Tự học Tiếng Anh chuyên ngành sinh học thông qua dịch tài liệu.

[Ho Huu Tho]

#25.16
4.1. Biological pretreatments
Fungal pretreatment has been previously explored to upgrade lignocellulosic materials for feed and paper applications. Recently, this environmentally friendly approach has received renewed attention as a pretreatment method for enhancing enzymatic saccharification of lignocellulosic biomass in ethanol production processes. Biological pretreatments employ microorganisms mainly brown, white and soft-rot fungi which degrade lignin and hemicellulose and very little of cellulose, more resistant than the other components (Sánchez, 2009). Lignin degradation by white-rot fungi, the most effective for biological pretreatment of lignocellulosic materials, occurs through the action of lignin-degrading enzymes such as peroxidases and laccases (Kumar et al., 2009a).

 

[Nguyễn Trọng Tường]

#25.16
4.1. Biological pretreatments
Fungal pretreatment has been previously explored to upgrade lignocellulosic materials for feed and paper applications. Recently, this environmentally friendly approach has received renewed attention as a pretreatment method for enhancing enzymatic saccharification of lignocellulosic biomass in ethanol production processes. Biological pretreatments employ microorganisms mainly brown, white and soft-rot fungi which degrade lignin and hemicellulose and very little of cellulose, more resistant than the other components (Sánchez, 2009). Lignin degradation by white-rot fungi, the most effective for biological pretreatment of lignocellulosic materials, occurs through the action of lignin-degrading enzymes such as peroxidases and laccases (Kumar et al., 2009a).

4.1 Tiền xử lí sinh học
Việc tiền xử lí bằng nấm đã được khảo sát trước đây nhằm mục đích nâng cao chất lượng nguyên liệu lignocellulose để sản xuất thức ăn gia súc hay ứng dụng trong công nghiệp giấy. Gần đây, những phương pháp tiền xử lí có tính chất thân thiện với môi trường đã được sự chú trọng phát triển như phương pháp thủy phân lignocellulose bằng enzyme trong quy trình sản xuất ethanol. Tiền xử lí sinh học chủ yếu sử dụng các loại nấm mục có màu nâu hay màu trắng để giảm hàm lượng lignin, hemicellulose và một phần rất nhỏ cellulose hơn là loại bỏ (chống lại) những thành phần khác. Sự giảm sút của lignin bởi nấm mục trắng là một phương pháp có hiệu quả nhất khi tiền xử lí lignocellulose bằng pp sinh học, tác dụng giảm hàm lượng lignin là do sự xúc tác của 2 nhóm enzyme peoidases và laccases.

PS: Có gì sai sót xin được góp ý! hj hj ^_^

 

[Ho Huu Tho]

#25.16
4.1. Biological pretreatments
Fungal pretreatment has been previously explored to upgrade lignocellulosic materials for feed and paper applications. Recently, this environmentally friendly approach has received renewed attention as a pretreatment method for enhancing enzymatic saccharification of lignocellulosic biomass in ethanol production processes. Biological pretreatments employ microorganisms mainly brown, white and soft-rot fungi which degrade lignin and hemicellulose and very little of cellulose, more resistant than the other components (Sánchez, 2009). Lignin degradation by white-rot fungi, the most effective for biological pretreatment of lignocellulosic materials, occurs through the action of lignin-degrading enzymes such as peroxidases and laccases (Kumar et al., 2009a).

Một số thay đổi theo ý kiến của mình trong phần in đậm sau đây:

4.1 Tiền xử lí bằng phương pháp sinh học
Việc tiền xử lí bằng nấm đã được khảo sát trước đây nhằm mục đích nâng cấp nguyên liệu lignocellulose trong sản xuất thức ăn gia súc hay ứng dụng trong công nghiệp giấy. Gần đây, những phương pháp tiền xử lí có tính chất thân thiện với môi trường lại nhận được sự chú ý với tư cách là một phương pháp tiền xử lý nhằm gia tăng sự tạo đường từ sinh khối lignocellulose bằng enzym trong quy trình sản xuất ethanol. Tiền xử lí sinh học sử dụng vi sinh vật, chủ yếu là các loại nấm mục trắng, nấm mục nâu và nấm mục mềm, là những loại nấm có khả năng phân giải lignin, hemicellulose và một phần rất nhỏ cellulose, là phần có tính trơ nhiều hơn so với những thành phần khác. Sự phân giải của lignin bởi nấm mục trắng, phương pháp có hiệu quả nhất khi tiền xử lí lignocellulose bằng pp sinh học, phát huy tác dụng thông qua sự xúc tác của các enzym phân giải lignin như enzyme peoidase và laccase.

