저자는 소나무 전처리에 대한 실험 데이터를 제공하기위한 기후 변화와 환경, 기후 KIC와 EPSRC (EP / K038648 / 1 EP / K014676 / 1) 자금 조달 및 피에르 부비에 대한 랜덤 연구소 인정합니다.

주 : 일부 또는 시판 될 수도 있지만, 공정에 사용되는 프로톤 이온 성 액체는, 우리 실험실에서 합성된다. 생성 된 이온 성 액체는 산성 및 부식성 및 (사용 아민에 따라 다름) 아마 피부 / 눈 자극하고, 따라서 치료 입고 적절한 PPE (실험실 코트, 안전 사양, 내 화학성 장갑)을 처리해야합니다. 1. 준비 <ol><li> 준비 및 리그 노 셀룰로오스 바이오 매스를 저장 <ol><li> 5kg에 예를 100g 업에 대한 충분한 양의 실험을하기 전에 리그 노 셀룰로오스 바이오 매스를 가져옵니다. 참고 : 각 실험은 바이오 매스의 최소 3g (1g 세중의 각)가 필요합니다. </li><li> 곧 수확 후 수분 함량을 줄이고 실험실에서 공기 - 건조 형태로 매스 저장한다. 테이블이나 벤치에 바이오 매스를 확산하고 2 주 또는 건조 나타날 때까지를 떠나하여 바이오 매스를 공기 - 건조. 이동 t 동안 바이오 매스를 돌려그 시간은 프로세스를 가속화한다. 수확의 년 이내에 분류 실험을 수행합니다. 참고 : 공기 건조 바이오 매스, 더 안정 5-12 중량 %의 수분을 포함하는 동안 직접 수확 한 후, 목질 바이오 매스, 최대 50 중량 %의 수분을 함유 할 수있다. </li><li> 분쇄 및 선별 입도 범위로 바이오 매스 체. 비닐 봉투 또는 사용할 때까지 다른 적절한 용기에 건조 된 바이오 매스를 저장합니다. 참고 :이 프로토콜에서 처리 작은 샘플의 경우, 감소 된 입자 크기는 예를 180-850 μm의를 위해 좋습니다. </li></ol></li><li> 20합니다 (NREL 프로토콜에 따라), 바이오 매스의 수분 함량을 결정 <ol><li> 바이오 매스의 수분 함량을 결정하기 위해 분석 밸런스에 알루미늄 호일 (크기 대략 5cm X 5cm)의 조각을 preweigh 호일 (m 박)의 중량을 기록한다. 알루미늄 호일에 공기 건조 바이오 매스 중 약 100 mg의 무게를 측정하고 정확한 공기 DRI를 기록에드 무게 (m의 ADW). </li><li> (적어도 4 시간 동안)을 밤새 105 ℃에서 팬 보조 오븐 패킷과 장소를 만들기 위해 알루미늄 박을 접어. </li><li> 밖으로 패킷을 타고 5 분 동안 데시 케이 터에 즉시 배치, 즉시 패킷의 무게와 오븐 건조 중량 플러스 포일 (m의 ODW + 호일)의 정확한 무게를 기록한다. 수학 식 1에 따른 바이오 엠씨의 BM (%)에서 수분 함량을 계산한다 : <img alt="식 (1)" src="/files/ftp_upload/54246/54246eq1.jpg" /> 식. 1 m의 ODW + 호 오븐 건조 패킷 (오븐 건조 바이오 매스 플러스 호)의 중량이고, m 포일은 포일의 중량이며 ADW m은 매스의 공기 건조 중량이다. 모든 중량은 g 또는 밀리그램에 하나 있어야합니다. </li></ol></li><li> 이온 성 액체의 합성 <ol><li> 흄 후드 또는 배출 인클로저에서 1 몰의 무게자기 교반 막대로 1 L 둥근 바닥 플라스크에 아민 (트리 에틸 아민)의. 자기 교반기 접시에 얼음 용기에 플라스크를 배치했다. 아민의 증발을 최소화하기 위해 즉시 250 ml를 첨가 깔때기를 추가합니다. 주 : 적절한 산을 보장 :베이스 비율은 전처리 실험의 재현성을 달성하기위한 높은 중요하다. </li><li> (예 5 몰 / L)에서 알려진 농도의 용액 및 부피 플라스크 (200 ㎖)을 사용하여, 황산 1 몰을 측정한다. 첨가 깔때기에 황산을 전송하고 탈 이온수로 첨가 깔때기로 메스 플라스크의 벽에 부착 된 임의의 산을 헹군다. </li><li> 격렬하게 교반하면서 아민 황산 적가. 이 아민과베이스에 산의 부정확 한 비율의 비등으로 이어질 것 같은 솔루션은 가열하지 않습니다 있는지 확인하십시오. 정량적 전사 산성을 보장하기 위해, 탈 이온수를 이용하여 첨가 깔때기 내부를 헹구어. 노트: 이온 성 액체 용액의 대형 회분 아민 및 황산의 양뿐만 아니라 따라서 플라스크 부피를 증가시킴으로써 이루어질 수있다. </li><li> 회전 증발기를 사용하여 대부분의 물을 증발시켰다. 수분 함량은 전처리에 필요한 수분 함량보다 낮아야한다. 주 : 완전 이온 성 액체를 건조 할 필요가 없다. 이는 트리 에틸 암모늄 수소 설페이트 등 일부 말린 이온 성 액체로서, 실온에서 고체이며, 이온 성 액체에 물을 남겨 유리할 수있다. 동결 건조기는 또한 수분 함량을 낮추기 위해 사용될 수있다. </li></ol></li><li> 확인 및 IL 용액의 수분 함량을 조절 주 : 수분 함량은 중요한 실험 변수이다. 전처리 혼합물 중의 물로부터 발생할 수 있다는 세 가지 소스가있다. 그들 모두 고려되어야한다 : (1) 합성 또는 산 이온 성 액체 용액 (2) 물에 함유 된 물이 t에 포함그 공기 건조 바이오 매스 및 원하는 최종 수분 함량을 달성하기 위해 피펫 첨가 (3) 임의의 물. <ol><li> 적정 제조자에 의해 발행 명령에 따라 체적 칼 피셔 적정에 의해 합성 된 이온 성 액체 또는 구매 용액의 수분 함량을 결정한다. 미리 칭량 주사기를 이용한 적정에 IL 몇 방울을 추가한다. 