#39;échantillon standard en utilisant pyMBMS. </li><li> Appliquer ce facteur de correction à tous comme-espèces dans l&#39;ensemble de données. Répétez l&#39;opération pour chaque type de biomasse analysé. Note: Le facteur de correction peut varier considérablement en fonction de la S / G de la biomasse analysé. </li></ol></li></ol>

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S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+prediction+of+eucalypt+lignin+syringyl/guaiacyl+content+using+multivariate+analysis:+a+comparison+between+mid-infrared,+near-infrared,+and+Raman+spectroscopies+for+model+development.">High-throughput prediction of eucalypt lignin syringyl/guaiacyl content using multivariate analysis: a comparison between mid-infrared, near-infrared, and Raman spectroscopies for model development.</a> Biotechnol. Biofuels. 7, 93 (2014).</li><li>Lupoi, J. S., Smith, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+woody+and+herbaceous+biomasses+lignin+composition+with+1064+nm+dispersive+multichannel+Raman+spectroscopy.">Characterization of woody and herbaceous biomasses lignin composition with 1064 nm dispersive multichannel Raman spectroscopy.</a> Appl. Spectro. 66 (8), 903-910 (2012).</li><li>Sun, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+determination+of+syringyl:guaiacyl+ratios+using+FT-Raman+spectroscopy.">Rapid determination of syringyl:guaiacyl ratios using FT-Raman spectroscopy.</a> Biotechnol. Bioeng. 109 (3), 647-656 (2012).</li><li>Lupoi, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+prediction+of+Acacia+and+eucalypt+lignin+syringyl/guaiacyl+content+using+FT-Raman+spectroscopy+and+partial+least+squares+modeling.">High-throughput prediction of Acacia and eucalypt lignin syringyl/guaiacyl content using FT-Raman spectroscopy and partial least squares modeling.</a> Bioenerg. Res. in press, (2015).</li><li>Sykes, R., Kodrzycki, B., Tuskan, G., Foutz, K., Davis, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Within+tree+variability+of+lignin+composition+in+Populus.">Within tree variability of lignin composition in Populus.</a> Wood Sci. Technol. 42 (8), 649-661 (2008).</li><li>Sykes, R., Mielenz, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch.+12.+High-Throughput+Screening+of+Plant+Cell-Wall+Composition+Using+Pyrolysis+Molecular+Beam+Mass+Spectroscopy.">Ch. 12. High-Throughput Screening of Plant Cell-Wall Composition Using Pyrolysis Molecular Beam Mass Spectroscopy.</a> Biofuels: Methods and Protocols. 581, 169-183 (2009).</li><li>Decker, S., Himmel, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ch.+17.+Reducing+the+effect+of+variable+starch+levels+in+biomass+recalcitrance+screening).">Ch. 17. Reducing the effect of variable starch levels in biomass recalcitrance screening).</a> Biomass Conversion. 908, 181-195 (2012).</li><li>Evans, R. J., Milne, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+characterization+of+the+pyrolysis+of+biomass.">Molecular characterization of the pyrolysis of biomass.</a> Energy Fuels. 1 (2), 123-137 (1987).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Les principales étapes de préparation d&#39;échantillons pour obtenir des données précises et reproductibles lors de la conduite des expériences de criblage à haut débit sont les suivantes: Sucre Essai de libération: En général, les échantillons sont préparés en lots allant de quelques dizaines à plusieurs milliers à la fois. Chaque étape majeure est typiquement effectuée pour tous les échantillons avant de se déplacer vers l&#39;avant afin de...

