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.

포도당과 크 실리 톨 수익률의 1. 높은 처리량 결정은 효소 당화 9, 29에 따라 <ol><li> 샘플 준비 (디 - 녹말, 분쇄, 추출, 전처리) <ol><li> 와일리 밀, 이러한 입자는 20 메쉬를 통과하는 것이 (850 μm의) 스크린을 사용하여 각 시료의 바이오 매스의 적어도 300 mg의 분쇄. 정전기 방지 지퍼 가기 가방에 이동 (일반적으로 바코드) 및 바코드 데이터베이스에 기록 샘플 정보를 제공합니다. </li><li> 조심스럽게 차 가방 (잉크 또는 마커를 사용하지 않는, 연필)을 방지하기 위해 바이오 매스를 통해 끝을 접어해야되고, 티 백을 롤 번호가 약 250 mg의 또는 정전기 방지 가방에서 지상 바이오 매스의 더 추가 드 녹말 추출하는 동안 손실. </li><li> 주석 도금 구리 와이어를 사용하여 폐쇄 티백을 싸서. 각각의 바코드 샘플에 대한 티백 번호를 기록한다. </li><li> 상업 효소 (일반적으로, 0.25 % (v / v)의 글루코 아밀라제 (~ 1600 AGU / L)과에서 드 녹말 효소 솔루션을 준비1.5 % (v / v)의 알파 - 아밀라제 0.1 M 나트륨 아세테이트 (~ 2,900 KNU-S / L) (PH 5.0)). 대량의 바이오 매스 g 당 16 mL를 120 티백 샘플 당 500 mL로 준비합니다. 주 : 접지 매스로부터 전분을 제거 할 수있는 하중은 효소 로딩 및 비율의 범위로 소화 한 후 전분을위한 시험함으로써 경험적으로 결정되어야한다. </li><li> 플라스틱 용기에 일괄 접지 매스 1g 당 탈 녹말 효소 용액 16 ml를 추가. 일괄 드 녹말 프로토콜의 경우, 버퍼 효소 용액 500 ml의 120 티 백을 추가합니다. </li><li> 가능한 전분을 제거하기 위해 120 rpm으로, 24 (± 4) 시간 동안 55 ℃에서 진탕에 품어. </li><li> 디 녹말 인큐베이션 후 헹구고 30 분 동안 탈 이온수로 여러 리터 매스 소크. 캐스케이드에 뜨거운 액체 에탄올을 일으키는 원인이되는 솔루션의 수준에 갑자기 폭력적인 상승을 초래할 수있는 솔루션에 가스 거품의 범핑 (형성 될 수 있습니다 버퍼 염을 제거하려면이 과정을 두 개의 추가 번 반복추출 동안 반응 용기) 중. </li><li> 드 먹인 바이오 매스의 철저한 세척에 따라, 추출을위한 속 슬렛 컬럼에 티 백을 배치합니다. 어떤 골무는이 단계에서 필요하지 않습니다. </li><li> 95 % 에탄올을 사용하여, 속 슬렛 역류를 설정하고 24 시간 동안 샘플을 추출합니다. </li><li> 속 슬렛 반응기에서 티 백을 제거하고 평평한 쟁반에 하나의 층에 확산. </li><li> 샘플 흄 후드에서 실온에서 밤새 건조되도록. </li><li> 티 백을 풀다 원래 바코드 정전기 방지 가방에 건조 된 바이오 매스를 반환합니다. 주 : 정전기 잡화 취급 특성, 바이오 매스에 정전기를 감소시키는 개선에 효율적이다. 다른 저장 옵션을 사용하는 경우, 추가 매스 인해 저장 용기의 측면에 집착 매스에 필요할 수있다. </li><li> 바코드 호퍼에 건조 된 바이오 매스의 50 mg의 이동 (더 재료를 사용하여 정확한 분배를 위해 더 낫다). 에스정전기 방지 가방 및 수신 호퍼의 바코드는 정확한 샘플 추적을 보장 할 수 있습니다. </li><li> 고체가 랙에 샘플의 순서에주의를 기울이고, 로봇의 무게 위에로드 호퍼. 사용 된 플레이트의 수에 따라 분배 프로토콜을 모든 샘플을 포함하고 선택 충분히 반응기 판을로드. </li><li> 로봇 부식 방지 스테인레스 스틸 96 웰 플레이트에 (0.3 mg을 ±) 건조 된 시료의 5 mg의 무게. 