적정 장치에 추가 액체의 무게를 입력하고 적정는 판독이 표시 될 때까지 기다립니다. 수분을 기록한다. </li><li> 바이오 매스 전처리 물 함량을 결정. 이 실험에서, 20 중량 %를 사용합니다. 회전 증발기를 사용하여 5 중량 %의 바람직한 수분 함유량 아래의 물 함량을 감소 및 1.4.1에 설명 된 칼 피셔 적정에 의해 새로운 수분 함량을 확인. 주 : 좋음 결과는 20 중량 %의 물을 얻을 수있다; 그러나 이것은 항상 전처리에 대한 최적되지 않을 수 있습니다. 높은 수분 함량이 용매 비용을 감소시키기 위해 이하의 점도로 선택 될 수있다. </li></ol></li> &lt;리&gt; 실험에 대한 계산. <ol><li> 이온 성 액체 솔루션 m 졸, 최종 바이오 매스 - 투 - 용매 비율 BM / 졸 최종의 양을 결정합니다. 여기서, 20 중량 %의 물을 1:10 g / g의 매스 대 용매 비를 함유하는 이온 성 액체 용액 10 g을 사용한다. 주 : 비, 용매 매스 1:10 (중량 / 중량) 인 경우에는이 프로토콜에서 사용되는 튜브를 IL 용액 18g까지에 맞게 할 수있다. 높은 바이오 매스 - 투 - 용매 비율 (최대 1 : 2 또는 1 : 1) 경제적 관점에서 유리한하지만 작은 규모로 전처리 효능을 손상시킬 수 있습니다. </li><li> 다음 식 (2)에있어서 각 샘플에 대한 요구 (물이없는) 이온 성 액체의 양을 결정 : <img alt="식 (2)" src="/files/ftp_upload/54246/54246eq2.jpg" /> 식. 이 여기서 m의 IL은 최종의 g의 이온 성 액체 용액의 정량 및 WC 최종 g의 이온 성 액체, m 졸의 요구량이다 &lt;/ 서브&gt; 이온 성 액체 용액 (%)에 원하는 수분 함량이다. </li><li> 다음에, 다음 수학 식 3에 따라 각각의 압력 튜브에 첨가되도록 합성 또는 산 이온 성 액체 용액의 양을 계산한다 : <img alt="식 (3)" src="/files/ftp_upload/54246/54246eq3.jpg" /> 식. 삼 m 졸 용액의 양 (그램) 각각의 압력 튜브에 첨가 될 수이고, m의 IL은 이온 성 액체의 필요한 양 (g 단위)이고, WC 졸 (% 단위) 이온 성 액체 용액의 수분 함량이고 카를 피셔 적정에 의해 측정. </li><li> 수학 식 4를 이용하여 이온 성 액체 용액에 첨가되는 바이오 매스 (오븐 건조 중량 기준)의 양을 결정한다. 이 실험에서, 압력 튜브 당 오븐 건조 억새 바이오 매스의 1g을 사용합니다. <img alt="식 (4)" src="/files/ftp_upload/54246/54246eq4.jpg" /> 식. 4 ODW 부가되는 바이오 매스의 양이고(g)에서 각 압력 튜브, m 졸에 에드 최종 이온 성 액체 (g)에서 용액의 목적하는 양을 졸 BM / 최종 생물량 대 이온 성 액체 용액의 바람직한 비율이다. </li><li> 하기 식 (5)를 사용하여 튜브에 첨가 할 필요가 공기 - 건조 바이오 매스의 무게를 결정 <img alt="식 (5)" src="/files/ftp_upload/54246/54246eq5.jpg" /> 식. (5) ADW는 바이오 매스의 공기 건조 중량, ODW은 (그램 1.5.4 결정) 실험에 필요한 바이오 매스의 무게를 오븐 - 건조 (그램) 튜브에 첨가 할 수 있고 MC 여기서 BM이 값은 1.2.3 결정. </li><li> 다음 수학 식 6에 따라 원하는 최종 수분 함량을 달성하기 위해 피펫으로 첨가 할 필요가 물의 양 계산 : <img alt="식 (6)" src="/files/ftp_upload/54246/54246eq6.jpg" /> 식. 6 여기서 m 물 양이다물을 최종 WC는 전처리 액 (여기에서는 20 중량 %)의 원하는 수분 함량이며, 추가 될 M 개의 sol.final 용매 (여기 10g)의 양이고, MC BM 공기 건조 바이오 매스의 수분 함량은 , m BM 추가되는 공기 건조 바이오 매스의 양이고, WC 졸 합성 또는 구매 이온 성 액체 용액의 수분 함량이고, m 졸 이온 성 액체 용액의 양이다. </li></ol></li></ol> 2. 전처리 주 : 프로세스 (며칠) 또는 (장기간 동안) 냉장고에 실온에서 샘플을 떠나는 모든 지점에서 중단 될 수있다. <ol><li> 테프론 모자와 실리콘 O 링 세 15 ml의 압력 튜브를 미리 무게. 시각들이 균열이나 결함이 없는지 확인 압력 튜브를 검사한다. 주 : 필요한 경우보다 이온 성 액체 매스 피팅 큰 압력 튜브가 사용될 수 있지만 전처리 결과 못해다른 유리 병 크기에 치료 샘플 간의 직접 비교합니다. 우리는 더 나은 밀봉을 위해 전면 밀봉 캡의 사용을 권장합니다. </li><li> 10 ml의 피펫 스케일에 압력관로 서, 이온 성 액체 용액의 요구량을 추가한다. 튜브 서 위로를 유지하기 위해 코르크 링을 사용합니다. 이온 성 액체 용액의 중량을 기록하여 첨가. 1g / ㎖로 물의 밀도를 가정, 피펫을 사용하여 1.5.6에서 결정된 용액에 물을 필요한 양을 추가합니다. </li><li> , 균형에 알루미늄 호일 (크기 3cm × 8 CM)의 조각을 배치 균형을 테어 링 (taring)과 바이오 매스를 무게에 의해 공기 건조 리그 노 셀룰로즈의 필요한 양을 추가합니다. 