 

[Ho Huu Tho]

#25.17
Several white-rot fungi such as Phanerochaete chrysosporium, Ceriporia lacerata, Cyathus stercolerus, Ceriporiopsis subvermispora, Pycnoporus cinnarbarinus and Pleurotus ostreaus have been examined on different lignocellulosic biomass showing high delignification efficiency ([Kumar et al., 2009a] and [Shi et al., 2008]). Biological pretreatment by white-rot fungi has been combined with organosolv pretreatment in an ethanol production process by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) from beech wood chips (Itoh et al., 2003). Results from other recent studies have shown that fungal pretreatment of wheat straw for 10 days with a high lignin-degrading and low cellulose-degrading fungus (fungal isolate RCK-1) resulted in a reduction in acid loading for hydrolysis, an increase in the release of fermentable sugars and a reduction in the concentration of fermentation inhibitors. Ethanol yield and volumetric productivity with Pichia stipitis were 0.48 g/g and 0.54 g/L h, respectively (Kuhar et al., 2008). An evaluation of biological pretreatment of sugarcane trash using eight different bacteria and fungi was performed on the basis of quantitative changes in the components of the sugarcane trash, the production of the cellulase enzyme complex, total protein and the release of reducing sugars by different bioagents as well as the interaction among different chemical parameters affecting the pretreatment (Singh et al., 2008). In this case, the microbial pretreatment of trash increased accessibility of sugars for enzymatic hydrolysis.

 

[Ho Huu Tho]

#25.17
Several white-rot fungi such as Phanerochaete chrysosporium, Ceriporia lacerata, Cyathus stercolerus, Ceriporiopsis subvermispora, Pycnoporus cinnarbarinus and Pleurotus ostreaus have been examined on different lignocellulosic biomass showing high delignification efficiency ([Kumar et al., 2009a] and [Shi et al., 2008]). Biological pretreatment by white-rot fungi has been combined with organosolv pretreatment in an ethanol production process by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) from beech wood chips (Itoh et al., 2003). Results from other recent studies have shown that fungal pretreatment of wheat straw for 10 days with a high lignin-degrading and low cellulose-degrading fungus (fungal isolate RCK-1) resulted in a reduction in acid loading for hydrolysis, an increase in the release of fermentable sugars and a reduction in the concentration of fermentation inhibitors. Ethanol yield and volumetric productivity with Pichia stipitis were 0.48 g/g and 0.54 g/L h, respectively (Kuhar et al., 2008). An evaluation of biological pretreatment of sugarcane trash using eight different bacteria and fungi was performed on the basis of quantitative changes in the components of the sugarcane trash, the production of the cellulase enzyme complex, total protein and the release of reducing sugars by different bioagents as well as the interaction among different chemical parameters affecting the pretreatment (Singh et al., 2008). In this case, the microbial pretreatment of trash increased accessibility of sugars for enzymatic hydrolysis.

Một vài loại nấm mục trắng như Phanerochaete chrysosporium, Ceriporia lacerata, Cyathus stercolerus, Ceriporiopsis subvermispora, Pycnoporus cinnarbarinus và Pleurotus ostreaus đã được đánh giá trên các sinh khối lignocellulose khác nhau, cho thấy hiệu suất phân giải lignin cao ([Kumar và cs., 2009a] và [Shi và cs., 2008]). Tiền xử lý sinh học bằng nấm mục trắng đã được kết hợp với tiền xử lý sử dụng dung môi hữu cơ trong quy trình sản xuất ethanol bằng cách tạo đường và lên men đồng thời (SSF) từ các mảnh gỗ sồi (Itoh và cs., 2003). Kết quả từ các nghiên cứu khác gần đây đã cho thấy rằng tiền xử lý bằng nấm đối với rơm cây lúa mì trong 10 ngày bằng nấm có khả năng phân giải cao lignin và ít phân giải cellulose (dòng nấm phân lập RCK-1) đã làm giảm lượng axit cho quá trình thủy phân, tăng giải phóng các đường có khả năng lên men và giảm nồng độ của các yếu tố ức chế lên men. Sản lượng và hiệu suất ethanol thu được với Pichia stipitis lần lượt là 0.48 g/g và 0.54 g/L h (Kuhar và cs., 2008). Một khảo sát về tiền xử lý sinh học đối với bã mía bằng cách sử dụng tám loài vi khuẩn và nấm khác nhau đã được tiến hành dựa trên cơ sở đánh giá sự thay đổi về số lượng của các thành phần trong bã mía, sự tổng hợp phức hợp enzym cellulase, protein tổng số và sự giải phóng các đường khử bởi các tác nhân sinh học khác nhau cũng như sự tác động của các thông số hóa học khác nhau đối với tiền xử lý (Singh và cs., 2008). Trong trường hợp này, các phương pháp tiền xử lý bằng vi khuẩn đối với bã mía đã làm tăng khả năng xâm nhập của các đường cho quá trình thủy phân bằng enzym.