지역화 된 변형을 최소화하기 위해 분산 판 주위의 각 샘플을 3 회 반복 달아. </li><li> 분석 성능을 추적하기 위해 잘 특성화 바이오 매스 표준 물질의 8 제어 바이오 매스 샘플을 포함합니다. 여러 접시를 들어, 여러 표준 바이오 매스 호퍼의 사용은 반복 분배주기를 통해 호퍼에 체질에 의한 입자 크기 드리프트를 최소화 할 수 있습니다. 참고 : 각 플레이트에서 3 복제, 탈 이온수와 효소로 구성된 4 공백, 8 contro 24 샘플이 있어야한다LS, 이전에있어서 표준을 사용하는 바이오 매스. 판의 4 모서리의 각의 3 코너 우물은 설탕 표준을 위해 예약되어 있습니다. </li><li> 잘못된 바이오 매스 입자 빈 설탕 표준 우물을 확인하고있는 경우 제거합니다. </li><li> 각 웰에 탈 이온수 250 μl를 추가하고, 실리콘 접착제 백업 폴리 테트라 플루오로 에틸렌 (PTFE) 테이프로 번호판을 봉인. </li><li> 1/8 &quot;납땜 인두 팁을 사용하여, 각각의 판에 대한 각각의 스팀 포트 (117 총)에 PTFE 테이프를 관통. 가이드로 밀폐 된 원자로 접시에 쌓여 빈 접시를 사용하여 PTFE를 필름의 이동을 제한 할 수 있습니다. </li><li> 단단히 상단과 스택의 바닥에 접시와 빈 판 사이 0.031 &quot;두께의 유리 강화 PTFE 가스켓 (스팀 포트 구멍 천공)으로 판을 클램프. 17.5 분, 또는 원하는 심각도에 따라 다른 온도 / 시간 조합에 대해 180 ° C로 설정 증기 반응기를 사용하여 샘​​플 전처리. </li><li> 50 ℃로 냉각 원자로 판; C 탈 이온수로 홍수. </li></ol></li><li> 효소 당화 <ol><li> 1.0 M 시트르산 나트륨, pH 5.0으로 8 % (v / v)의 효소 용액 이루어진 당화 효소 용액을 제조 하였다. 원자로 판 당 5 mL를 준비합니다. 주 : 특정 효소 스톡 용액의 활성 및 단백질 함량에 기초하여 결정될 필요 희석한다. </li><li> 플레이트가 멋진 경우, 20 분 동안 1,500 XG에서 스윙 버킷 로터에서 그들을 원심 분리기. 필름을 밀봉 제거합니다. 참고 :이 판은 무겁와 원심 분리기 사양의 호환성을 확인해야합니다. </li><li> 각 웰 (G 바이오 매스 당 70 mg의 효소)에 8 % 효소 원액의 40 μl를 추가합니다. </li><li> 새로운 PTFE 테이프로 봉인. 자기 플레이트 클램프로 밀봉 플레이트를 놓습니다. </li><li> 조심스럽게 반전에 의해 샘플 (이상 15 회)를 혼합하고, 70 시간 동안 50 ℃에서 배양. </li><li> 당화가 체결되면, 반전에 의해 믹스 1,500 X에서 번호판을 원심 분리20 분 동안 G. </li></ol></li><li> 설탕 분석 <ol><li> 6 글루코스 0.014 M 시트르산 완충액 크실 로스 결합 검정 표준 0 내지 0.750 ㎎ / ㎖ 범위 (PH 5.0)의 세트 준비 (0, 0.2, 0.3, 0.45, 0.65, 및 0.75 mg의 / ㎖ 권장) 및 0-0.600 ㎎ / ㎖ (0, 0.1, 0.2, 0.35, ml의 권장 0.45, 0.6 밀리그램 /)는 각각 포도당과 자일 로스, 대한. </li><li> 키트의 지침에 따라 포도당 산화 효소 / 퍼 옥시 다제 (GOPOD) 및 자일 로스 탈수소 효소 (XDH) 시약을 준비합니다. </li><li> 피펫을 사용하여, 반응 플레이트의 모서리 우물 (총 12 우물)에 인접한 4 코너 우물과 가장자리의 우물에서 액체의 200 μl를 제거합니다. </li><li> 피펫을 사용하여, 96- 웰 평면 바닥 폴리스티렌 희석 플레이트의 각 웰에 탈 이온수 180 μL 분주. (12) 당 표준 및 코너 우물에 물을 추가하지 마십시오 (96 채널 헤드를 사용하는 경우 그 팁을 제거). </li><li> 피펫을 사용하여, PL 포도당 분석의 각 웰에 180 ㎕를 GOPOD 시약을 분배먹었다. </li><li> 피펫을 사용하여, 글루코오스 분석 플레이트의 각 웰에 180 μL의 XDH 시약 분주. </li><li> 피펫을 이용하여 희석 플레이트 96 웰 반응 플레이트로부터 20 μL 분취 분해물 옮긴다. 