균형을 용기와 튜브에 바이오 매스를 추가합니다. 다시 균형의 빈 호일을 놓고 차이를 기록한다. 참고 : 또는 대전 계량 보트가 사용될 수있다. </li><li> 실리콘 O 링과 테플론 캡 뚜껑을 닫습니다. 오버 체결하지 않고 좋은 도장을 확인합니다. 는 P의 중량을 녹음바이오 매스 및 이온 성 액체를 포함 ressure 튜브. 바이오 매스의 모든 이온 성 액체와 접촉 할 때까지 소용돌이 교반기를 사용하여 튜브의 내용물을 혼합한다. 주 : 모든 O 링 재료는 고온에서 이온 성 액체와 접촉하는 견딜. 우리는 실리콘이 잘 작동 것으로 나타났습니다. </li><li> 원하는 온도로 미리 가열 된 팬 보조 오븐에서 압력 튜브를 놓습니다. 예를 들어, 120 ℃ 또는 150 ℃에서 1 시간 동안 8 시간 동안 튜브를 떠난다. 참고 : 시간과 온도는 중요한 실험 변수입니다. 다른 시간 - 온도의 조합이 사용될 수있다. </li><li> 오븐 장갑을 사용하여 오븐에서 튜브를 제거하고 실내 온도에이 식도록 흄 후드에 배치합니다. 물이 요리하는 동안 탈출하지 보장하기 위해 냉각 후 유리 병의 무게를 확인합니다. </li></ol> 3. 펄프 워시 <ol><li> 앱솔루트 40 mL로하여 50 mL의 원심 분리 튜브로 각 튜브의 내용물을 전송전자 에탄올. 잘 혼합하고, 적어도 1 시간 동안 실온에서 튜브를 떠나 1 분 동안 소용돌이 교반기를 이용하여 관을 흔들어. 주 : 분리도하지만, 낮은 정확도 제안 샘플 크기에 대해 관찰 될 수 있고, 여과를 이용하여 수행 될 수있다. </li><li> 다음 2000 x g에서 50 분 동안 튜브를 원심 분리하여, 다시 30 초 동안 소용돌이 교반기를 이용하여 관을 흔들어. 별도의 액체 및주의 디캔팅에 의해 고체. 교반 막대와 둥근 바닥 플라스크 깨끗한 250 ml의 액체를 수집합니다. </li><li> 50 ML 튜브를 반복 단계에 40 ml의 3.2 세 번 신선한 에탄올을 추가합니다. <ol><li> 라운드를 배치하여 이온 액으로부터 에탄올을 제거는 가열 블록 플라스크 바닥. 콜드 트랩 진공 펌프에 각각 연결합니다. 드라이 아이스와 트랩을 작성하고 40 ° C까지 가열을 설정합니다. 교반 펌프에 전환합니다. 참고 :이 실험은 병렬 합성 설정에 따라 집에서 만든 병렬 증발기 설정을 사용합니다. 병렬 증발기는 purchas 수 있습니다기성 에드. 대안 적으로, 회전 증발기를 사용할 수있다. </li></ol></li></ol> 펄프 4. 속 슬렛 추출 <ol><li> 셀룰로오스 골무에 젖은 세척 펄프를 전송하고 연필을 사용하여 각 골무 레이블을 붙입니다. </li><li> 교반 막대와 플라스크 둥근 바닥 깨끗한 250 ml의에 150 ml의 무수 에탄올을 입력합니다. , 40 ml의 속 슬렛 추출기에 샘플 함유 골무를 삽입 콘덴서를 추가하고 재순환 냉각 장치에 연결된 병렬 추출기 워크 스테이션에 모든 것을 설치합니다. 주 : 에탄올 펄프를 전송하기 위해 사용 된 경우, 둥근 바닥 플라스크에 150 ml의 유일한 차이를 추가한다. </li><li> 모든 샘플이로드 될 때, 저어, (온도가 18 ° C를 설정) 135 ° C까지 온도를 설정하고 순환기의 전원을 켭니다. 총 20 시간 동안 펄프 샘플을 추출합니다. </li><li> 환류가 정지에 올 수 있도록 난방을 끄십시오. 그런 다음 두 교반 및 냉각 전환합니다. 속 슬레 추출기 밖으로 골무를 타고핀셋을 사용하고 흄 후드의 골무 하룻밤에 젖은 펄프 건조를 할 수 있습니다. </li><li> 바이오 매스 세척에서 액체로 속 슬렛 추출에서 액체를 추가하고 병렬 증발기 또는 40 ° C에서 회전 증발기와 바이오 매스 세척에서 에탄올을 증발 계속합니다. </li><li> , 분석 밸런스에 칭량 한 알루미늄 호일 조각 상 골무에서 공기 건조 펄프 전송 추출 된 펄프의 공기 건조 중량을 기록하고, 표지 된 플라스틱 백에 옮긴다. 벽 떨어져 골무 재료를 긁어하지 않으면 서 모든 것을 회복하려고합니다. </li><li> (단계 140에서 이전에 도시 된 바와 같이)을 오븐 건조 된 수율을 계산하기 위해 바로 펄프의 수분 함량을 결정한다. </li></ol> 5. 리그닌 분리 <ol><li> 모든 에탄올이 증발되면, 30 ml의 물을 사용하여 50 ㎖ 원심 분리 튜브로 둥근 바닥 플라스크에서 이온 성 액체를 전사함으로써 리그닌을 침전. 현탁액을 혼합하고 적어도 1 시간 동안 둡니다.2,000 XG에 20 분 동안 원심 분리기 및 경사에 의해 고체에서 솔루션을 분리합니다. 참고 :이 프로토콜에서, 물 3 당량 안티 솔벤트로 사용됩니다. 원한다면 이하 안티 솔벤트가 사용될 수있다. 세척이 제거 된 물과 반복 사용하기 위해 회수 된 이온 성 액체를 회수 할 수있다. </li><li> 원심 분리 관내 리그닌 펠렛에 증류수 30 ㎖를 추가한다. 1 시간 원심 분리를 위해 혼합, 배양를 반복합니다. 3 리그닌 세척 총에 대해이 단계를 반복합니다. </li><li> 진공 오븐에서 밤새 45 ° C에서 관통 덮개를 사용하여 원심 분리 관 내부의 리그닌을 건조. 무게 포장용, 리그닌 수율을 결정 균형을 알루미늄 호일 조각을 배치 오븐에서 리그닌 추가 즉시 중량을 기록한다. 저장을위한 유리 병에 리그닌을 전송합니다. </li></ol>