Comme l&#39;offre mondiale de combustibles non renouvelables et de leurs produits déclins associés, les scientifiques ont mis au défi de créer des carburants et des produits chimiques similaires à partir de sources d&#39;origine végétale 1. Un aspect clé de ce travail est de déterminer quelles espèces de plantes peuvent être appropriés pour la production de biocarburants et des biomatériaux 2,3. En général, ces matières premières sont évaluées pour la lignine, la cellulose, l&#39;hémicellulose et la teneur en; ainsi que leur sensibilité à la déconstruction (récalcitrant) par un prétraitement thermique, mécanique et / ou chimique, avec ou sans saccharification enzymatique ultérieure. Des analyses plus détaillées sont utilisés pour déterminer la composition spécifique de la lignine et l&#39;hémicellulose fractions ainsi que des activités enzymatiques optimales nécessaires. Les modifications transgéniques de plantes qui ne possèdent pas intrinsèquement traits idéales pour la conversion biochimique ou thermochimique aux produits souhaités ont fourni aux chercheurs une source considérablement élargi du potmatières premières tiels 4. Les méthodes d&#39;analyse standard pour quantifier les traits chimiques d&#39;une plante, tout en étant très utile pour les petites séries d&#39;échantillons, sont inadaptés pour le dépistage rapide de centaines ou de milliers d&#39;échantillons 5-7. Les procédés décrits ici HTP ont été développés pour évaluer rapidement et efficacement un grand nombre de variantes de la biomasse à des changements dans la paroi cellulaire récalcitrant à la dégradation thermochimique et / ou enzymatique. Il est essentiel de comprendre que les essais de criblage HTP décrites ici n&#39;a pas été conçu pour maximiser la conversion ou le rendement. L&#39;objectif est de déterminer les différences relatives dans la résistance intrinsèque des échantillons de biomasse connexes. En conséquence, un grand nombre des étapes d&#39;analyse diffèrent des essais de conversion de la biomasse «typiques», où l&#39;objectif est d&#39;obtenir des taux de conversion maximal ou étendue. Par exemple, sévérités prétraitement plus faibles et la réduction des temps d&#39;hydrolyse enzymatique sont utilisés pour optimiser différerrences entre les échantillons. Dans la plupart des cas, des charges relativement élevées d&#39;enzymes sont utilisés pour réduire des écarts dus à la variation expérimentale de l&#39;activité de l&#39;enzyme, ce qui pourrait fausser considérablement les résultats. Des techniques rapides pour déterminer la composition des parois cellulaires végétales et les sucres monomères libérés suivante saccharification enzymatique comprend la robotique, personnalisés, des plaques à 96 puits thermochimique compatibles, et des modifications des méthodes de laboratoire standard 8-11 et protocoles instrumentales, telles que la spectroscopie de vibration (infrarouge (IR), dans le proche infrarouge (NIR), ou Raman) et la résonance magnétique nucléaire (RMN) de 12 à 17. Ces méthodologies sont essentiels pour isoler les matières premières à forte cellulose ou le contenu de lignine faible, ou ceux qui devraient donner le plus élevé de glucose, le xylose, l&#39;éthanol, etc. Ces méthodes ont permis analyses à échelle réduite qui emploient de plus petites quantités de biomasse et de consommables, menant à des réductions dans experimental dépenses 18 </sjusqu&#39;à&gt;. Une autre caractéristique de cette approche méthodologique est que diverses conditions expérimentales peuvent être rapidement et, dans certains cas simultanément, évaluée. Par exemple, une variété de différentes stratégies de prétraitement ou cocktails d&#39;enzymes peut être testé, permettant à des paramètres expérimentaux les plus optimales pour être rapidement identifiés et utilisés. Matières premières populaires, tels que les tiges de maïs 9, le peuplier 8,10, la bagasse de canne 8, et le panic raide 8 ont été évaluées avec succès en utilisant ces méthodes de HTP. Lignine totale et de la composition monomère lignine sont aussi communément quantifiés traits de la biomasse. Il a été démontré des réductions de la teneur en lignine pour augmenter la digestibilité enzymatique de polysaccharides 19,20. Le rôle que le rapport monomère lignine (souvent signalé comme syringyl / guaiacyle (S / G) contenu) joue dans la déconstruction de la paroi cellulaire de la plante est toujours sous enquête. Certains rapports ont indiqué que les réductions dans le S / Grapport a conduit à une augmentation des rendements de glucose après hydrolyse 21, tandis que d&#39;autres études dévoilent la tendance inverse 19,22. Procédés à haut débit pour l&#39;évaluation de la lignine et de ses monomères comprennent la spectroscopie vibrationnelle (IR, NIR, Raman et 23 à 26) couplée à une analyse multivariée, et la pyrolyse faisceau moléculaire par spectrométrie de masse (pyMBMS) 27,28. Lors de l&#39;élaboration des méthodes de HTP pour le criblage de la biomasse, plusieurs considérations intégrales doivent être gardés à l&#39;esprit. Un aspect clé est la complexité de la méthode. Quel est le niveau de compétence requis pour la technique? Analyses chimiométriques, par exemple, exigent des compétences spécifiques pour la construction, l&#39;évaluation et le maintien de modèles prédictifs. Les méthodes standard présentent étapes indésirables d&#39;analyse préparatoire ou des données ou utilisent des réactifs toxiques. Développement des modèles est un processus continu où de nouvelles données sont incorporées dans le modèle au fil du temps pour augmenter la robustesse du modèle. Un autre considration est les économies et une diminution des temps d&#39;analyse expérimentale des méthodes à haut débit proposées. Si la méthode est très rapide, mais très coûteux, il peut ne pas être réalisable pour une technique de nombreux laboratoires à adopter. Les méthodes illustrées dans ce manuscrit sont des variantes des techniques normalisées, modifiés pour amplifier les capacités de débit. Ces protocoles mesurer quantitativement les traits de la biomasse d&#39;intérêt sans nécessiter le développement de modèles prédictifs. Ceci est un attribut essentiel de ces techniques, car les méthodes de prévision, tout en présentant de fortes corrélations avec la norme analyses utilisé pour développer les modèles, ne sont pas aussi précis que la mesure effectivement la quantité d&#39;intérêt pour les échantillons. Considérant que les méthodes utilisées sont essentiellement versions réduites de méthodes analytiques banc échelle standard, exactitude et la précision sont négociés pour la vitesse et le débit. Surtout, ce résultat est dû à des erreurs élevé dans les petites pipetage de volume et