우물의 상부에서 피펫은 바이오 매스 고체와 코너 우물에 잔류 액을 방지 할 수 있습니다. 적어도 10 사이클 저작하여 혼합한다. </li><li> 피펫을 사용하여 희석 플레이트의 모서리 우물, 중복, 설탕 표준의 110 μl를 전송합니다. </li><li> 피펫을 사용하여 포도당과 자일 로스 분석 플레이트에 희석 플레이트에서 20 μL 씩 전송합니다. 분쇄하여 섞는다. </li><li> 30 분 동안 실온에서 글루코오스 및 글루코오스 분석 판을 배양한다. 주의 깊게 읽기 전에 어떤 표면의 거품을 휴식. 간략 판의 표면에 전달되는 열 총은 잘 작동합니다. </li><li> 자외선 / 가시 96- 웰 플레이트 판독기를 사용하여 510 nm의 파장을 측정하고 설정 시약 블랭크에 대해 흡광도를 기록한다.이 측정은 글루코오스 농도에 비례 퀴논 이민의 형성을 모니터링한다. 글루코스 농도는 1.3.1에서 제조 검정 표준에 기초하여 검량선으로부터 계산된다. </li><li> 자외선 / 가시 96- 웰 플레이트 판독기를 사용하여 340 nm의 파장을 측정하고 설정 흡광도를 기록한다. 이 측정은 글루코오스 농도에 비례하는 NADH의 NAD + 환원을 모니터링한다. 글루코오스 농도는 1.3.1에서 제조 검정 표준에 기초 검량선으로부터 계산된다. </li></ol></li></ol> pyMBMS 28 사용하여 총 리그닌과 리그닌 단량체 내용의 2. 높은 처리량 결정 <ol><li> 샘플 준비 <ol><li> 분쇄 및 단계 1.1.1 및 1.1.6-1.1.8에서 설명한 방법을 이용하여 바이오 매스를 추출 하였다. 이 연마하고 실험적인 컨트롤을 사용하여 표준 집합의 추출이 포함되어 있습니다. 참고 : pyMBMS의 지표 성과를ements하지 입도 의존하므로 만 pyMBMS 프로토콜을 사용하는 경우, 미생물 제제 샘플 &lt;샘플 홀더에 4mm 맞게 있도록 수행되어야한다. </li><li> 약 4 mg의 작은 주걱을 사용하여 분배 자동 샘플러 위해 설계된 80 μL 스테인레스 컵에 준비된 바이오 매스 (3~5 mg을 선호). </li><li> 분석 된 시료의 적어도 10 %는 국립 표준 기술 연구소에서 사용할 수있는 등의 관리 기준 있는지 확인하십시오 (사탕 수수 사탕 수수-8491, 포플러-8492, 소나무 - 8493 또는 밀 밀짚 8494). 표준은 이미 표준 방법을 사용하여 특성화되었다 분석 될 샘플 유사한 어떤 종류 일 수있다. </li><li> 무작위로 인해 시간이 지남에 따라 가능한 분광계 드리프트에 편견을 방지하기 위해 핀셋을 사용하여 자동 샘플러 컵에 샘플을로드합니다. 주의 : 샘플의 전형적인 랜덤는 다시 랜덤이어서 일단 모든 샘플의 측정 값을 포함 할 것이다중복 측정 용 샘플의 순서. 무작위 프로그램은 온라인으로 사용할 수 있습니다. </li><li> 표준 홀 펀치를 사용하여 수동으로 바인더와, 입력 A / D 유리 섬유 시트로부터 유리 필터 디스크를 생성한다. 핀셋으로 둥근 유리 섬유 필터를 잡고 샘플 컵에 그것을 센터, 실험 기간 동안 각 컵에 재료를 한정하기 위해 3.5 mm 육각 렌치를 사용하여 샘​​플로 밀어 넣습니다. </li></ol></li><li> 경음악 프로토콜 <ol><li> 실험 샘플에 대해 존재할 수있는 화합물의 전체 범위에서 피크 강도를 갖는 공지 된 표준을 이용하여 질량 분석을 교정. 