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G., Baker, S. R., Decker, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NREL/TP-5100-63351.">NREL/TP-5100-63351.</a> Low Solids Enzymatic Saccharificatin of Lignocellulosic Biomass. , (2015).</li><li>Brandt, A., Ray, M. J., To, T. Q., Leak, D. J., Murphy, R. J., Welton, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ionic+liquid+pretreatment+of+lignocellulosic+biomass+with+ionic+liquid-water+mixtures.">Ionic liquid pretreatment of lignocellulosic biomass with ionic liquid-water mixtures.</a> Green Chem. 13 (9), 2489-2499 (2011).</li><li>Aver, K., Scortegagna, A., Fontana, R., Camassola, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Saccharification+of+ionic-liquid-pretreated+sugar+cane+bagasse+using+Penicillium+echinulatum+enzymes.">Saccharification of ionic-liquid-pretreated sugar cane bagasse using Penicillium echinulatum enzymes.</a> J Taiwan Inst Chem Eng. 45 (5), 2060-2067 (2014).</li><li>George, A., 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=Design+of+low-cost+ionic+liquids+for+lignocellulosic+biomass+pretreatment.">Design of low-cost ionic liquids for lignocellulosic biomass pretreatment.</a> Green Chem. 17 (3), 1728 (2015).</li><li>Verd&#237;a, P., Brandt, A., Hallett, J. P., Ray, M. J., Welton, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fractionation+of+lignocellulosic+biomass+with+the+ionic+liquid+1-butylimidazolium+hydrogen+sulfate.">Fractionation of lignocellulosic biomass with the ionic liquid 1-butylimidazolium hydrogen sulfate.</a> Green Chem. 16 (3), 1617-1627 (2014).</li><li>Brandt, A., 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=Ionic+liquid+pretreatment+of+lignocellulosic+biomass+with+ionic+liquid-water+mixtures.">Ionic liquid pretreatment of lignocellulosic biomass with ionic liquid-water mixtures.</a> Green Chem. 13 (9), 2489-2499 (2011).</li></ol>

저자는 공개 아무것도 없어.