de pesage; ainsi que l&#39;augmentation deamplement hétérogénéité taille de l&#39;échantillon est réduite. Alors que les grandes séries d&#39;échantillons peuvent être examinés et comparés, un grand soin doit être exercé en faisant des comparaisons entre les campagnes distinctes et aux résultats l&#39;échelle du laboratoire. La plupart des étapes fastidieuses impliquent la manipulation physique de la biomasse. Échantillons de broyage peut prendre plusieurs minutes par échantillon, y compris le nettoyage de l&#39;usine entre les échantillons. Le chargement manuel, le déchargement, et les trémies de nettoyage et de remplissage et de vidange des sachets de thé et les sacs d&#39;échantillons est également très intensive en main. Bien que chaque étape peut prendre une minute ou plus, faisant des milliers d&#39;échantillons peuvent prendre plusieurs heures, voire des jours. Les robots peuvent charger une plaque de réacteur typique avec la biomasse dans environ 3 à 4 heures ou 6 à 8 plaques jour -1 robot de -1. Cette situation est fonction des paramètres de précision utilisées ainsi que le type et la quantité de biomasse à tester. Plateaux de remplissage du réacteur avec de l&#39;eau, de l&#39;acide dilué, ou enzymatique est effectué rapidement à l&#39;aide d&#39;un robot de manipulation de liquides. Pretraitement d&#39;un empilement de plaques (de 1 à 20 des plaques de réacteur) prend entre 1 et 3 heures lorsque l&#39;assemblage, refroidir, et le démontage est inclus. L&#39;hydrolyse enzymatique prend 3 jours et l&#39;analyse du sucre nécessite environ 1 h de temps de préparation ainsi que 10 minutes par plaque de réacteur pour terminer le test et lire les résultats. Un horaire hebdomadaire de prétraitement et d&#39;analyse fixées jours accueille un horaire de travail raisonnable, minimisant impair heures et le week-end des efforts pour la composante humaine de l&#39;essai et permet un traitement ~ 800 à 1000 échantillons par semaine sur une base continue. Le débit maximum dépend de plusieurs facteurs, notamment la quantité de matériel (robots, réacteurs plaques, etc.) et combien de &quot;logiciel&quot; (ie, la dotation en personnel) sont disponibles pour faire le travail manuel. La limite supérieure pratique est 2500 à 3000 échantillons / semaine; cependant, que la production nécessite l&#39;opération 7 jours par semaine et plusieurs stagiaires étudiants et techniciens. En comparaison, 3000 échantillons par HPLC exigeraient environ 125 jours de samanalyse ple plus la main-d&#39;œuvre supplémentaire de peser manuellement des échantillons dans des réacteurs et des échantillons de filtrage avant l&#39;analyse.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Wiley mill</td>
			<td>Thomas Scientific</td>
			<td>3375E15 (Model 4), or 3383L20 (Mini-mill)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anti-static bags</td>
			<td>Minigrip*</td>
			<td>MGST4P02503</td>
			<td>2.5x3&#34;, multiple suppliers available</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tin-coated copper wire</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>8871K84</td>
			<td>0.016&#34; diameter, bend-and-stay wire</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tea-bags</td>
			<td>Herbco</td>
			<td>press n&#39; brew teabags</td>
			<td>3.5x5 inches</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>gluco-amylase</td>
			<td>Novozymes</td>
			<td>Spirizyme Fuel&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>alpha-amylase</td>
			<td>Novozymes</td>
			<td>Liquozyme SC DS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td align="left">
			<table cellpadding="0" cellspacing="0">
				<tbody>
					<tr>
						<td>sodium acetate trihydrate</td>
					</tr>
				</tbody>
			</table>
			</td>
			<td>any chemical supplier</td>
			<td></td>
			<td>reagent grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>acetic acid</td>
			<td>any chemical supplier</td>
			<td></td>
			<td>reagent grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>190 proof (95%) ethanol</td>
			<td>any chemical supplier</td>
			<td></td>
			<td>reagent grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>hoppers</td>
			<td>Freeslate</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96-well C-276 Hastelloy plates</td>
			<td>Aspen Machining (Lafayette, Colorado)</td>
			<td>N/A (custom built)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/8&#8221; soldering iron tip</td>
			<td>Sears</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>silicone-adhesive backed Teflon tape</td>
			<td>3M</td>
			<td>5180</td>
			<td>3&#34; wide (36-yard rolls)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>enzyme solution</td>
			<td>Novozymes</td>
			<td></td>
			<td>Cellic CTec2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>citric acid monohydrate</td>
			<td>any chemical supplier</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>trisodium citrate dihydrate</td>
			<td>any chemical supplier</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>disposable, polystyrene 96-well plates</td>
			<td>Greiner Bio-One</td>
			<td>655101</td>
			<td>or equivalent; multiple suppliers available</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>glucose oxidase/peroxidase&#160;</td>
			<td>Megazyme</td>
			<td>K-Gluc</td>
			<td>Megazyme D-glucose assay kit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>xylose dehydrogenase</td>
			<td>Megazyme</td>
			<td>K-Xylose</td>
			<td>Megazyme D-xylose assay kit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>glucose standard solution</td>
			<td>Megazyme</td>
			<td>K-Gluc</td>
			<td>Megazyme D-glucose assay kit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>xylose standard solution</td>
			<td>Megazyme</td>
			<td>K-Xylose</td>
			<td>Megazyme D-xylose assay kit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>stainless steel sample cups</td>
			<td>Frontier Laboratories</td>
			<td>PY1-EC80F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>glass fiber sheets</td>
			<td>Pall</td>
			<td>66227</td>
			<td>8x10&#34; sheets--circles punched with standard hole punch</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sugarcane Bagasse Whole Biomass Feedstock</td>
			<td>NIST</td>
			<td>8491</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eastern Cottonwood (poplar) Whole Biomass Feedstock</td>
			<td>NIST</td>
			<td>8492</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monterey Pine Whole Biomass Feedstock</td>
			<td>NIST</td>
			<td>8493</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wheat Straw Whole Biomass Feedstock</td>
			<td>NIST</td>
			<td>8494</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