 

[Ho Huu Tho]

#25.18
In general, such processes offer advantages such as low-capital cost, low energy, no chemicals requirement, and mild environmental conditions. However, the main drawback to develop biological methods is the low hydrolysis rate obtained in most biological materials compared to other technologies (Sun and Cheng, 2002).
To move forward a cost-competitive biological pretreatment of lignocellulose, and improve the hydrolysis to eventually improve ethanol yields, there is a need to keep on studying and testing more basidiomycetes fungi for their ability to delignify the plant material quickly and efficiently.

 

[Nguyễn Ngọc Huy2]

Bác Thọ vẫn cần mẫn với cái topic này quá nhỉ, cố lên bác, ủng hộ bác hết mình

 

[Ho Huu Tho]

Bác Thọ vẫn cần mẫn với cái topic này quá nhỉ, cố lên bác, ủng hộ bác hết mình

Cảm ơn thầy giáo đã liên tục động viên. Luôn mong mỏi các ý kiến phê bình của thầy giáo Huy và mọi người trên diễn đàn với hy vọng topic sẽ là một tư liệu phần nào bổ ích cho các bạn học sinh và sinh viên muốn tìm hiểu tiếng Anh chuyên ngành Sinh học.

 

[Ho Huu Tho]

#25.18
In general, such processes offer advantages such as low-capital cost, low energy, no chemicals requirement, and mild environmental conditions. However, the main drawback to develop biological methods is the low hydrolysis rate obtained in most biological materials compared to other technologies (Sun and Cheng, 2002).
To move forward a cost-competitive biological pretreatment of lignocellulose, and improve the hydrolysis to eventually improve ethanol yields, there is a need to keep on studying and testing more basidiomycetes fungi for their ability to delignify the plant material quickly and efficiently.

Nói chung, những quy trình như vậy sẽ có những lợi thế như chi phí đầu tư thấp, tiêu hao năng lượng ít, không đòi hỏi các hóa chất, các điều kiện môi trường ít chặt chẽ. Tuy nhiên, trở ngại chính để phát triển các phương pháp sinh học là tốc độ thủy phân đạt được thấp ở hầu hết các nguyên liệu sinh học so với các công nghệ khác (Sun and Cheng, 2002).
Để hướng tới một phương pháp tiền xử lý sinh học của lignocellulose có tính cạnh tranh về giá thành và để cải thiện sự thủy phân nhằm cải thiện sản lượng ethanol, cần phải tiếp tục nghiên cứu và thử nghiệm các nấm basidiomycetes khác về khả năng của chúng trong việc phân giải lignin các nguyên liệu thực vật nhanh và hiệu quả.

Để tiện theo dõi, mời các bạn xem Trang chủ của topic

 

[Ho Huu Tho]