일반적으로 바이오 매스 샘플은, 루오 로트리 (PFTBA)를 사용합니다. </li><li> 가스 유량계를 사용하여 0.9 L / 분의 헬륨 캐리어 가스 유량을 설정한다. </li><li> 500 ℃의 열분해 온도 및 오토 샘플러 소프트웨어를 사용하여 350 ° C로 인터페이스 온도로 자동 샘플러로를 설정한다. 참고 : 1/8 &quot;스테인레스 스틸 가열질량 분석기로 자동 샘플러를 접속 가열 테이프에 싸서 전달 라인은 250 ℃에서의 열 제어를 이용하여 제어된다. </li><li> 질량 분석기에 대한 데이터 수집을 시작하고 배경 스펙트럼 수집을위한 충분한 데이터를 얻기 위해 최소 60 초를 기다립니다. </li><li> 2.2.2의 사양을 자동 자동 샘플러 방법을 시작합니다. 참고 : 자동 샘플러 자동 샘플러로에 개별적으로 각각의 샘플을 삭제합니다. 총 데이터 획득 시간은 약 1.5 분이며; 그러나, 일반적인 4 mg의 시료의 열분해는 30 초 후에 완료됩니다. </li><li> 0.5 초 스캔 속도로 질량 분석 소프트웨어를 사용하여 각 샘플의 기록 총 이온 함유량 (TIC). M / Z 30-450 사이의 기록 강도. 참고 : 일반적인 바이오 매스 화합물은 17 eV의에서 부드러운 이온화를 사용합니다. 장비는 1,000 M / Z 1에서 더 큰 간격을 기록 할 수 있습니다; 그러나, 스캔 속도는 컴퓨터의 CPU 파워에 의해 제한됩니다. </li><li> 엄마를 사용하여 스펙트럼에서 배경을 제거nual 소프트웨어의 기능을 향상시킬 수 있습니다. 주 : 데이터 수집의 시작에서 초기의 주사 부 (60)는 배경 평균 값을 계산하는데 사용된다. 이 평균 배경 스펙트럼은 질량 분석기 소프트웨어에서 자동 실험 샘플 스펙트럼으로부터 제거된다. </li><li> 데이터베이스 프로그램에 각 샘플에 대한 분광 데이터를 포함하는 질량 분석기 소프트웨어에 의해 생성 된 단일 열 텍스트 파일을 가져 오기 및 하나의 데이터베이스로 모든 샘플을 결합한다. 스프레드 시트에 적용 가능한 메타 데이터를 추가합니다. 통계 소프트웨어 패키지로 형식의 데이터 (스프레드 시트 / CSV 파일을) 가져 오기 및 열분해 샘플 질량의 변화를 설명 할 수있는 스펙트럼을 정상화 의미한다. </li><li> 측정에 사용되는 복제 표준 샘플의 그룹을 분석 스펙트럼 데이터를 이용하여 주성분 분석 (PCA)을 수행하는 통계 소프트웨어 패키지를 사용하여,뿐만 아니라 화학적 분류에 통합되는 피크 평가할부하의 화합물은 28 플롯. PCA는 그룹 그들의​​ 스펙트럼의 유사성을 기준으로 샘플을하고, 표준 검사로 인해 운전 중 기기의 드리프트에 실험 오차를 측정 할 수 있습니다 :합니다. </li><li> 리그닌 syringyl (S) / guaiacyl (G)의 비율을 계산하기 위해, S 피크의 면적 합계 (m / z = 154, 167, 168, 182, 194, 208, 및 210) G 피크의 합으로 나눈 124, 137, 138, 150, 164, 178에서. </li><li> 총 리그닌 함량을 계산 m / z = 120, 124, 137, 138, 150, 152, 154, 164, 167, 178, 180, 182, 194, 및 210 리그닌 피크를 합산한다. </li><li> 이러한 Klason 리그닌으로, 총 리그닌을 추정하기위한 표준 방법에 pyMBMS 측정을 스케일링하는 보정 팩터를 계산한다. pyMBMS를 사용하여 해당 표준 시료에 대한 측정 된 총 리그닌 함량에 의해 개별 표준의 Klason 리그닌 값을 나눈다. </li><li> 데이터 세트에있는 모든 종 등이 보정 계수를 적용한다. 분석 바이오 매스의 각 유형에 대해이 단계를 반복합니다. NOTE : 보정 계수가 크게 분석 바이오 매스의 S / G에 기초하여 변할 수있다. </li></ol></li></ol>