여기에 제시된 리그 노 셀룰로오스 바이오 매스의 분류에 대한 기술은 셀룰로오스가 풍부한 펄프 및 리그닌을 생산하고 있습니다. 헤미셀룰로오스 대부분의 이온 성 액체에 용해시키고 가수 분해하지만 회복되지 않는다. 헤미셀룰로오스 당이 요구되는 경우, Ionosolv 탈 리그닌 화에 앞서 헤미셀룰로오스 예비 추출 단계가 필요할 수있다. 지금까지 이온 성 액체 액에서 발견 분해 생성물, 리그닌 ?...

회의 인류의 에너지 수요는 지속적으로 우리의 문명이 직면 한 가장 큰 도전 과제 중 하나입니다. 에너지 사용은 화석 연료 자원에 큰 부담을 가하고, 향후 50 년 동안 두 배로 예상된다. 1 CO 2의 연소에서 생성 된 넓은 확산 화석 연료의 사용을 통해 대기 중 온실 가스 (GHG)의 축적은, 특히 문제가 화석 연료는 인위적 온실 효과의 50 %에 대한 책임이있다.이 때문에, 재생 및 탄소 중립 기술 대규모 애플리케이션 세대의 증가 된 에너지 및 재료의 요구를 충족 필수적이다. 1,3 이 열, 전기뿐만 아니라, 탄소 계 화학 물질과 연료를 생산하는데 사용될 수있는 플랜트의 바이오 매스가 가장 다양한 재생 가능한 자원이다. 다른 바이오 매스 유형을 통해 리그 노 셀룰로오스 바이오 매스의 주요 장점은 높은 수율의 체육에 대한 풍부한 잠재력이다토양 탄소의 높은 유지를 포함 토지와 종종 훨씬 더 높은 CO 2 배출량 절감의 연구 영역. 4, 바이오 매스를 사용하여 5 추가 혜택은 지역의 가용성, 에너지 바이오 매스를 변환하는 낮은 자본 요구 사항 및 토양 침식 방지를 포함한다. (8) 리그 노 셀룰로오스 원료의 주요 생산자는 산림 산업과 농업 분야뿐만 아니라 폐기물 관리입니다. (6) 리그 노 셀룰로즈 생산 삼림 벌채를 제한하고 식량 작물과 잠재적 오염 물질의 방출의 교체를 방지에 마음으로 확대 될 가능성이있다. (7) 액체 수송 연료 및 화학 물질의 가능한 광범위한 소스가 될 신 재생 바이오 매스의 경우, 그 처리는 화석 연료 변환 기술과 경제적 경쟁력을해야합니다. (9), (10)이 달성의 핵심이 감소하면서 수율 및 바이오 매스 유래 중간체의 질을 향상하는 것입니다 비용. &lt;/ P&gt; 리그 노 셀룰로즈는 촉매 및 미생물의 전환을 통해 연료 및 화학 물질로 변환 할 수있는 설탕의 높은 비율을 포함한다. (11)이 당은 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스 등의 고분자 형태의 리그 노 셀룰로즈 존재한다. 이들은 글루코스 및 다른 당 단량체를 가수 분해 한 후 에탄올 및 기타 생물 유래의 화학 물질과 용매의 제조에 사용될 수있다. (12) 셀룰로스 당에 액세스하기 위해, 바이오 전처리는 물리적, 화학적, 또는 혼합 과정을 통해 필요하다. (4) 전처리 틀림 목질 바이오 매스 가치화에서 가장 고가의 공정이다. 개선 된 전처리 공정에 따라서 연구가 필수적이다. 다양한 전처리 기술을 사용할 수 있습니다. 특히 관심 셀룰로오스 (fractionative 전처리)로부터 리그닌을 분리하는 것들이다. 리그닌, 세 번째 주요 구성 요소리그 노 셀룰로즈, 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스에 에이전트를 가수 분해의 액세스를 제한하고 원료의 톤 당 설탕 수율을 감소시킨다. (11)이 적합한 품질에 고립되어있는 경우 분리 된 리그닌이 중간에 추가 바이오 리파이너리로 활용 될 수있다. (13) 하나 fractionative 프로세스가 크래프트 과정이다 종이 / 셀룰로오스 생산을위한 가장 일반적인 전처리이다. 크라프트 펄프에 목재 칩을 높은 압력 하에서 약 170 ℃의 상승 된 온도에서 수산화 나트륨 황화 나트륨 가열 혼합하여 배치되어있다. (14) 알칼리 반응 핵성 통해 짧은 단편 아래로 중합체를 끊어서 헤미셀룰로오스 및 리그닌을 제거하고 및 페놀 성 수산기 / 알콜 기의 탈 양성자 화를 통해 리그닌 단편 용해 염기 촉매. 또 다른 일반적인 탈 리그닌 프로세스는 조각 및 리그닌 및 헤미셀룰로오스를 용해 Organosolv 프로세스입니다. 오히려 알칼리 aqueo를 사용하는 것보다미국 용액, 에탄올 및 아세트산과 같은 유기 용매 5-30 줄에서 160-200 ℃로와 압력 사이의 범위 고온에서 사용된다. Organosolv 전처리가 덜 공기와 수질 오염을 생산하는 것을 펄프 화 크래프트를 통해 몇 가지 장점이있다.보다는 화학 물질과 연료의 생산에 사용하는 경우 15 두 프로세스가 어떤 경제 문제를 가지고 셀룰로오스. 16 Ionosolv 전처리는 염 이온 성 액체를 사용하는 그들의 강력한 쿨롱 상호 작용이 매우 낮은 증기압의 결과로서, 100 ℃ 이하의 융점을 가지며. (17)이 전처리 공정으로 공기 오염을 제거하고, 또는 대기압 근처의 처리를 가능하게한다. 대부분의 IL이 힘들고, 다단계 합성에서 생성되지만, 프로톤의 IL들을 저렴하게 범용 화학에서 단일 단계 공정에서 합성 될 수있다; 일부의 IL은 벌크 규모로 생산 될 수있는 것으로 추정된다아세톤, 톨루엔. 18 상대적으로 낮은 온도와 압력에서 작동하는 과정에서 이러한 사용자 정의 대한 IL 재활용 및 재사용 할 수있는 기능 등의 일반적인 유기 용매에 필적 kg 당 $ 1.24의 가격은 더 양성 대체하고 경제적으로 매력적인 후보이 있습니다 바이오 정제합니다. 상세한 영상 프로토콜 목질 바이오 매스 셀룰로오스 풍부한 펄프의 최종 효소 당화뿐만 아니라 고순도 무취 리그닌의 회수의 탈 리그닌 대한 Ionosolv 처리의 실험실 규모의 버전을 나타낸다. 19