#25.19
<link rel="File-List" href="file://localhost/Users/hohuutho/Library/Caches/TemporaryItems/msoclip/0clip_filelist.xml"> <!--[if gte mso 9]><xml> <o:OfficeDocumentSettings> <o:AllowPNG/> </o:OfficeDocumentSettings> </xml><![endif]--><!--[if gte mso 9]><xml> <w:WordDocument> <w:Zoom>0</w:Zoom> <w:TrackMoves>false</w:TrackMoves> <w:TrackFormatting/> <wunctuationKerning/> <wrawingGridHorizontalSpacing>18 pt</wrawingGridHorizontalSpacing> <wrawingGridVerticalSpacing>18 pt</wrawingGridVerticalSpacing> <wisplayHorizontalDrawingGridEvery>0</wisplayHorizontalDrawingGridEvery> <wisplayVerticalDrawingGridEvery>0</wisplayVerticalDrawingGridEvery> <w:ValidateAgainstSchemas/> <w:SaveIfXMLInvalid>false</w:SaveIfXMLInvalid> <w:IgnoreMixedContent>false</w:IgnoreMixedContent> <w:AlwaysShowPlaceholderText>false</w:AlwaysShowPlaceholderText> <w:Compatibility> <w:BreakWrappedTables/> <wontGrowAutofit/> <wontAutofitConstrainedTables/> <wontVertAlignInTxbx/> </w:Compatibility> </w:WordDocument> </xml><![endif]--><!--[if gte mso 9]><xml> <w:LatentStyles DefLockedState="false" LatentStyleCount="276"> </w:LatentStyles> </xml><![endif]--> <style> <!-- /* Font Definitions */ @font-face {font-family:Cambria; panose-1:2 4 5 3 5 4 6 3 2 4; mso-font-charset:0; mso-generic-font-family:auto; mso-font-pitch:variable; mso-font-signature:3 0 0 0 1 0;} /* Style Definitions */ p.MsoNormal, li.MsoNormal, div.MsoNormal {mso-style-parent:""; margin-top:0cm; margin-right:0cm; margin-bottom:10.0pt; margin-left:0cm; mso-pagination:widow-orphan; font-size:12.0pt; font-family:"Times New Roman"; mso-ascii-font-family:Cambria; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-fareast-font-family:Cambria; mso-fareast-theme-font:minor-latin; mso-hansi-font-family:Cambria; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:"Times New Roman"; mso-bidi-theme-font:minor-bidi;} @page Section1 {size:595.0pt 842.0pt; margin:72.0pt 90.0pt 72.0pt 90.0pt; mso-header-margin:35.4pt; mso-footer-margin:35.4pt; mso-paper-source:0;} div.Section1 {page:Section1;} --> </style> <!--[if gte mso 10]> <style> /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:"Table Normal"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-para-margin-top:0cm; mso-para-margin-right:0cm; mso-para-margin-bottom:10.0pt; mso-para-margin-left:0cm; mso-pagination:widow-orphan; font-size:12.0pt; font-family:"Times New Roman"; mso-ascii-font-family:Cambria; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-fareast-font-family:"Times New Roman"; mso-fareast-theme-font:minor-fareast; mso-hansi-font-family:Cambria; mso-hansi-theme-font:minor-latin;} </style> <![endif]--> <!--StartFragment--> 4.2. Physical pretreatments
4.2.1. Mechanical comminution
The objective of the mechanical pretreatment is a reduction of particle size and cristallinity of lignocellulosic in order to increase the specific surface and reduce the degree of polymerization. This can be produced by a combination of chipping, grinding or milling depending on the final particle size of the material (10–30 mm after chipping and 0.2–2 mm after milling or grinding) (Sun and Cheng, 2002). Different milling processes (ball milling, two-roll milling, hammer milling, colloid milling and vibro energy milling) can be used to improve the enzymatic hydrolysis of lignocelullosic materials (Taherzadeh and Karimi, 2008). The power requirement of this pretreatment is relatively high depending on the final particle size and the biomass characteristics. Taking into account the high energy requirements of milling and the continuous rise of energy prices, it is likely that this process is not economically feasible (Hendriks and Zeeman, 2009).

Để tiện theo dõi, mời các bạn xem Trang chủ của topic
<!--EndFragment-->

 

[Ho Huu Tho]

#25.19
4.2. Physical pretreatments
4.2.1. Mechanical comminution
The objective of the mechanical pretreatment is a reduction of particle size and cristallinity of lignocellulosic in order to increase the specific surface and reduce the degree of polymerization. This can be produced by a combination of chipping, grinding or milling depending on the final particle size of the material (10–30 mm after chipping and 0.2–2 mm after milling or grinding) (Sun and Cheng, 2002). Different milling processes (ball milling, two-roll milling, hammer milling, colloid milling and vibro energy milling) can be used to improve the enzymatic hydrolysis of lignocelullosic materials (Taherzadeh and Karimi, 2008). The power requirement of this pretreatment is relatively high depending on the final particle size and the biomass characteristics. Taking into account the high energy requirements of milling and the continuous rise of energy prices, it is likely that this process is not economically feasible (Hendriks and Zeeman, 2009).

4.2. Các phương pháp tiền xử lý vật lý
4.2.1. Phân nhỏ bằng phương pháp cơ học
Mục đích của tiền xử lý cơ học là làm giảm kích thước hạt và mức độ kết tinh của lignocellulose nhằm gia tăng bề mặt tiếp xúc và giảm mức độ trùng hợp. Việc phân nhỏ này có thể được thực hiện bằng sự kết hợp đập vỡ, nghiền hoặc xay phụ thuộc vào kích thước hạt cần đạt được của nguyên liệu (10–30 mm sau khi đập vỡ và 0.2–2 mm sau khi nghiền hoặc xay) (Sun và Cheng, 2002).
Các quy trình xay nghiền khác nhau (nghiền bóng, nghiền hai trục, nghiền keo và nghiền năng lượng vibrio?) có thể được sử dụng để cải thiện sự thủy phân các nguyên liệu lignocellulose bằng enzym (Taherzadeh và Karimi, 2008). Yêu cầu về năng lượng của phương pháp tiền xử lý này tương đối cao phụ thuộc vào kích thước hạt cuối cùng và các đặc điểm của sinh khối. Nếu tính đến đòi hỏi cao về năng lượng cho xay nghiền và sự gia tăng liên tục giá cả của năng lượng thì dường như quy trình này không có hiệu quả kinh tế (Hendriks và Zeeman, 2009).