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H., Drescher, S. R., Tuskan, G. A., Davis, M. F., Nghiem, N. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variation+of+S/G+ratio+and+lignin+content+in+a+Populus.+family+influences+the+release+of+xylose+by+dilute+acid+hydrolysis.">Variation of S/G ratio and lignin content in a Populus. family influences the release of xylose by dilute acid hydrolysis.</a> Appl. Biochem. Biotechnol. 129-132, 427-435 (2006).</li><li>Li, X., 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=Lignin+monomer+composition+affects+Arabidopsis+cell-wall+degradability+after+liquid+hot+water+pretreatment.">Lignin monomer composition affects Arabidopsis cell-wall degradability after liquid hot water pretreatment.</a> Biotechnol. Biofuels. 3, 27-33 (2010).</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+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.

다음 높은 처리량 스크리닝 실험을 실시 할 때 정확하고 재현성있는 데이터를 획득하기위한 키 샘플 준비 단계는 다음과 같다 설탕 자료 분석 : 일반적으로, 샘플은 수십에서 한 번에 수천에 이르기까지 많은 준비되어있다. 각 주요 단계는 전형적으로 샘플 제제 사이의 편차를 최소화하기 위해 전진에 앞서 모든 샘플에 대해 수행된다. 디 녹말 원래 프?...