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="851">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">IL synthesis</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td style="width:267px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">Round bottom flask, with standard ground joint 24/29 NS, 1000 ml</td>
			<td style="width:116px;">Lenz</td>
			<td style="width:131px;">3 0024 70</td>
			<td>VWR product code 271-1309&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">250mL Addition Funnel, Graduated, 29/26 Joint Size, 0-4mm PTFE Valve</td>
			<td style="width:116px;">GPE</td>
			<td style="width:131px;">CG-1714-16</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Dish-shaped dewar flask, SCH 31 CAL&#160;</td>
			<td style="width:116px;">KGW-Isotherm</td>
			<td style="width:131px;">1197</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Volumetric flask, 200 ml</td>
			<td style="width:116px;">VWR</td>
			<td style="width:131px;">612-3745&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">Cork rings, pasteur pipettes and teet, wash bottle with deionised water, large magentic stir bar</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Biomass size reduction</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">Heavy Duty Cutting Mill SM2000&#160;</td>
			<td style="width:116px;">Retsch&#160;</td>
			<td>Discontinued</td>
			<td style="width:267px;">Replaced with Cutting Mill SM 200 (20.728.0001)&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">Bottom sieves (10 mesh square holes, for particle size &#60;2 mm)</td>
			<td style="width:116px;">Retsch&#160;</td>
			<td style="width:131px;">03.647.0318</td>
			<td style="width:267px;">Part of cutting mill</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Analytical Sieve Shaker AS 200</td>
			<td style="width:116px;">Retsch&#160;</td>
			<td>30.018.0001</td>
			<td>Part of sieving machine</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">Test Sieve 200 mm &#216; x 50 mm height ISO 3310/1 (180 &#181;m)</td>
			<td style="width:116px;">Retsch&#160;</td>
			<td>60.131.000180</td>
			<td>Part of sieving machine</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">Test Sieve 200 mm &#216; x 50 mm height ISO 3310/1 (850 &#181;m)</td>
			<td style="width:116px;">Retsch&#160;</td>
			<td style="width:131px;">60.131.000850</td>
			<td align="left">Part of sieving machine</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">Collecting pan, stainless steel, 200 mm &#216;, height 50 mm&#160;</td>
			<td style="width:116px;">Retsch&#160;</td>
			<td style="width:131px;">69.720.0050</td>
			<td>Part of sieving machine</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Rotary evaporator:</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:131px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Rotary evaporator (Rotavapor R-210)</td>
			<td style="width:116px;">Buchi&#160;</td>
			<td>Discontinued</td>
			<td>Replaced with Rotavapor R-300</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Water bath (Heating bath B-491)</td>
			<td style="width:116px;">Buchi&#160;</td>
			<td>48201</td>
			<td>Part of rotary evaporator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Recirculator&#160;</td>
			<td style="width:116px;">Julabo</td>
			<td style="width:131px;">F25</td>
			<td>Part of rotary evaporator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Vacuum pump (MPC 101 Z)</td>
			<td style="width:116px;">Ilmvac GmbH</td>
			<td style="width:131px;">412522</td>
			<td>Part of rotary evaporator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Vacuum controller (Vacuum Control Box VCB 521)</td>
			<td style="width:116px;">Ilmvac GmbH</td>
			<td style="width:131px;">600053</td>
			<td>Part of rotary evaporator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Parallel evaporator:</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">StarFish Base Plate 135mm (for Radleys &#38; IKA)&#160;</td>
			<td style="width:116px;">Radleys</td>
			<td>RR95010</td>
			<td>Part of parallel evaporator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Monoblock for 5 x 250ml Flasks</td>
			<td style="width:116px;">Radleys</td>
			<td>RR95130&#160;</td>
			<td>Part of parallel evaporator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Telescopic 5-way Clamp with Velcro</td>
			<td style="width:116px;">Radleys</td>
			<td>RR95400</td>
			<td>Part of parallel evaporator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Gas/Vacuum Manifold with connectors</td>
			<td style="width:116px;">Radleys</td>
			<td>RR95510&#160;</td>
			<td>Part of parallel evaporator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">650mm Rod</td>
			<td style="width:116px;">Radleys</td>
			<td>RR95665&#160;</td>
			<td>Part of parallel evaporator</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">Quick Release Male, R/A Barbed 6.4mm + Shut-off (3.2mm ID)&#160;</td>
			<td style="width:116px;">Radleys</td>
			<td>RR95520</td>
			<td>Part of parallel evaporator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Stirrer/hot plate</td>
			<td>Radleys</td>
			<td>RR98072</td>
			<td>Part of soxhlet extractor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Temperature controller</td>
			<td style="width:116px;">Radleys</td>
			<td>RR98073</td>
			<td>Part of soxhlet extractor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Elliptical Stirring Bar 15mm Rare Earth</td>
			<td style="width:116px;">Radleys</td>
			<td>RR98097&#160;</td>
			<td>Part of parallel evaporator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Vacuum cold trap, plastic coated, PTFE stopcock</td>
			<td style="width:116px;">Chemglass</td>
			<td style="width:131px;">CG-4519-01</td>
			<td>Part of parallel evaporator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Vacuum pump (MPC 101 Z)</td>
			<td style="width:116px;">Ilmvac GmbH</td>
			<td style="width:131px;">412522</td>
			<td>Part of parallel evaporator</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">Tygon tubing E-3603, 6,40 mm (internal) 12,80 mm (external)&#160;&#160;</td>
			<td style="width:116px;">Saint-Gobain/VWR</td>
			<td style="width:131px;">228-1292&#160;</td>
			<td>Part of parallel evaporator</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Parallel Soxhlet extractor:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">StarFish Base Plate 135mm (for Radleys &#38; IKA)</td>
			<td>Radleys</td>
			<td>RR95010&#160;</td>
			<td>Part of soxhlet extractor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Monoblock for 5 x 250ml Flasks</td>
			<td style="width:116px;">Radleys</td>
			<td>RR95130&#160;</td>
			<td>Part of soxhlet extractor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Telescopic 5-way Clamp with Velcro</td>
			<td style="width:116px;">Radleys</td>
			<td>RR95400&#160;</td>
			<td>Part of soxhlet extractor</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">Telescopic 5-way Clamp with Silicone Strap and Long Handle</td>
			<td>Radleys</td>
			<td>RR95410&#160;</td>
			<td>Part of soxhlet extractor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Water Manifold with connectors</td>
			<td style="width:116px;">Radleys</td>
			<td>RR95500&#160;</td>
			<td>Part of soxhlet extractor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">650mm Rod</td>
			<td style="width:116px;">Radleys</td>
			<td>RR95665&#160;</td>
			<td>Part of soxhlet extractor</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">Quick Release Male, R/A Barbed 6.4mm + Shut-off (3.2mm ID)</td>
			<td>Radleys</td>
			<td>RR95520&#160;</td>
			<td>Part of soxhlet extractor</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">Coil condensers with standard ground joints 29/32 NS</td>
			<td>Lenz</td>
			<td>5.2503.04&#160;</td>
			<td>Part of soxhlet extractor</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">Extractor Soxhlet 40mL borosilicate glass 29/32 socket 24/29 cone</td>
			<td>Quickfit</td>
			<td>EX5/43&#160;</td>
			<td>Part of soxhlet extractor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Stirrer/hot plate</td>
			<td>Radleys</td>
			<td>RR98072</td>
			<td>Part of soxhlet extractor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Temperature controller</td>
			<td style="width:116px;">Radleys</td>
			<td>RR98073</td>
			<td>Part of soxhlet extractor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Recirculator</td>
			<td>Grant</td>
			<td>LTC1</td>
			<td>Part of soxhlet extractor</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Cellulose extraction thimble</td>
			<td>Whatman</td>
			<td>2280-228</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Tweezers</td>
			<td>Excelta</td>
			<td>20A-S-SE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Vacuum drying oven:</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Vacuum drying oven</td>
			<td>Binder</td>
			<td>VD 23</td>
			<td>Part of vacuum oven</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Dewar vessel 2L 100x290mm with handle</td>
			<td>KGW-Isotherm</td>
			<td>10613</td>
			<td>Part of vacuum oven</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Vacuum Trap</td>
			<td>GPE</td>
			<td>CG-4532-01&#160;</td>
			<td>Part of vacuum oven</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Other equipment:</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Analytical balance</td>
			<td style="width:116px;">A&#38;D</td>
			<td style="width:131px;">GH-252</td>
			<td>accuracy to &#177; 0.1 mg</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Volumetric Karl Fischer titrator</td>
			<td style="width:116px;">Mettler Toledo</td>
			<td style="width:131px;">V20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">10 mL disposable pipette</td>
			<td style="width:116px;">Corning Inc</td>
			<td style="width:131px;">Costar 4101 10 mL Stripette</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">Eppendorf&#160;Research&#160;plus pipette, variable volume, volume 100-1000&#160;&#956;L</td>
			<td style="width:116px;">Eppendorf</td>
			<td>3120000062</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Desiccator</td>
			<td style="width:116px;">Jencons</td>
			<td style="width:131px;">JENC250-028BOM</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">Ace pressure tube bushing type, Front seal, volume 15&#160;mL&#160;</td>
			<td style="width:116px;">Ace Glass</td>
			<td>8648-04&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Ace O-rings, silicone, 2.6&#160;mm, I.D. 9.2&#160;mm&#160;</td>
			<td style="width:116px;">Ace Glass</td>
			<td>7855216</td>
			<td>O-ring for pressure tube</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">Vortex shaker</td>
			<td style="width:116px;">VWR International</td>
			<td style="width:131px;">444-1378 (UK)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">Fan-assisted convection oven</td>
			<td style="width:116px;">ThermoScientific</td>
			<td style="width:131px;">HeraTherm OMH60</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Oven glove (Crusader Flex)</td>
			<td style="width:116px;">Ansel Edmont</td>
			<td>42-325</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">250 mL Round bottom flask single neck ground joint 24/29 (Pyrex)</td>
			<td style="width:116px;">Quickfit&#160;</td>
			<td style="width:131px;">FR250/3S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Rotaflo stopcock adapter with cone 24/29</td>
			<td style="width:116px;">Rotaflo England</td>
			<td style="width:131px;">MF11/2/SC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">50 mL Falcon&#160; tube</td>
			<td style="width:116px;">Heraeus/Kendro</td>
			<td style="width:131px;">HERA 76002844</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Centrifuge (Mega Star 3.0)</td>
			<td style="width:116px;">VWR&#160;</td>
			<td style="width:131px;">521-1751</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Reagents:</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Ethanol absolute</td>
			<td style="width:116px;">VWR</td>
			<td style="width:131px;">20820.464</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Triethylamine</td>
			<td style="width:116px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:131px;">T0886</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:339px;">Sulfuric acid 5 mol/l (10N) AVS TITRINORM volumetric solution Safe-break bottle 2,5L</td>
			<td>VWR</td>
			<td>191665V</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Purified water (15 M&#937; ressitance)</td>
			<td style="width:116px;">Elga</td>
			<td style="width:131px;">CENTRA R200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Lignocellulosic biomass:</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Miscanthus X gigantheus</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:339px;">Pinus sylvestris</td>
			<td style="width:116px;"></td>
			<td style="width:131px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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.