 

[Ho Huu Tho]

#25.20
4.2.2. Extrusion
Extrusion process is a novel and promising physical pretreatment method for biomass conversion to ethanol production In extrusion, the materials are subjected to heating, mixing and shearing, resulting in physical and chemical modifications during the passage through the extruder. Screw speed and barrel temperature are believed to disrupt the lignocellulose structure causing defibrillation, fibrillation and shortening of the fibers, and, in the end, increasing accessibility of carbohydrates to enzymatic attack (Karunanithy et al., 2008). The different bioreactor parameters must be taken into account to achieve the highest efficiency in the process. In recent studies application of enzymes during extrusion process is being considered as a promising technology for ethanol production.

 

[Ho Huu Tho]

#25.20
4.2.2. Extrusion
Extrusion process is a novel and promising physical pretreatment method for biomass conversion to ethanol production In extrusion, the materials are subjected to heating, mixing and shearing, resulting in physical and chemical modifications during the passage through the extruder. Screw speed and barrel temperature are believed to disrupt the lignocellulose structure causing defibrillation, fibrillation and shortening of the fibers, and, in the end, increasing accessibility of carbohydrates to enzymatic attack (Karunanithy et al., 2008). The different bioreactor parameters must be taken into account to achieve the highest efficiency in the process. In recent studies application of enzymes during extrusion process is being considered as a promising technology for ethanol production.

4.2.2. Quy trình đẩy
Quy trình đẩy là phương pháp tiền xử lý mới và nhiều hứa hẹn để chuyển đổi sinh khối phục vụ sản xuất ethanol. Trong quy trình đẩy, các nguyên liệu được xử lý bởi nhiệt độ, trộn và cắt xén để tạo ra các biến đổi hóa lý theo chiều dài của ống đẩy. Tốc độ của trục xoắn và nhiệt độ của lòng ống được cho là phá vỡ cấu trúc của lignocellulose gây ra sự thoái biến sợi, hình thành sợi và làm ngắn các sợi và kết cục là làm tăng khả năng xâm nhập của carbonhydrate đối với các tác động của enzym (Karunanithy và cs., 2008). Cần phải lưu ý đến các thông số khác nhau của bioreactor để đạt được hiệu suất cao nhất của quy trình. Trong các nghiên cứu gần đây, ứng dụng của các enzym trong quy trình đẩy đang được xem xét như là một công nghệ hứa hẹn để sản xuất ethanol.

 

[Ho Huu Tho]

#25.21
4.3. Chemical pretreatments
4.3.1. Alkali pretreatments
The effect that some bases have on lignocellulosic biomass is the basis of alkaline pretreatments, which are effective depending on the lignin content of the biomass. Alkali pretreatments increase cellulose digestibility and they are more effective for lignin solubilization, exhibiting minor cellulose and hemicellulose solubilization than acid or hydrothermal processes (Carvalheiro et al., 2008).
Alkali pretreatment can be performed at room temperature and times ranging from seconds to days. It is described to cause less sugar degradation than acid pretreatment and it was shown to be more effective on agricultural residues than on wood materials (Kumar et al., 2009a). Nevertheless, possible loss of fermentable sugars and production of inhibitory compounds must be taken into consideration to optimize the pretreatment conditions.
Sodium, potassium, calcium and ammonium hydroxides are suitable alkaline pretreatments. NaOH causes swelling, increasing the internal surface of cellulose and decreasing the degree of polymerization and cristallinity, which provokes lignin structure disruption (Taherzadeh and Karimi, 2008). NaOH has been reported to increase hardwood digestibility from 14% to 55% by reducing lignin content from 24–55% to 20% (Kumar et al., 2009a).

 

[Ho Huu Tho]

#25.21
4.3. Chemical pretreatments
4.3.1. Alkali pretreatments
The effect that some bases have on lignocellulosic biomass is the basis of alkaline pretreatments, which are effective depending on the lignin content of the biomass. Alkali pretreatments increase cellulose digestibility and they are more effective for lignin solubilization, exhibiting minor cellulose and hemicellulose solubilization than acid or hydrothermal processes (Carvalheiro et al., 2008).
Alkali pretreatment can be performed at room temperature and times ranging from seconds to days. It is described to cause less sugar degradation than acid pretreatment and it was shown to be more effective on agricultural residues than on wood materials (Kumar et al., 2009a). Nevertheless, possible loss of fermentable sugars and production of inhibitory compounds must be taken into consideration to optimize the pretreatment conditions.
Sodium, potassium, calcium and ammonium hydroxides are suitable alkaline pretreatments. NaOH causes swelling, increasing the internal surface of cellulose and decreasing the degree of polymerization and cristallinity, which provokes lignin structure disruption (Taherzadeh and Karimi, 2008). NaOH has been reported to increase hardwood digestibility from 14% to 55% by reducing lignin content from 24–55% to 20% (Kumar et al., 2009a).