비 재생 연료 및 관련 제품 하락의 글로벌 공급으로, 과학자들은 식물 유래 소스 1에서 유사 연료 및 화학 물질을 만드는 데 도전하고있다. 이 작업의 핵심은 식물의 종은 바이오 연료 및 바이오 소재 2,3의 생산에 적합 할 수있는 결정하는 것입니다. 일반적으로 이러한 원료는 리그닌, 셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스 콘텐츠에 대한 평가; 뿐만 아니라 또는 이후의 효소 당화하지 않고, 열 기계, 및 / 또는 화학적 전처리를 통해 해체 (반항)에 감수성있다. 자세한 분석이 필요 헤미셀룰로오스, 리그닌 및 분획물의 특정 조성물뿐만 아니라 최적의 효소 활성을 결정하기 위해 사용된다. 본질적으로 원하는 상품에 생화학 적 또는 열 화학적 변환을위한 이상적인 특성을 소유하지 않는 식물의 형질 변경은 냄비의 크게 확장 된 소스와 연구자를 제공하고 있습니다ential 원료 4. 작은 샘플 세트에 매우 유용하지만, 화학 플랜트의 특징을 정량화하는 표준 분석 방법은 시료 5-7 수백 또는 수천의 신속한 스크리닝 부적당하다. 본원에 기재된 방법 HTP 신속하고 효율적으로 열 화학적 및 / 또는 효소 분해에 세포벽 들음의 변화를 바이오 매스 변이체 다수을 평가하기 위해 개발되어왔다. 그것은 HTP 스크리닝 분석법은 본원에 기술 된 변환이나 수율을 최대화하도록 설계되지 않았다는 것을 이해하는 것이 중요하다. 목적은 관련 미생물 시료 극한 들음에 상대적인 차이를 결정하는 것이다. 결과적으로, 분석 단계의 많은 목적은 최대 전환율 또는 범위를 획득하는 것 &quot;전형적인&quot;바이오 매스 변환 분석, 다르다. 예를 들어, 저급 전처리 심각도 짧은 효소 가수 분해 시간은 다를 최대화하기 위해 이용된다샘플 사이에 화상 으. 대부분의 경우, 상대적으로 높은 효소 로딩 상당히 결과를 왜곡 할 수있는 효소 활성 실험 변형으로 인한 차이를 감소시키기 위해 사용된다. 식물 세포 벽과 단량체 설탕의 구성을 결정하기위한 신속한 기술은 효소 당화 적외선 등의 진동 분광학과 같은 로봇, 사용자 정의, 열화학 호환 96 웰 플레이트 및 표준 실험 방법 8-11의 수정 및 악기 프로토콜을 (포함 다음의 해방 (IR), 근적외선 (NIR), 또는 라만) 및 핵 자기 공명 (NMR) 12-17. 이 방법은 실험의 감소로 이어지는 높은 셀룰로오스 또는 낮은 리그닌 내용, 또는 가장 높은 포도당, 자일 로스, 에탄올을 산출하기 위해 예상되는 등 이러한 방법은 바이오 매스 및 소모품의 소량을 사용 축소 된 분석을 활성화와 원료를 분리하는 열쇠입니다 비용 (18) </s&gt;까지. 방법론이 접근법의 또 다른 특징은 다양한 실험 조건이 빠르게 될 수 있도록하며, 동시에 어떤 경우에는 평가. 예를 들어, 전처리 전략 또는 효소 칵테일 다른 다양한 최적 실험 파라미터 빨리 식별되고 사용될 수 있도록, 테스트 될 수있다. 옥수수 여물 9, 포플러 8, 10, 사탕 수수 사탕 수수 (8), 및 스위치 그래스 (8)과 같은 인기있는 원료는 성공적으로 HTP 방법을 사용하여 평가되었다. 총 리그닌과 리그닌 단량체 조성물은 또한 일반적으로 바이오 매스의 특성을 정량화하고 있습니다. 리그닌 함량의 감소는 다당류 (19, 20)의 효소 소화율을 증가시키는 것으로 나타났다. 리그닌 단량체 비율 (자주 syringyl / guaiacyl (S / G) 내용보고)이라는 역할은 아직 조사 중입니다 식물 세포 벽의 해체에서 재생됩니다. 일부 보고서는 지적했다 그 S / G의 감소다른 연구는 반대의 경향 19, 22을 공개하면서 비는 가수 분해 (21) 다음의 증가 포도당 수익률되었다. 리그닌과 단량체를 평가 처리량이 방법은 진동 다변량 분석 결합 분광법 (IR, NIR 및 라만 23-26), 및 열분해 분자 빔 질량 분석법 (pyMBMS) 27, 28을 포함한다. 매스 HTP 스크리닝 방법을 개발하는 경우, 여러 일체 고려 유념 할 필요가있다. 하나의 중요한 양상은 방법의 복잡성이다. 기술에 필요한 기술 수​​준은 무엇인가? 계량 화학 분석, 예를 들어, 구성, 평가 및 예측 모델을 유지하기위한 특별한 기술을 필요로한다. 표준 방법은 바람직하지 않은 준비 또는 데이터 분석 단계를 전시 또는 독성 시약을 사용한다. 모델의 개발은 새로운 데이터 모델의 견고성을 높이기 위해 시간 동안 모델에 통합 진행 과정이다. 또 다른 consideration은 비용을 절감하고 제안 된 고 처리량 방법의 실험적 분석 시간을 감소시켰다. 상기 방법은 상당히 빠르게하지만, 매우 고가 인 경우가 많은 실험실 채택위한 가능한 방법이 될 수 없다. 이 원고에 도시 된 방법은 스루풋 성능들을 증폭하도록 수정 표준화 기술의 변형이다. 이러한 프로토콜은 정량적 예측 모델의 개발을 필요없이 관심있는 미생물의 특성을 측정한다. 표준 모델을 개발하는 데 사용되는 분석과 강한 상관 관계를 보이는 동안이 예측 방법부터이 기술의 핵심 속성이다, 실제로 샘플에 대한 관심의 양을 측정하는만큼 정확하지 않습니다. 기본적으로 표준 벤치 규모 분석 방법의 버전을 축소되어 사용되는 방법 반면, 정확도와 정밀도는 속도와 처리량을 상장되어 거래되고있다. 대부분,이 결과는 작은 볼륨 피펫 및 무게에 더 높은 오류로 인해; 뿐만 아니라 증가 된 에스샘플 크기와 충분한 이질성이 감소된다. 큰 샘플 세트가 상영과 비교 될 수 있지만 별도의 캠페인 사이의 벤치 규모의 결과 비교를 할 때, 큰주의를 기울여야한다. 대부분의 시간 소모 단계 바이오 매스의 물리적 조작을 포함한다. 연삭 샘플은 샘플 사이의 밀을 청소 포함 샘플 당 몇 분을 취할 수있다. 수동, 하역, 청소 호퍼로드 및 작성, 차 가방 및 샘플 가방을 비우는 것은 매우 노동 집약적이다. 각 단계는 분 이상 걸릴 수 있지만, 샘플의 일을 수천 몇 시간 또는 며칠이 걸릴 수 있습니다. 로봇은 약 3 ~ 4 시간 또는 6 -1 플레이트 하루 8 로봇 바이오 매스와 일반적인 원자로 판을로드 할 수 있습니다 -1. 이러한 상황은 물론 시험 될 형 바이오 매스의 양으로 사용 정밀도 파라미터들에 의존한다. 물과 반응 판을 작성, 산을 희석 또는 효소 신속하게 액체 처리 로봇을 사용하여 수행됩니다. 피접시 스택 (1-20 반응 판)의 재치료는 어셈블리, 냉각시 1 ~ 3 시간 소요되며, 분해가 포함되어 있습니다. 효소 가수 분해 3 일 걸리며 당 분석 결과 분석을 완료하고 읽을 준비 시간 약 1 시간 플러스 반응기 접시 당 10 분을 필요로한다. 설정 전처리 및 분석 일의 주간 스케줄은 지속적으로 주당 800 ~ 1,000 샘플을 분석의 인간의 구성 요소에 대한 이상한 시간과 주말 노력을 최소화, 합리적인 작업 일정을 수용하고 처리 할 수​​ 있습니다. 최대 처리량이 많은 하드웨어 (로봇, 원자로 판 등), 얼마나 많은 &quot;소프트웨어&quot;(즉, 인력)이 수동 작업을 할 수 있습니다 주로하는 방법, 여러 가지 요인에 따라 달라집니다. 실제 상한은 2,500 ~ 3,000 샘플 / 주이다 그러나, 출력은 칠일 - 주 작업과 다수의 학생 인턴 및 기술자를 필요로한다. 비교하여, HPLC에 의해 3,000 샘플 SAM의 약 12​​5일을 필요PLE 분석 플러스 수동으로 분석하기 전에 원자로 및 필터링 샘플로 샘플 무게의 추가 노동.

