1. Lignin removal from corncob by microwave-coupled peroxide treatment
- Author
-
Mladenović, Dragana, Grbić, Jovana, Đukić-Vuković, Aleksandra, Mijin, Dušan, Mojović, Ljiljana, Mladenović, Dragana, Grbić, Jovana, Đukić-Vuković, Aleksandra, Mijin, Dušan, and Mojović, Ljiljana
- Abstract
Lignocellulosic biomass comprises the crop residues, which remain in large quantities from various stages of crop processing. Its main constituents, cellulose, hemicellulose, and lignin, are interlinked by hydrogen and covalent bonds and form a robust and intricate matrix making it resistant to enzymatic degradation. Pretreatment is crucial in lignocellulosic biomass processing, aiming to remove lignin and enhance enzyme access to polysaccharides. This study examines how microwave-assisted peroxide pretreatment affects the delignification of corncobs, aiming to enhance the efficiency of utilizing this agricultural residue in fermentation processes. Taguchi orthogonal array was used to optimize pretreatment conditions and assess the effects of individual parameters (temperature, H2O2 dose, and pretreatment time) on delignification efficiency. The results showed the significant influence of pretreatment conditions on lignin removal from corncobs, with the highest delignification achieved at an H2O2 dose of 500 mg/g, temperature of 100 °C, and pretreatment time of 2 minutes. H2O2 dose had the most substantial impact on the delignification, followed by temperature and pretreatment time. The observed 81.6% delignification and 61.9% increase in cellulose content are pivotal for enzymatic hydrolysis efficiency. This improvement suggests enhanced enzyme availability during hydrolysis and reversible binding to polysaccharide active sites, potentially leading to higher sugar yields., Lignoceluloznu biomasu čine ostaci poljoprivrednih kultura koji u velikim količinama zaostaju na obradivim površinama ili nastaju u različitim fazama njihove prerade. Glavne komponente lignocelulozne biomase (celuloza, hemiceluloza i lignin) su međusobno povezane vodoničnim i kovalentnim vezama stvarajući čvrstu i kompleksnu matricu koja je otporna na dejstvo enzima. Važan korak u procesu prerade lignocelulozne biomase je predtretman kojim je potrebno ukloniti lignin i tako omogućiti lakšu pristupačnost polisaharidnih frakcija enzimima. U ovom radu je ispitivan uticaj peroksidnog predtretmana potpomognutog mikrotalasima na delignifikaciju kukuruznog oklaska sa ciljem dobijanja što čistije polisaharidne frakcije čime bi se omogućila efikasnija valorizacija ovog poljoprivrednog otpada u fermentacionim procesima. Tagučijev ortogonalni niz je korišćen za optimizaciju uslova predtretmana i određivanje uticaja pojedinačnih parametara (temperature, doze H2O2 i vremena predtretmana) na efikasnost delignifikacije. Dodatno, optimalni uslovi su primenjeni u eksperimentu sa konvencionalnim zagrevanjem kako bi se uporedili efekti mikrotalasnog i konvencionalnog predtretmana. Dobijeni rezultati su pokazali da uslovi predtretmana značajno utiču na efikasnost uklanjanja lignina iz kukuruznog oklaska, a najveći stepen delignifikacije je ostvaren pri dozi H2O2 od 500 mg/g, temperaturi od 100 °C i vremenu predtretmana od 2 min. Utvrđeno je da doza H2O2 ima najveći uticaj na proces delignifikacije, a zatim slede temperatura i vreme predtretmana. Delignifikacija od 81.6% i povećanje sadržaja celuloze od 61.9% su značajni za efikasnost enzimske hidrolize u kojoj se može očekivati bolja dostupnost i reverzibilno vezivanje enzima za aktivna mesta na molekulima celuloze i hemiceluloze, a time i bolji prinosi šećera.
- Published
- 2024