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Integrated pretreatment of poplar biomass employing p-toluenesulfonic acid catalyzed liquid hot water and short-time ball milling for complete conversion to xylooligosaccharides, glucose, and native-like lignin
Bioresource Technology ( IF 9.7 ) Pub Date : 2023-06-19 , DOI: 10.1016/j.biortech.2023.129370 Meysam Madadi 1 , Dan Liu 2 , Yuanhang Qin 3 , Yinchao Zhang 2 , Keikhosro Karimi 4 , Meisam Tabatabaei 5 , Vijai Kumar Gupta 6 , Mortaza Aghbashlo 7 , Zahoor 8 , Sameh Samir Ali 9
Bioresource Technology ( IF 9.7 ) Pub Date : 2023-06-19 , DOI: 10.1016/j.biortech.2023.129370 Meysam Madadi 1 , Dan Liu 2 , Yuanhang Qin 3 , Yinchao Zhang 2 , Keikhosro Karimi 4 , Meisam Tabatabaei 5 , Vijai Kumar Gupta 6 , Mortaza Aghbashlo 7 , Zahoor 8 , Sameh Samir Ali 9
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This work aimed to study an integrated pretreatment technology employing p -toluenesulfonic acid (TsOH)-catalyzed liquid hot water (LHW) and short-time ball milling for the complete conversion of poplar biomass to xylooligosaccharides (XOS), glucose, and native-like lignin. The optimized TsOH-catalyzed LHW pretreatment solubilized 98.5% of hemicellulose at 160 °C for 40 min, releasing 49.8% XOS. Moreover, subsequent ball milling (20 min) maximized the enzymatic hydrolysis of cellulose from 65.8% to 96.5%, owing to the reduced particle sizes and cellulose crystallinity index. The combined pretreatment reduced the crystallinity by 70.9% while enlarging the average pore size and pore volume of the substrate by 29.5% and 52.4%, respectively. The residual lignin after enzymatic hydrolysis was rich in β-O-4 linkages (55.7/100 Ar) with less condensed structures. This lignin exhibited excellent antioxidant activity (RSI of 66.22) and ultraviolet absorbance. Thus, this research suggested a sustainable waste-free biorefinery for the holistic valorization of biomass through two-step biomass fractionation.
中文翻译:
采用对甲苯磺酸催化的液体热水和短时球磨对杨树生物质进行综合预处理,以完全转化为低聚木糖、葡萄糖和天然样木质素
本研究旨在研究一种采用对甲苯磺酸 (TsOH) 催化液体热水 (LHW) 和短时球磨的综合前处理技术,将杨树生物质完全转化为低聚木糖 (XOS)、葡萄糖和天然样木质素。优化的 TsOH 催化的 LHW 预处理在 160 °C 下溶解了 98.5% 的半纤维素 40 min,释放了 49.8% 的 XOS。此外,由于粒径和纤维素结晶度指数减小,随后的球磨(20 分钟)将纤维素的酶解率从 65.8% 最大化到 96.5%。联合预处理使结晶度降低了 70.9%,同时使基材的平均孔径和孔体积分别扩大了 29.5% 和 52.4%。酶解后残留的木质素富含 β-O-4 键 (55.7/100 Ar),缩合结构较少。该木质素表现出优异的抗氧化活性 (RSI 为 66.22) 和紫外线吸光度。因此,本研究提出了一种可持续的无废物生物精炼厂,用于通过两步生物质分馏对生物质进行整体增值。
更新日期:2023-06-19
中文翻译:
采用对甲苯磺酸催化的液体热水和短时球磨对杨树生物质进行综合预处理,以完全转化为低聚木糖、葡萄糖和天然样木质素
本研究旨在研究一种采用对甲苯磺酸 (TsOH) 催化液体热水 (LHW) 和短时球磨的综合前处理技术,将杨树生物质完全转化为低聚木糖 (XOS)、葡萄糖和天然样木质素。优化的 TsOH 催化的 LHW 预处理在 160 °C 下溶解了 98.5% 的半纤维素 40 min,释放了 49.8% 的 XOS。此外,由于粒径和纤维素结晶度指数减小,随后的球磨(20 分钟)将纤维素的酶解率从 65.8% 最大化到 96.5%。联合预处理使结晶度降低了 70.9%,同时使基材的平均孔径和孔体积分别扩大了 29.5% 和 52.4%。酶解后残留的木质素富含 β-O-4 键 (55.7/100 Ar),缩合结构较少。该木质素表现出优异的抗氧化活性 (RSI 为 66.22) 和紫外线吸光度。因此,本研究提出了一种可持续的无废物生物精炼厂,用于通过两步生物质分馏对生物质进行整体增值。