<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.

열 화학적 전처리 및 후속 당화 효소의 결합 된 효과는 분석의 단부에 해제 포도당과 자일 로스의 질량의 함수로서 측정된다. 결과는 바이오 매스의 g 당 발표 포도당과 자일 로스의 밀리그램의 관점에서보고됩니다. 이것은 일반적으로 출발 물질의 조성 분석에 기초하여 이론적 퍼센트 수율로보고 벤치 스케일 분석에서보고 된 데이터에 대조적이다. 아직 주 당 샘플 수천 성분 분석을 수행하는 ?...

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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.

총 리그닌, 리그닌 단량체, 및 효소 설탕 자료 : 리그 노 셀룰로오스 바이오 매스의 반항의 변화의 높은 처리량 검열

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

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Research

JoVE Journal

Environment

9.9K 조회수.  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.

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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.

높은 처리량 마이크로 분석 실험을 사용하여 워터스, 토양 및 퇴적물에있는 미생물 세포 외 효소 활성의 결정

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

연구

환경과학

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.

잠재적 인 토양 세포 외 효소 활동의 높은 처리량 형광 측정 측정

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.

추 잠재적 가뭄 내성 세미 높은 처리량 검열 (<em&gt; 왕 고들빼기 속 sativa로구나</em&gt;) 유전자 원의 컬렉션

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.

저가 이온 성 액체와 리그 노 셀룰로오스 바이오 매스의 전처리

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.

암모니아 섬유 확장 (AFEX) 리그노셀룰로오스 바이오매스의 전처리

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).

당 분석에 대 한 새로운 방법을 황 바이오 매스 및 산 성 이온 성 액체를 사용 하 여 설탕 단위체로 그것 변환에

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.

높은 처리량, 처리 파라미터 분석 및 옥수수 (지 시 메이 스 L.) 영양 자질에 대 한 미 프로토콜

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 차원 (3D)-배열 하는 높은 처리량 Zebrafish 태아에 대 한 서식 파일을 인쇄

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.

꼬마 선 충 의 프로 파일링 Phenotypic 자동화 하 여 화학 독성의 예측에 대 한 높은 처리량 분석 결과

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.

환경 샘플에서 높은 처리량 Siderophore 심사: 식물 조직, 대량 토양, 및 Rhizosphere 토양

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