리그닌 제거 및 리그닌 침전의 정확한 양은 펄프 및 글루코오스 수율 사용한 미생물의 종류에 따라 달라 회복 처리가 실행되는 온도 및 처리 시간. 높은 온도에서 셀룰로오스를 가수 분해 및 분해에 이르는, 이온 성 액체의 불안정 동안 짧은 전처리 시간과 낮은 온도가 불완전 전처리로 이어집니다. 선택된 이온 성 액체는 또한 분류 과정의 결과에 중요한 역할을한다. <...

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Pretreatment of Lignocellulosic Biomass with Low-cost Ionic Liquids

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 ...

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Research

JoVE Journal

Environment

17.9K 조회수.  Imperial College London. 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.

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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.

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 ...

연구

환경과학

Experimental Protocol for Biodiesel Production with Isolation of Alkenones as Coproducts from Commercial Isochrysis Algal Biomass

The need to replace petroleum fuels with alternatives from renewable and more environmentally sustainable sources is of growing importance. Biomass-derived biofuels have gained considerable attention in this regard, however first generation biofuels from edible crops like corn ethanol or soybean biodiesel have generally fallen out of favor. There is thus great interest in the development of methods for the production of liquid fuels from domestic and superior non-edible sources. Here we describe a detailed procedure for the production of a purified biodiesel from the marine microalgae Isochrysis. Additionally, a unique suite of lipids known as polyunsaturated long-chain alkenones are isolated in parallel as potentially valuable coproducts to offset the cost of biodiesel production. Multi-kilogram quantities of Isochrysis are purchased from two commercial sources, one as a wet paste (80% water) that is first dried prior to processing, and the other a dry milled powder (95% dry). Lipids are extracted with hexanes in a Soxhlet apparatus to produce an algal oil (&#34;hexane algal oil&#34;) containing both traditional fats (i.e., triglycerides, 46-60% w/w) and alkenones (16-25% w/w). Saponification of the triglycerides in the algal oil allows for separation of the resulting free fatty acids (FFAs) from alkenone-containing neutral lipids. FFAs are then converted to biodiesel (i.e., fatty acid methyl esters, FAMEs) by acid-catalyzed esterification while alkenones are isolated and purified from the neutral lipids by crystallization. We demonstrate that biodiesel from both commercial Isochrysis biomasses have similar but not identical FAME profiles, characterized by elevated polyunsaturated fatty acid contents (approximately 40% w/w). Yields of biodiesel were consistently higher when starting from the Isochrysis wet paste (12% w/w vs. 7% w/w), which can be traced to lower amounts of hexane algal oil obtained from the powdered Isochrysis product.

Experimental Protocol for Biodiesel Production with Isolation of Alkenones as Coproducts from Commercial Isochrysis Algal Biomass

Detailed methods are presented for the production of biodiesel along with the co-isolation of alkenones as valuable coproducts from commercial Isochrysis microalgae.

상업에서 로서도으로 Alkenones의 분리와 바이오 디젤 생산을위한 실험 프로토콜<em&gt; 이소 크리 시스 속</em&gt; 해조 바이오 매스

The need to replace petroleum fuels with alternatives from renewable and more environmentally sustainable sources is of growing importance. ...

Measuring the Flight Ability of the Ambrosia Beetle, Platypus Quercivorus (Murayama), Using a Low-Cost, Small, and Easily Constructed Flight Mill

The ambrosia beetle, Platypus quercivorus (Murayama), is the vector of a fungal pathogen that causes mass mortality of Fagaceae trees (Japanese oak wilt). Therefore, knowing the dispersal capacity may help inform trapping/tree removal efforts to prevent this disease more effectively. In this study, we measured the flight velocity and duration and estimated the flight distance of the beetle using a newly developed flight mill. The flight mill is low cost, small, and constructed using commonly available items. Both the flight mill arm and its vertical axis comprise a thin needle. A beetle specimen is glued to one tip of the arm using instant glue. The other tip is thick due to being covered with plastic, thus it facilitates the detection of rotations of the arm. The revolution of the arm is detected by a photo sensor mounted on an infrared LED, and is indicated by a change in the output voltage when the arm passed above the LED. The photo sensor is connected to a personal computer and the output voltage data are stored at a sampling rate of 1 kHz. By conducting experiments using this flight mill, we found that P. quercivorus can fly at least 27 km. Because our flight mill comprises cheap and small ordinary items, many flight mills can be prepared and used simultaneously in a small laboratory space. This enables experimenters to obtain a sufficient amount of data within a short period.

Measuring the Flight Ability of the Ambrosia Beetle, Platypus Quercivorus Murayama, Using a Low-Cost, Small, and Easily Constructed Flight Mill

We developed a low cost and small flight mill, constructed with commonly available items and easily used in experimentation. Using this apparatus, we measured the flight ability of an ambrosia beetle, Platypus quercivorus.

저가, 소형, 그리고 쉽게 생성 된 비행 밀을 사용 하 여 신들의 딱정벌레, 오리너구리 Quercivorus (무라야마)의 비행 능력을 측정

The ambrosia beetle, Platypus quercivorus (Murayama), is the vector of a fungal pathogen that causes mass mortality of Fagaceae trees (Japanese oak wilt). ...

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, ...

A Flexible Low Cost Hydroponic System for Assessing Plant Responses to Small Molecules in Sterile Conditions

A wide range of studies in plant biology are performed using hydroponic cultures. In this work, an in vitro hydroponic growth system designed for assessing plant responses to chemicals and other substances of interest is presented. This system is highly efficient in obtaining homogeneous and healthy seedlings of the C3 and C4 model species Arabidopsis thaliana and Setaria viridis, respectively. The sterile cultivation avoids algae and microorganism contamination, which are known limiting factors for plant normal growth and development in hydroponics. In addition, this system is scalable, enabling the harvest of plant material on a large scale with minor mechanical damage, as well as the harvest of individual parts of a plant if desired. A detailed protocol demonstrating that this system has an easy and low-cost assembly, as it uses pipette racks as the main platform for growing plants, is provided. The feasibility of this system was validated using Arabidopsis seedlings to assess the effect of the drug AZD-8055, a chemical inhibitor of the target of rapamycin (TOR) kinase. TOR inhibition was efficiently detected as early as 30 min after an AZD-8055 treatment in roots and shoots. Furthermore, AZD-8055-treated plants displayed the expected starch-excess phenotype. We proposed this hydroponic system as an ideal method for plant researchers aiming to monitor the action of plant inducers or inhibitors, as well as to assess metabolic fluxes using isotope-labeling compounds which, in general, requires the use of expensive reagents.

A simple, versatile, and low-cost in vitro hydroponic system was successfully optimized, enabling large-scale experiments under sterile conditions. This system facilitates the application of chemicals in a solution and their efficient absorption by roots for molecular, biochemical, and physiological studies.

유연한 저비용 수경 시스템 살 균 조건에서 작은 분자에 식물 응답을 평가 하기 위한

A wide range of studies in plant biology are performed using hydroponic cultures. In this work, an in vitro hydroponic growth system designed for ...

Preparation of Biomass-based Mesoporous Carbon with Higher Nitrogen-/Oxygen-chelating Adsorption for Cu(II) Through Microwave Pre-Pyrolysis

An environment-friendly technique for synthesizing biomass-based mesoporous activated carbon with high nitrogen-/oxygen-chelating adsorption for Cu(II) is proposed. Bagasse impregnated with phosphoric acid is utilized as the precursor. To pyrolyze the precursor, two separate heating modes are used: microwave pyrolysis and conventional electric-heating pyrolysis. The resulting bagasse-derived carbon samples are modified with nitrification and reduction modification. Nitrogen (N)/oxygen (O) functional groups are simultaneously introduced to the surface of activated carbon, enhancing its adsorption of Cu(II) by complexing and ion-exchange. Characterization and copper adsorption experiments are performed to investigate the physicochemical properties of four prepared carbon samples and determine which heating method favors the subsequent modification for doping of N/O functional groups. In this technique, based on analyzing data of nitrogen adsorption, Fourier transform infrared spectroscopy, and batch adsorption experiments, it is proven that microwave-pyrolyzed carbon has more defect sites and, therefore, time-saving effective microwave pyrolysis contributes more N/O species to the carbon, although it leads to a lower specific surface area. This technique offers a promising route to synthesis adsorbents with higher nitrogen and oxygen content and a higher adsorption capacity of heavy-metal ions in wastewater remediation applications.