high-throughput screening of recalcitrance variations in lignocellulosic biomass: total lignin, lignin monomers, and enzymatic sugar release

The conversion of lignocellulosic biomass to fuels, chemicals, and other commodities has been explored as one possible pathway toward reductions in the use of non-renewable energy sources. In order to identify which plants, out of a diverse pool, have the desired chemical traits for downstream applications, attributes, such as cellulose and lignin content, or monomeric sugar release following an enzymatic saccharification, must be compared. The experimental and data analysis protocols of the standard methods of analysis can be time-consuming, thereby limiting the number of samples that can be measured. High-throughput (HTP) methods alleviate the shortcomings of the standard methods, and permit the rapid screening of available samples to isolate those possessing the desired traits. This study illustrates the HTP sugar release and pyrolysis-molecular beam mass spectrometry pipelines employed at the National Renewable Energy Lab. These pipelines have enabled the efficient assessment of thousands of plants while decreasing experimental time and costs through reductions in labor and consumables.

L&#39;effet combiné de la pré-traitement thermochimique et la saccharification enzymatique ultérieure est mesurée en fonction de la masse de glucose et xylose libérée à la fin de l&#39;essai. Les résultats sont rapportés en termes de milligrammes de glucose et xylose libérés par gramme de biomasse. Ceci est en contraste frappant avec les données déclarées à partir d&#39;essais banc échelle, qui est généralement déclarés comme pour cent de rendement théorique basée sur l&#39;analyse de la compositio...

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High-throughput Screening of Recalcitrance Variations in Lignocellulosic Biomass: Total Lignin, Lignin Monomers, and Enzymatic Sugar Release

Plant cell wall structure and chemistry traits are evaluated to identify ideal feedstocks for biofuels and bio-materials. Standard methods have limitations when applied to large data sets. These high-throughput pretreatment, enzyme saccharification, and pyrolysis-molecular beam mass spectrometry methods compare large numbers of biomass samples with decreased experimental time and cost.

Haut-débit dépistage des Variations récalcitrant dans la biomasse lignocellulosique: Total lignine, la lignine monomères et enzymatique sucre sortie

The conversion of lignocellulosic biomass to fuels, chemicals, and other commodities has been explored as one possible pathway toward reductions in the ...

high-throughput-screening-recalcitrance-variations-lignocellulosic

Research

JoVE Journal

Environment

9.9K vues.  National Renewable Energy Laboratory. Plant cell wall structure and chemistry traits are evaluated to identify ideal feedstocks for biofuels and bio-materials. Standard methods have limitations when applied to large data sets. These high-throughput pretreatment, enzyme saccharification, and pyrolysis-molecular beam mass spectrometry methods compare large numbers of biomass samples with decreased experimental time and cost.