4.3. Các phương pháp tiền xử lý hóa học
4.3.1. Các phương pháp tiền xử lý bằng kiềm
Tác động của một số bazơ lên sinh khối lignocellulose là cơ sở của các phương pháp tiền xử lý bằng kiềm, là phương pháp hiệu quả phụ thuộc vào hàm lượng lignin của sinh khối. Các phương pháp tiền xử lý bằng kiềm làm tăng khả năng thủy phân của cellulose và chúng giúp sự hòa tan của lignin tốt hơn và ít hòa tan cellulose và hemicellulose hơn so với các quy trình axit hay thủy nhiệt (Carvalheiro et al., 2008).
Tiền xử lý bằng kiềm có thể được tiến hành ở nhiệt độ phòng và trong thời gian từ nhiều giây đến nhiều ngày. Nó được mô tả là ít gây ra sự thoái biến đường hơn so với tiền xử lý bằng axit và nó cho thấy tính hiệu quả cao hơn ở các sản phẩm nông nghiệp so với các nguyên liệu gỗ (Kumar và cs., 2009a). Tuy nhiên, cần phải cân nhắc đến khả năng mất mát các đường có khả năng lên men và sự tạo thành các hợp chất ức chế để tối ưu hóa các điều kiện tiền xử lý.
Natri, kali, canxi và amoni hydroxit là các phương pháp tiền xử lý thích hợp. NaOH làm trương, gia tăng diện tích bề mặt ở bên trong của cellulose và giảm mức độ polymer hóa và mức độ kết tinh, là những yếu tố gây ra sự phá vỡ cấu trúc của lignin (Taherzadeh và Karimi, 2008). NaOH đã được công bố làm gia tăng khả năng phân giải của gỗ cứng từ 14% lên 55% bằng cách giảm hàm lượng lignin từ 24-55% xuống còn 20% (Kumar và cs., 2009a).

 

[Ho Huu Tho]

#25.22
Ca(OH)2, also known as lime, has been widely studied. Lime pretreatment removes amorphous substances such as lignin, which increases the crystallinity index. Lignin removal increases enzyme effectiveness by reducing non-productive adsorption sites for enzymes and by increasing cellulose accessibility (Kim and Holtzapple, 2006). Lime also removes acetyl groups from hemicellulose reducing steric hindrance of enzymes and enhancing cellulose digestibility (Mosier et al., 2005b). Lime has been proven successfully at temperatures from 85–150 °C and for 3–13 h with corn stover (Kim and Holtzapple, 2006) or poplar wood (Chang et al., 2001). Pretreatment with lime has lower cost and less safety requirements compared to NaOH or KOH pretreatments and can be easily recovered from hydrolysate by reaction with CO2 (Mosier et al., 2005b).
Addition of an oxidant agent (oxygen/H2O2) to alkaline pretreatment (NaOH/Ca(OH)2) can improve the performance by favoring lignin removal (Carvalheiro et al., 2008). Ethanol yields of 0.33 g/g have been obtained in simultaneous saccharification and cofermentation (SSCF) processes with Escherichia coli FBR5 from wheat straw pretreated with alkali peroxide (Saha and Cotta, 2006). Furthemore, no furfural or HMF were detected in hydrolysates obtained with alkaline peroxide pretreatment which favours the fermentation step in an ethanol production process (Taherzadeh and Karimi, 2008).

 

[Ho Huu Tho]

#25.22
Ca(OH)2, also known as lime, has been widely studied. Lime pretreatment removes amorphous substances such as lignin, which increases the crystallinity index. Lignin removal increases enzyme effectiveness by reducing non-productive adsorption sites for enzymes and by increasing cellulose accessibility (Kim and Holtzapple, 2006). Lime also removes acetyl groups from hemicellulose reducing steric hindrance of enzymes and enhancing cellulose digestibility (Mosier et al., 2005b). Lime has been proven successfully at temperatures from 85–150 °C and for 3–13 h with corn stover (Kim and Holtzapple, 2006) or poplar wood (Chang et al., 2001). Pretreatment with lime has lower cost and less safety requirements compared to NaOH or KOH pretreatments and can be easily recovered from hydrolysate by reaction with CO2 (Mosier et al., 2005b).
Addition of an oxidant agent (oxygen/H2O2) to alkaline pretreatment (NaOH/Ca(OH)2) can improve the performance by favoring lignin removal (Carvalheiro et al., 2008). Ethanol yields of 0.33 g/g have been obtained in simultaneous saccharification and cofermentation (SSCF) processes with Escherichia coli FBR5 from wheat straw pretreated with alkali peroxide (Saha and Cotta, 2006). Furthemore, no furfural or HMF were detected in hydrolysates obtained with alkaline peroxide pretreatment which favours the fermentation step in an ethanol production process (Taherzadeh and Karimi, 2008).

