DELIGNIFIKACIJA KUKURUZNOG OKLASKA POMOĆU PEROKSIDNOG PREDTRETMANA POTPOMOGNUTOG MIKROTALASIMA
Sažetak
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.
Reference
Bichot, A., Lerosty, M., Radoiu, M., Méchin, V., Bernet, N., Delgenès, J. P., & García-Bernet, D. (2020). Decoupling thermal and non-thermal effects of the microwaves for lignocellulosic biomass pretreat-ment. Energy conversion and management, 203, 112220. doi.org/10.1016/j.enconman.2019.112220
Cabrera, E., Muñoz, M. J., Martín, R., Caro, I., Curbelo, C., & Díaz, A. B. (2014). Alkaline and alkaline peroxide pretreatments at mild temperature to enhance enzymatic hydrolysis of rice hulls and straw. Bioresource Technology, 167, 1-7. doi.org/10.1016/j.biortech.2014.05.103
Dutra, E. D., Santos, F. A., Alencar, B. R. A., Reis, A. L. S., de Souza, R. D. F. R., Aquino, K. A. D. S., Morais Jr., M. A., & Menezes, R. S. C. (2018). Alkaline hydrogen peroxide pretreatment of lignocellulo-sic biomass: status and perspectives. Biomass Conversion and Biorefinery, 8, 225-234. doi.org/10.1007/s13399-017-0277-3
Fukushima, R. S., & Kerley, M. S. (2011). Use of lignin extracted from different plant sources as stand-ards in the spectrophotometric acetyl bromide lignin method. Journal of Agricultural and Food Chemis-try, 59(8), 3505-3509. doi.org/10.1021/jf104826n
Grbić, J., Đukić-Vuković, A., Mladenović, D., Lazović, S., & Mojović, L. (2022). Effect of non-thermal plasma on cellulose crystallinity and lignin content in corn stalks. Journal on Processing and Energy in Agriculture, 26(2). doi.org/10.5937/jpea26-36871
Huang, C., Fang, G., Yu, L., Zhou, Y., Meng, X., Deng, Y., Shen, K., & Ragauskas, A. J. (2020). Maxim-izing enzymatic hydrolysis efficiency of bamboo with a mild ethanol-assistant alkaline peroxide pre-treatment. Bioresource technology, 299, 122568. doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122568
Huang, C., Jiang, X., Shen, X., Hu, J., Tang, W., Wu, X., Ragauskas, A., Jameel, H., Meng, X., & Yong, Q. (2022). Lignin-enzyme interaction: A roadblock for efficient enzymatic hydrolysis of lignocellulo-sics. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 154, 111822. doi.org/10.1016/j.rser.2021.111822
Jović, J., Kocić-Tanackov, S., & Mojović, L. (2021). Pretreatment of lignocellulosic biomass with au-tochthonous sfungi from serbia. Journal on Processing and Energy in Agriculture, 25(2), 74-77. doi.org/10.5937/jpea25-31108
Li, J., Lu, M., Guo, X., Zhang, H., Li, Y., & Han, L. (2018). Insights into the improvement of alkaline hydrogen peroxide (AHP) pretreatment on the enzymatic hydrolysis of corn stover: chemical and micro-structural analyses. Bioresource technology, 265, 1-7. doi.org/10.1016/j.biortech.2018.05.082
Milašinović-Šeremešić, M., Radosavljević, M., Terzić, D., & Nikolić, V. (2018). Maize processing and utilisation technology: Achievements and prospects. Journal on Processing and Energy in Agricul-ture, 22(3), 113-116. doi.org/10.5937/JPEA1803113M
Mittal, A., Katahira, R., Donohoe, B. S., Black, B. A., Pattathil, S., Stringer, J. M., & Beckham, G. T. (2017). Alkaline peroxide delignification of corn stover. ACS Sustainable Chemistry & Engineer-ing, 5(7), 6310-6321. doi.org/10.1021/acssuschemeng.7b01424
Roy, R. K. (2010). A primer on the Taguchi method. Society of manufacturing engineers. ISBN: 087263468X, 9780872634688.
Sluiter, A., Hames, B., Ruiz, R., Scarlata, C., Sluiter, J., Templeton, D., & Crocker, D. L. A. P. (2008). Determination of structural carbohydrates and lignin in biomass. Laboratory analytical proce-dure, 1617(1), 1-16.
Thompson, P. B. (2012). The agricultural ethics of biofuels: the food vs. fuel debate. Agriculture, 2(4), 339-358. doi.org/10.3390/agriculture2040339
Xia, Y., Liu, Q., Hu, X., Li, X., Huang, Y., Li, W., & Ma, L. (2022). Structural evolution during corn stalk acidic and alkaline hydrogen peroxide pretreatment. Industrial Crops and Products, 176, 114386. doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.114386
Zhou, Z., Ouyang, D., Liu, D., & Zhao, X. (2023). Oxidative pretreatment of lignocellulosic biomass for enzymatic hydrolysis: Progress and challenges. Bioresource Technology, 367, 128208. doi.org/10.1016/j.biortech.2022.128208