Vidéo: High-throughput Screening of Recalcitrance Variations in Lignocellulosic Biomass: Total Lignin, Lignin Monomers, and Enzymatic Sugar Release

Determination of Microbial Extracellular Enzyme Activity in Waters, Soils, and Sediments using High Throughput Microplate Assays

Much of the nutrient cycling and carbon processing in natural environments occurs through the activity of extracellular enzymes released by microorganisms. Thus, measurement of the activity of these extracellular enzymes can give insights into the rates of ecosystem level processes, such as organic matter decomposition or nitrogen and phosphorus mineralization. Assays of extracellular enzyme activity in environmental samples typically involve exposing the samples to artificial colorimetric or fluorometric substrates and tracking the rate of substrate hydrolysis. Here we describe microplate based methods for these procedures that allow the analysis of large numbers of samples within a short time frame. Samples are allowed to react with artificial substrates within 96-well microplates or deep well microplate blocks, and enzyme activity is subsequently determined by absorption or fluorescence of the resulting end product using a typical microplate reader or fluorometer. Such high throughput procedures not only facilitate comparisons between spatially separate sites or ecosystems, but also substantially reduce the cost of such assays by reducing overall reagent volumes needed per sample.

Microplate based procedures are described for the colorimetric or fluorometric analysis of extracellular enzyme activity. These procedures allow for the rapid assay of such activity in large numbers of environmental samples within a manageable time frame.

Détermination de l&#39;activité enzymatique microbienne extracellulaire dans les eaux, les sols et les sédiments de haut débit microplaques dosages

Much of the nutrient cycling and carbon  processing in natural environments occurs through the activity of extracellular  enzymes released by ...

Recherche

Environnement

High-throughput Fluorometric Measurement of Potential Soil Extracellular Enzyme Activities

Microbes in soils and other environments produce extracellular enzymes to depolymerize and hydrolyze organic macromolecules so that they can be assimilated for energy and nutrients. Measuring soil microbial enzyme activity is crucial in understanding soil ecosystem functional dynamics. The general concept of the fluorescence enzyme assay is that synthetic C-, N-, or P-rich substrates bound with a fluorescent dye are added to soil samples. When intact, the labeled substrates do not fluoresce. Enzyme activity is measured as the increase in fluorescence as the fluorescent dyes are cleaved from their substrates, which allows them to fluoresce. Enzyme measurements can be expressed in units of molarity or activity. To perform this assay, soil slurries are prepared by combining soil with a pH buffer. The pH buffer (typically a 50 mM sodium acetate or 50 mM Tris buffer), is chosen for the buffer&#39;s particular acid dissociation constant (pKa) to best match the soil sample pH. The soil slurries are inoculated with a nonlimiting amount of fluorescently labeled (i.e. C-, N-, or P-rich) substrate. Using soil slurries in the assay serves to minimize limitations on enzyme and substrate diffusion. Therefore, this assay controls for differences in substrate limitation, diffusion rates, and soil pH conditions; thus detecting potential enzyme activity rates as a function of the difference in enzyme concentrations (per sample).
Fluorescence enzyme assays are typically more sensitive than spectrophotometric (i.e. colorimetric) assays,&#160;but can suffer from interference caused by impurities and the instability of many fluorescent compounds when exposed to light; so caution is required when handling fluorescent substrates. Likewise, this method only assesses potential enzyme activities under laboratory conditions when substrates are not limiting. Caution should be used when interpreting the data representing cross-site comparisons with differing temperatures or soil types, as in situ soil type and temperature can influence enzyme kinetics.

To measure potential rates of soil extracellular enzyme activities, synthetic substrates that are bound to a fluorescent dye are added to soil samples. Enzyme activity is measured as the fluorescent dye is released from the substrate by an enzyme-catalyzed reaction, where higher fluorescence indicates more substrate degradation.

À haut débit Fluorometric Mesure de sol Potentiel activités enzymatiques extracellulaires

Microbes in soils and other environments produce extracellular enzymes to depolymerize and hydrolyze organic macromolecules so that they can be ...