Ca(OH)2, còn gọi là vôi, đã được nghiên cứu rộng rãi. Tiền xử lý bằng vôi loại bỏ các chất vô định hình như lignin, làm tăng chỉ số mức độ kết tinh. Sự loại bỏ lignin sẽ gia tăng hiệu quả của enyzm bằng cách giảm các vùng hấp phụ không đặc hiệu đối với enzym và bằng cách gia tăng khả năng xâm nhập của cellulose (Kim và Holtzapple, 2006). Vôi còn loại bỏ các nhóm acetyl từ hemicellulose làm giảm sự ức chế lập thể của các enzym và tăng cường khả năng phân giải của cellulose (Mosier và cs., 2005b). Vôi đã được khẳng định hiệu quả đối với thân lá cây ngô hay gỗ cây bạch dương ở nhiệt độ từ 85–150 °C và trong khoảng 3–13 h (Chang và cs., 2001). Tiền xử lý bằng vôi có chi phí thấp và yêu cầu về an toàn ít hơn so với tiền xử lý bằng NaOH hay KOH và có thể thu hồi dễ dàng từ dịch thủy phân bằng phản ứng với CO2 (Mosier và cs., 2005b).
Cho thêm một tác nhân oxi hóa (Oxy/H2O2) vào phương pháp tiền xử lý bằng kiềm (NaOH/Ca(OH)2) có thể cải thiện hiệu quả thông qua thúc đẩy sự loại bỏ lignin (Carvalheiro và cs., 2008). Người ta đã đạt được sản lượng ethanol 0.33 g/g trong các quy trình đường hóa và lên men đồng thời (SSCF) bằng Escherichia coli FBR5 từ rơm lúa mạch được tiền xử lý bằng peroxit kiềm (Saha và Cotta, 2006). Hơn nữa, người ta không phát hiện được furfural hay HMF trong dịch thủy phân thu được từ phương pháp tiền xử lý bằng peroxit kiềm là phương pháp tạo thuận lợi cho bước thủy phân trong quy trình sản xuất ethanol (Taherzadeh và Karimi, 2008).

 

[Ho Huu Tho]

#25.23
4.3.2. Acid pretreatment
The main objective of the acid pretreatments is to solubilize the hemicellulosic fraction of the biomass and to make the cellulose more accessible to enzymes. This type of pretreatments can be performed with concentrated or diluted acid but utilization of concentrated acid is less attractive for ethanol production due to the formation of inhibiting compounds. Furthermore, equipment corrosion problems and acid recovery are important drawbacks when using concentrated acid pretreatments. The high operational and maintenance costs reduce the interest of applying the concentrated acid pretreatment at commercial scale (Wyman, 1996).
Diluted acid pretreatment appears as more favourable method for industrial applications and have been studied for pretreating wide range of lignocellulosic biomass. Different types of reactors such as percolation, plug flow, shrinking-bed, batch and countercurrent reactors have been applied for pretreatment of lignocellulosic materials (Taherzadeh and Karimi, 2008). It can be performed at high temperature (e.g. 180 °C) during a short period of time; or at lower temperature (e.g. 120 °C) for longer retention time (30–90 min). It presents the advantage of solubilizing hemicellulose, mainly xylan, but also converting solubilized hemicellulose to fermentable sugars. Nevertheless, depending on the process temperature, some sugar degradation compounds such as furfural and HMF and aromatic lignin degradation compounds are detected, and affect the microorganism metabolism in the fermentation step (Saha et al., 2005). Anyhow, this pretreatment generates lower degradation products than concentrated acid pretreatments.