Preparation of Biomass-based Mesoporous Carbon with Higher Nitrogen-/Oxygen-chelating Adsorption for CuII Through Microwave Pre-Pyrolysis

Here, we present a protocol to synthesize nitrogen/oxygen dual-doped mesoporous carbon from biomass by chemical activation in different pyrolysis modes followed by modification. We demonstrate that the microwave pyrolysis benefits the subsequent modification process to simultaneously introduce more nitrogen and oxygen functional groups on the carbon.

바이오 매스 기반 Mesoporous 탄소 높은 질소-의 준비 / 전자 사전 열 분해를 통해 Cu(II)에 대 한 흡착 산소 킬레이트 화

An environment-friendly technique for synthesizing biomass-based mesoporous activated carbon with high nitrogen-/oxygen-chelating adsorption for Cu(II) is ...

Construction of a Compact Low-Cost Radiation Shield for Air-Temperature Sensors in Ecological Field Studies

Low cost temperature sensors are increasingly used by ecologists to assess climatic variation and change on ecologically relevant scales. Although cost-effective, if not deployed with proper solar radiation shielding, the observations recorded from these sensors will be biased and inaccurate. Manufactured radiation shields are effective at minimizing this bias, but are expensive compared to the cost of these sensors. Here, we provide a detailed methodology for constructing a compact version of a previously described custom fabricated radiation shield, which is more accurate than other published shielding methods that attempt to minimize shield size or construction costs. The method requires very little material: corrugated plastic sheets, aluminum foil duct tape, and cable ties. One 15 cm and two 10 cm squares of corrugated plastic are used for each shield. After cutting, scoring, taping and stapling of the sheets, the 10 cm squares form the bottom two layers of the solar radiation shield, while the 15 cm square forms the top layer. The three sheets are held together with cable ties. This compact solar radiation shield can be suspended, or placed against any flat surface. Care must be taken to ensure that the shield is completely parallel to the ground to prevent direct solar radiation from reaching the sensor, possibly causing increased warm biases in sun-exposed sites in the morning and afternoon relative to the original, larger design. Even so, differences in recorded temperatures between the smaller, compact shield design and the original design were small (mean daytime bias = 0.06 &#176;C). Construction costs are less than half of the original shield design, and the new design results in a less conspicuous instrument that may be advantageous in many field ecology settings.

With the advent of small, low-cost environmental sensors, it is now possible to deploy high-density networks of sensors to measure hyper localized temperature variation. Here, we provide a detailed methodology for constructing a compact version of a previously described custom-fabricated radiation shield for use with inexpensive thermochrons.

생태 분야 연구에서 공기 온도 센서는 소형 저가 방사선 방패의 건설

Low cost temperature sensors are increasingly used by ecologists to assess climatic variation and change on ecologically relevant scales. Although ...

Construction of a Low-cost Mobile Incubator for Field and Laboratory Use

Incubators are essential for a range of culture-based microbial methods, such as membrane filtration followed by cultivation for assessing drinking water quality. However, commercially available incubators are often costly, difficult to transport, not flexible in terms of volume, and/or poorly adapted to local field conditions where access to electricity is unreliable. The purpose of this study was to develop an adaptable, low-cost and transportable incubator that can be constructed using readily available components. The electronic core of the incubator was first developed. These components were then tested under a range of ambient temperature conditions (3.5 &#176;C - 39 &#176;C) using three types of incubator shells (polystyrene foam box, hard cooler box, and cardboard box covered with a survival blanket). The electronic core showed comparable performance to a standard laboratory incubator in terms of the time required to reach the set temperature, inner temperature stability and spatial dispersion, power consumption, and microbial growth. The incubator set-ups were also effective at moderate and low ambient temperatures (between 3.5 &#176;C and 27 &#176;C), and at high temperatures (39 &#176;C) when the incubator set temperature was higher. This incubator prototype is low-cost (&lt; 300 USD) and adaptable to a variety of materials and volumes. Its demountable structure makes it easy to transport. It can be used in both established laboratories with grid power or in remote settings powered by solar energy or a car battery. It is particularly useful as an equipment option for field laboratories in areas with limited access to resources for water quality monitoring.

This paper describes a method for building an adaptable, low-cost and transportable incubator for microbial testing of drinking water. Our design is based on widely available materials and can operate under a range of field conditions, while still offering the advantages of higher-end laboratory-based models.

분야와 실험실 사용을 위한 저비용 모바일 인큐베이터의 건설

Incubators are essential for a range of culture-based microbial methods, such as membrane filtration followed by cultivation for assessing drinking water ...

BtM, a Low-cost Open-source Datalogger to Estimate the Water Content of Nonvascular Cryptogams

Communities of nonvascular cryptogams, such as mosses or lichens, are an important part of the Earth's biodiversity, contributing to the regulation of the carbon and nitrogen cycles in many ecosystems. Being poikilohydric organisms, they do not actively control their internal water content and need a humid environment to activate their metabolism. Therefore, studying water relationships of nonvascular cryptogams is crucial to understand both their diversity patterns and their functions in the ecosystems. We present the BtM datalogger, a low-cost open-source platform for the study of the water content of nonvascular cryptogams. The datalogger is designed to measure ambient temperature, humidity, and conductance from up to eight samples simultaneously. We provide a design for a printed circuit board (PCB), a detailed protocol to assemble the components, and the required source code. All this makes the assembly of the BtM datalogger accessible to any research group, even to those without previous specialized knowledge. Therefore, the design presented here has the potential to help popularize the use of this type of device among ecologists and field biologists.

We present a simple and cost-effective method to build an open-source datalogger that measures the conductance of nonvascular cryptogams together with the environmental temperature and humidity. We describe the hardware design of the datalogger and provide step-by-step assembly instructions, the list of required open-source logging software, the code to run the datalogger, and a calibration protocol.

BtM, 저가 오픈 소스 Datalogger Nonvascular 남겨둔의 함량을 추정 하

Communities of nonvascular cryptogams, such as mosses or lichens, are an important part of the Earth's biodiversity, contributing to the regulation of the ...