Semi-High Throughput Screening for Potential Drought-tolerance in Lettuce (Lactuca sativa) Germplasm Collections

This protocol describes a method by which a large collection of the leafy green vegetable lettuce (Lactuca sativa L.) germplasm was screened for likely drought-tolerance traits. Fresh water availability for agricultural use is a growing concern across the United States as well as many regions of the world. Short-term drought events along with regulatory intervention in the regulation of water availability coupled with the looming threat of long-term climate shifts that may lead to reduced precipitation in many important agricultural regions has increased the need to hasten the development of crops adapted for improved water use efficiency in order to maintain or expand production in the coming years. This protocol is not meant as a step-by-step guide to identifying at either the physiological or molecular level drought-tolerance traits in lettuce, but rather is a method developed and refined through the screening of thousands of different lettuce varieties. The nature of this screen is based in part on the streamlined measurements focusing on only three water-stress indicators: leaf relative water content, wilt, and differential plant growth following drought-stress. The purpose of rapidly screening a large germplasm collection is to narrow the candidate pool to a point in which more intensive physiological, molecular, and genetic methods can be applied to identify specific drought-tolerant traits in either the lab or field. Candidates can also be directly incorporated into breeding programs as a source of drought-tolerance traits.

Semi-High Throughput Screening for Potential Drought-tolerance in Lettuce Lactuca sativa Germplasm Collections

This protocol was developed to screen a large germplasm collection of the leafy vegetable lettuce (Lactuca sativa L.) for drought-tolerance, in order to identify a small candidate pool of lettuce for use in physiological, molecular, and genetic studies to identify underlying drought-tolerance traits along with breeding programs.

Criblage à semi-haute de la sécheresse de tolérance potentiel dans la laitue (<em&gt; Lactuca sativa</em&gt;) de matériel génétique dans les collections

This protocol describes a method by which a large collection of the leafy green vegetable lettuce (Lactuca sativa L.) germplasm was screened for likely ...

Pretreatment of Lignocellulosic Biomass with Low-cost Ionic Liquids

A number of ionic liquids (ILs) with economically attractive production costs have recently received growing interest as media for the delignification of a variety of lignocellulosic feedstocks. Here we demonstrate the use of these low-cost protic ILs in the deconstruction of lignocellulosic biomass (Ionosolv pretreatment), yielding cellulose and a purified lignin. In the most generic process, the protic ionic liquid is synthesized by accurate combination of aqueous acid and amine base. The water content is adjusted subsequently. For the delignification, the biomass is placed into a vessel with IL solution at elevated temperatures to dissolve the lignin and hemicellulose, leaving a cellulose-rich pulp ready for saccharification (hydrolysis to fermentable sugars). The lignin is later precipitated from the IL by the addition of water and recovered as a solid. The removal of the added water regenerates the ionic liquid, which can be reused multiple times. This protocol is useful to investigate the significant potential of protic ILs for use in commercial biomass pretreatment/lignin fractionation for producing biofuels or renewable chemicals and materials.

The pretreatment of lignocellulosic biomass with protic low-cost ionic liquids is shown, resulting in a delignified cellulose-rich pulp and a purified lignin. The pulp gives rise to high glucose yields after enzymatic saccharification.

Le prétraitement de la biomasse lignocellulosique avec les liquides ioniques à faible coût

A number of ionic liquids (ILs) with economically attractive production costs have recently received growing interest as media for the delignification of ...

Ammonia Fiber Expansion (AFEX) Pretreatment of Lignocellulosic Biomass

Lignocellulosic materials are plant-derived feedstocks, such as crop residues (e.g., corn stover, rice straw, and sugar cane bagasse) and purpose-grown energy crops (e.g., miscanthus, and switchgrass) that are available in large quantities to produce biofuels, biochemicals, and animal feed. Plant polysaccharides (i.e., cellulose, hemicellulose, and pectin) embedded within cell walls are highly recalcitrant towards conversion into useful products. Ammonia fiber expansion (AFEX) is a thermochemical pretreatment that increases accessibility of polysaccharides to enzymes for hydrolysis into fermentable sugars. These released sugars can be converted into fuels and chemicals in a biorefinery. Here, we describe a laboratory-scale batch AFEX process to produce pretreated biomass on the gram-scale without any ammonia recycling. The laboratory-scale process can be used to identify optimal pretreatment conditions (e.g., ammonia loading, water loading, biomass loading, temperature, pressure, residence time, etc.) and generates sufficient quantities of pretreated samples for detailed physicochemical characterization and enzymatic/microbial analysis. The yield of fermentable sugars from enzymatic hydrolysis of corn stover pretreated using the laboratory-scale AFEX process is comparable to pilot-scale AFEX process under similar pretreatment conditions. This paper is intended to provide a detailed standard operating procedure for the safe and consistent operation of laboratory-scale reactors for performing AFEX pretreatment of lignocellulosic biomass.

Ammonia Fiber Expansion AFEX Pretreatment of Lignocellulosic Biomass

Ammonia fiber expansion (AFEX) is a thermochemical pretreatment technology that can convert lignocellulosic biomass (e.g., corn stover, rice straw, and sugarcane bagasse) into a highly digestible feedstock for both biofuels and animal feed applications. Here, we describe a laboratory-scale method for conducting AFEX pretreatment on lignocellulosic biomass.