 

[Ho Huu Tho]

#25.23
4.3.2. Acid pretreatment
The main objective of the acid pretreatments is to solubilize the hemicellulosic fraction of the biomass and to make the cellulose more accessible to enzymes. This type of pretreatments can be performed with concentrated or diluted acid but utilization of concentrated acid is less attractive for ethanol production due to the formation of inhibiting compounds. Furthermore, equipment corrosion problems and acid recovery are important drawbacks when using concentrated acid pretreatments. The high operational and maintenance costs reduce the interest of applying the concentrated acid pretreatment at commercial scale (Wyman, 1996).
Diluted acid pretreatment appears as more favourable method for industrial applications and have been studied for pretreating wide range of lignocellulosic biomass. Different types of reactors such as percolation, plug flow, shrinking-bed, batch and countercurrent reactors have been applied for pretreatment of lignocellulosic materials (Taherzadeh and Karimi, 2008). It can be performed at high temperature (e.g. 180 °C) during a short period of time; or at lower temperature (e.g. 120 °C) for longer retention time (30–90 min). It presents the advantage of solubilizing hemicellulose, mainly xylan, but also converting solubilized hemicellulose to fermentable sugars. Nevertheless, depending on the process temperature, some sugar degradation compounds such as furfural and HMF and aromatic lignin degradation compounds are detected, and affect the microorganism metabolism in the fermentation step (Saha et al., 2005). Anyhow, this pretreatment generates lower degradation products than concentrated acid pretreatments.

Mục đích chủ yếu của các phương pháp tiền xử lý bằng axit là để hòa tan phần hemicellulose của sinh khối và để làm cho phần cellulose có nhiều khả năng tiếp xúc với enzym hơn. Loại tiền xử lý này có thể được tiến hành với axit đặc hay loãng nhưng việc sử dụng axit đặc trong sản xuất ethanol ít được chú ý hơn do sự tạo thành các chất ức chế. Hơn nữa, vấn đề ăn mòn thiết bị và thu hồi axit là những nhược điểm quan trọng khi sử dụng các phương pháp tiền xử lý bằng axit đặc. Chi phí vận hành và bảo dưỡng cao làm giảm sự quan tâm đến việc áp dụng phương pháp tiền xử lý bằng axit đặc ở quy mô thương mại (Wyman, 1996).
Phương pháp tiền xử lý bằng axit loãng dường như là phương pháp được lựa chọn hơn cho các ứng dụng công nghiệp và đã được nghiên cứu để tiền xử lý nhiều loại sinh khối lignocellulose. Nhiều loại reactor khác nhau như reactor chiết ngâm, dòng chảy theo vòi, shrinking-bed, mẻ và đối lưu đã được áp dụng để tiền xử lý các nguyên liệu lignocellulose (Taherzadeh và Karimi, 2008). Nó có thể được tiến hành ở nhiệt độ cao (ví dụ 180 °C) trong khoảng thời gian ngắn; hay ở nhiệt độ thấp hơn (ví dụ 120 °C) trong khoảng thời gian dài hơn (30–90 phút). Nó cho thấy ưu thế về hòa tan hemicellulose, chủ yếu là xylan và còn chuyển đổi hemicellulose thành các đường có khả năng lên men. Tuy nhiên, tùy vào nhiệt độ của quy trình mà một số hợp chất thoái biến đường như furfural và HMF và các hợp chất vòng thơm thoái biến lignin có thể được phát hiện và ảnh hưởng đến chuyển hóa của vi sinh vật trong bước lên men (Saha và cs., 2005). Tuy nhiên, phương pháp tiền xử lý này phát sinh ít các sản phẩm thoái biến hơn so với các phương pháp tiền xử lý bằng axit đặc.

Để tiện theo dõi, mời các bạn xem Trang chủ của topic
<!--EndFragment-->

 

[Ho Huu Tho]

#25.24
High hydrolysis yields have been reported when pretreating lignocellulosic materials with diluted H2SO4 which is the most studied acid. Hydrochloric acid, phosphoric acid and nitric acid have also been tested (Mosier et al., 2005a). Saccharification yield as high as 74% was shown when wheat straw was subjected to 0.75% v/v of H2SO4 at 121 °C for 1 h (Saha et al., 2005). Olive tree biomass was pretreated with 1.4% H2SO4 at 210 °C resulting in 76.5% of hydrolysis yields (Cara et al., 2008). Recently, ethanol yield as high as 0.47 g/g glucose was achieved in fermentation tests with cashew apple bagasse pretreated with diluted H2SO4 at 121 °C for 15 min (Rocha et al., 2009).
Organic acids such as fumaric or maleic acids are appearing as alternatives to enhance cellulose hydrolysis for ethanol production. In this context, both acids were compared with sulfuric acid in terms of hydrolysis yields from wheat straw and formation of sugar degradation compounds during pretreatment. Results showed that organic acids can pretreat wheat straw with high efficiency although fumaric acid was less effective than maleic acid. Furthermore, less amount of furfural was formed in the maleic and fumaric acid pretreatments than with sulfuric acid (Kootstra et al., 2009).

Để tiện theo dõi, mời các bạn xem Trang chủ của topic
<!--EndFragment-->