Prétraitement de la biomasse lignocellulosique de fibres d’ammoniac (AFEX)

Lignocellulosic materials are plant-derived feedstocks, such as crop residues (e.g., corn stover, rice straw, and sugar cane bagasse) and purpose-grown ...

A Novel Method for the Pentosan Analysis Present in Jute Biomass and Its Conversion into Sugar Monomers Using Acidic Ionic Liquid

Recently, ionic liquids (ILs) are used for biomass valorization into valuable chemicals because of their remarkable properties such as thermal stability, lower vapor pressure, non-flammability, higher heat capacity, and tunable solubility and acidity. Here, we demonstrate a method for the synthesis of C5 sugars (xylose and arabinose) from the pentosan present in jute biomass in a one-pot process by utilizing a catalytic amount of Br&#248;nsted acidic 1-methyl-3-(3-sulfopropyl)-imidazolium hydrogen sulfate IL. The acidic IL is synthesized in the lab and characterized using NMR spectroscopic techniques for understanding its purity. The various properties of BAIL are measured such as acid strength, thermal and hydrothermal stability, which showed that the catalyst is stable at a higher temperature (250 &#176;C) and possesses very high acid strength (Ho 1.57). The acidic IL converts over 90% of pentosan into sugars and furfural. Hence, the presenting method in this study can also be employed for the evaluation of pentosan concentration in other kinds of lignocellulosic biomass.

We present a protocol for the synthesis of C5 sugars (xylose and arabinose) from a renewable non-edible lignocellulosic biomass (i.e., jute) with the presence of Br&#248;nsted acidic ionic liquids (BAILs) as the catalyst in water. The BAILs catalyst exhibited better catalytic performance than conventional mineral acid catalysts (H2SO4 and HCl).

Une nouvelle méthode pour l’analyse de pentosane présente dans la biomasse Jute et sa transformation en monomères de sucre à l’aide d’acide liquide ionique

Recently, ionic liquids (ILs) are used for biomass valorization into valuable chemicals because of their remarkable properties such as thermal stability, ...

High-throughput, Microscale Protocol for the Analysis of Processing Parameters and Nutritional Qualities in Maize (Zea mays L.)

Maize is an important grain crop in the United States and worldwide. However, maize grain must be processed prior to human consumption. Furthermore, whole grain composition and processing characteristics vary among maize hybrids and can impact the quality of the final processed product. Therefore, in order to produce healthier processed food products from maize, it is necessary to know how to optimize processing parameters for particular sets of germplasm to account for these differences in grain composition and processing characteristics. This includes a better understanding of how current processing techniques impact the nutritional quality of the final processed food product. Here, we describe a microscale protocol that both simulates the processing pipeline to produce cornflakes from large flaking grits and allows for the processing of multiple grain samples simultaneously. The flaking grits, the intermediate processed products, or final processed product, as well as the corn grain itself, can be analyzed for nutritional content as part of a high-throughput analytical pipeline. This procedure was developed specifically for incorporation into a maize breeding research program, and it can be modified for other grain crops. We provide an example of the analysis of insoluble-bound ferulic acid and p-coumaric acid content in maize. Samples were taken at five different processing stages. We demonstrate that sampling can take place at multiple stages during microscale processing, that the processing technique can be utilized in the context of a specialized maize breeding program, and that, in our example, most of the nutritional content was lost during food product processing.

High-throughput, Microscale Protocol for the Analysis of Processing Parameters and Nutritional Qualities in Maize Zea mays L.

Here, we present a microscale protocol for processing grain samples and for incorporating this microscale approach into a high-throughput analytical pipeline. This is a higher throughput adaptation of currently available protocols.

Haut-débit, Microscale protocole pour l’analyse des paramètres de traitement et les qualités nutritionnelles du maïs (Zea mays L.)

Maize is an important grain crop in the United States and worldwide. However, maize grain must be processed prior to human consumption. Furthermore, whole ...

A 3-dimensional (3D)-printed Template for High Throughput Zebrafish Embryo Arraying

The zebrafish is a globally recognized fresh water organism frequently used in developmental biology, environmental toxicology, and human disease related research fields. Thanks to its unique features, including large fecundity, embryo translucency, rapid and simultaneous development, etc., zebrafish embryos are often used for large scale toxicity assessment of chemicals and drug/compound screening. A typical screening procedure involves adult zebrafish spawning, embryos selection, and arraying the embryos into multi-well plates. From there, embryos are subjected to exposure and the toxicity of chemical, or the effectiveness of the drugs/compounds can be evaluated relatively quickly based on phenotypic observations. Among these processes, embryos arraying is one of the most time-consuming and labor-intensive steps that limits the throughput level. In this protocol, we present an innovative approach that makes use of a 3D-printed arraying template coupled with vacuum manipulation to speed up this laborious step. The protocol herein describes the overall design of the arraying template, a detailed experimental setup and step-by-step procedure, followed by representative results. When implemented, this approach should prove beneficial in a variety of research applications using zebrafish embryos as testing subjects.

A 3-dimensional 3D-printed Template for High Throughput Zebrafish Embryo Arraying

Here, we present a protocol to design and fabricate a zebrafish embryo arraying template, followed by a detailed procedure on the use of such template for high throughput zebrafish embryo arraying into a 96-well plate.

3 Dimensions (3D)-imprimé le modèle pour l’embryon de poisson zèbre haut débit parant

The zebrafish is a globally recognized fresh water organism frequently used in developmental biology, environmental toxicology, and human disease related ...

A High-throughput Assay for the Prediction of Chemical Toxicity by Automated Phenotypic Profiling of Caenorhabditis elegans

Applying toxicity testing of chemicals in higher order organisms, such as mice or rats, is time-consuming and expensive, due to their long lifespan and maintenance issues. On the contrary, the nematode Caenorhabditis elegans (C. elegans) has advantages to make it an ideal choice for toxicity testing: a short lifespan, easy cultivation, and efficient reproduction. Here, we describe a protocol for the automatic phenotypic profiling of C. elegans in a 384-well plate. The nematode worms are cultured in a 384-well plate with liquid medium and chemical treatment, and videos are taken of each well to quantify the chemical influence on 33 worm features. Experimental results demonstrate that the quantified phenotype features can classify and predict the acute toxicity for different chemical compounds and establish a priority list for further traditional chemical toxicity assessment tests in a rodent model.

A High-throughput Assay for the Prediction of Chemical Toxicity by Automated Phenotypic Profiling of Caenorhabditis elegans

A quantitative method has been developed to identify and predict the acute toxicity of chemicals by automatically analyzing the phenotypic profiling of Caenorhabditis elegans. This protocol describes how to treat worms with chemicals in a 384-well plate, capture videos, and quantify toxicological related phenotypes.

Un test haut débit pour la prévision de la toxicité chimique de profilage phénotypique automatisé de Caenorhabditis elegans

Applying toxicity testing of chemicals in higher order organisms, such as mice or rats, is time-consuming and expensive, due to their long lifespan and ...

High-throughput Siderophore Screening from Environmental Samples: Plant Tissues, Bulk Soils, and Rhizosphere Soils

Siderophores (low-molecular weight metal chelating compounds) are important in various ecological phenomenon ranging from iron (Fe) biogeochemical cycling in soils, to pathogen competition, plant growth promotion, and cross-kingdom signaling. Furthermore, siderophores are also of commercial interest in bioleaching and bioweathering of metal-bearing minerals and ores. A rapid, cost effective, and robust means of quantitatively assessing siderophore production in complex samples is key to identifying important aspects of the ecological ramifications of siderophore activity, including, novel siderophore producing microbes. The method presented here was developed to assess siderophore activity of in-tact microbiome communities, in environmental samples, such as soil or plant tissues. The samples were homogenized and diluted in a modified M9 medium (without Fe), and enrichment cultures were incubated for 3 days. Siderophore production was assessed in samples at 24, 48, and 72 hours (h) using a novel 96-well microplate CAS (Chrome azurol sulphonate)-Fe agar assay, an adaptation of the traditionally tedious and time-consuming colorimetric method of assessing siderophore activity, performed on individual cultivated microbial isolates. We applied our method to 4 different genotypes/Lines of wheat (Triticum aestivum L.), including Lewjain, Madsen, and PI561725, and PI561727 commonly grown in the inland Pacific Northwest. Siderophore production was clearly impacted by the genotype of wheat, and in the specific types of plant tissues observed. We successfully used our method to rapidly screen for the influence of plant genotype on siderophore production, a key function in terrestrial and aquatic ecosystems. We produced many technical replicates, yielding very reliable statistical differences in soils and within plant tissues. Importantly, the results show the proposed method can be used to rapidly examine siderophore production in complex samples with a high degree of reliability, in a manner that allows communities to be preserved for later work to identify taxa and functional genes.

We present a protocol for rapid screening of environmental samples for siderophore potential contributing to micronutrient bioavailability and turnover in terrestrial systems.

Sidérophore High-throughput Screening d’échantillons environnementaux : planter la rhizosphère sols, sols en vrac et tissus

Siderophores (low-molecular weight metal chelating compounds) are important in various ecological phenomenon ranging from iron (Fe) biogeochemical cycling ...