Comparison of the susceptibility of two hardwood species, Mimosa scabrella Benth and Eucalyptus viminalis labill, to steam explosion and enzymatic hydrolysis
Steam explosion of two hardwood species was carried out with and without addition of sulfuric acid (H2SO4 0.5%, p/v) as a pretreatment catalyst. In general, wood chips of Eucalyptus viminalis Labill were shown to be more amenable to pretreatment than chips derived from bolds of Mimosa scabrella Bent...
| Main Authors: | , , , |
|---|---|
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Instituto de Tecnologia do Paraná (Tecpar)
2000-01-01
|
| Series: | Brazilian Archives of Biology and Technology |
| Subjects: | |
| Online Access: | http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-89132000000200009 |
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| author | L. P. Ramos S. T. Carpes F. T. Silva J. L. M. Ganter |
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| author_sort | L. P. Ramos |
| collection | DOAJ |
| description | Steam explosion of two hardwood species was carried out with and without addition of sulfuric acid (H2SO4 0.5%, p/v) as a pretreatment catalyst. In general, wood chips of Eucalyptus viminalis Labill were shown to be more amenable to pretreatment than chips derived from bolds of Mimosa scabrella Benth (bracatinga). This was apparent from all pretreatment parameters tested including the overall recovery yields of pretreated fractions, carbohydrates (pentoses and hexoses) recovered as water-solubles, yield of dehydration by-products and lignin susceptibility to acid hydrolysis. There was no evidence for complete deacetylation of both wood species during pretreatment and lignin appeared to undergo extensive acid hydrolysis at higher pretreatment severities. Steam treatment at 205ºC for 5 min without addition of an acid catalyst was shown to be uncapable of removing the hemicellulose component from bracatinga chips, as determined by chemical analysis of the steam-treated water-insoluble fractions. Nearly 30% of the hemicellulose (xylan) found in bracatinga remained unhydrolysed after pretreatment, whereas more than 90% of this component could be removed from eucalypt chips under the same pretreatment conditions. Likewise, pretreatment of eucalypt chips resulted in a more extensive solubilization of glucans (cellulose) by acid hydrolysis. Addition of dilute H2SO4 as a pretreatment catalyst generally increased the recovery yield of fermentable sugars in the water-soluble fractions and this effect was more pronounced for the pretreatment of bracatinga chips. Steam-treated substrates produced from bracatinga were also less accessible to enzymatic hydrolysis than those produced from eucalypt chips, regardless of the use of an acid catalyst.<br>Duas espécies de angiospermas foram comparadas em relação à suas susceptibilidades ao pré-tratamento por explosão a vapor. De um modo geral, cavacos industriais de Eucalyptus viminalis Labill apresentaram-se mais susceptíveis ao pré-tratamento a vapor do que cavacos derivados de Mimosa scabrella Benth (bracatinga). Tal observação foi baseada em quatro parâmetros de avaliação: rendimento da fração insolúvel em água (fração fibrosa); recuperação de carboidratos na fração aquosa; quantidade liberada de produtos de desidratação de açúcares na fração aquosa; e despolimerização parcial da lignina por hidrólise ácida. O pré-tratamento a 205ºC por 5 min, na ausência de um catalisador ácido, demonstrou ser insuficiente para a hidrólise e solubilização das hemiceluloses presentes na bracatinga. Aproximadamente 30% das xilanas de bracatinga prevalesceram após o pré-tratamento nestas condições, enquanto que cerca de 90% das xilanas de eucalipto foram removidas sob os mesmos padrões de severidade. Da mesma forma, o pré-tratamento de eucalipto resultou em maiores graus de solubilização de glucanas (celulose) a partir dos cavacos, indicando que este tipo de madeira é mais susceptível ao pré-tratamento do que cavacos derivados de bracatinga. A adição de ácido sulfúrico diluído como catalisador do processo aumentou o rendimento de açúcares solúveis na fração aquosa e este efeito foi mais pronunciado no pré-tratamento de cavacos de bracatinga. Finalmente, o componente celulósico dos substratos derivados de bracatinga também apresentou-se menos susceptível à hidrólise enzimática do que aquele presente em substratos pré-tratados a vapor derivados de eucalipto e tal comportamento foi observado independentemente do uso de ácido sulfúrico como catalisador da reação. |
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| institution | Directory Open Access Journal |
| issn | 1516-8913 1678-4324 |
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| publishDate | 2000-01-01 |
| publisher | Instituto de Tecnologia do Paraná (Tecpar) |
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| series | Brazilian Archives of Biology and Technology |
| spelling | doaj.art-5315f6082dd3420ab70d1692e2e98c572022-12-21T23:36:18ZengInstituto de Tecnologia do Paraná (Tecpar)Brazilian Archives of Biology and Technology1516-89131678-43242000-01-0143219520610.1590/S1516-89132000000200009Comparison of the susceptibility of two hardwood species, Mimosa scabrella Benth and Eucalyptus viminalis labill, to steam explosion and enzymatic hydrolysisL. P. RamosS. T. CarpesF. T. SilvaJ. L. M. GanterSteam explosion of two hardwood species was carried out with and without addition of sulfuric acid (H2SO4 0.5%, p/v) as a pretreatment catalyst. In general, wood chips of Eucalyptus viminalis Labill were shown to be more amenable to pretreatment than chips derived from bolds of Mimosa scabrella Benth (bracatinga). This was apparent from all pretreatment parameters tested including the overall recovery yields of pretreated fractions, carbohydrates (pentoses and hexoses) recovered as water-solubles, yield of dehydration by-products and lignin susceptibility to acid hydrolysis. There was no evidence for complete deacetylation of both wood species during pretreatment and lignin appeared to undergo extensive acid hydrolysis at higher pretreatment severities. Steam treatment at 205ºC for 5 min without addition of an acid catalyst was shown to be uncapable of removing the hemicellulose component from bracatinga chips, as determined by chemical analysis of the steam-treated water-insoluble fractions. Nearly 30% of the hemicellulose (xylan) found in bracatinga remained unhydrolysed after pretreatment, whereas more than 90% of this component could be removed from eucalypt chips under the same pretreatment conditions. Likewise, pretreatment of eucalypt chips resulted in a more extensive solubilization of glucans (cellulose) by acid hydrolysis. Addition of dilute H2SO4 as a pretreatment catalyst generally increased the recovery yield of fermentable sugars in the water-soluble fractions and this effect was more pronounced for the pretreatment of bracatinga chips. Steam-treated substrates produced from bracatinga were also less accessible to enzymatic hydrolysis than those produced from eucalypt chips, regardless of the use of an acid catalyst.<br>Duas espécies de angiospermas foram comparadas em relação à suas susceptibilidades ao pré-tratamento por explosão a vapor. De um modo geral, cavacos industriais de Eucalyptus viminalis Labill apresentaram-se mais susceptíveis ao pré-tratamento a vapor do que cavacos derivados de Mimosa scabrella Benth (bracatinga). Tal observação foi baseada em quatro parâmetros de avaliação: rendimento da fração insolúvel em água (fração fibrosa); recuperação de carboidratos na fração aquosa; quantidade liberada de produtos de desidratação de açúcares na fração aquosa; e despolimerização parcial da lignina por hidrólise ácida. O pré-tratamento a 205ºC por 5 min, na ausência de um catalisador ácido, demonstrou ser insuficiente para a hidrólise e solubilização das hemiceluloses presentes na bracatinga. Aproximadamente 30% das xilanas de bracatinga prevalesceram após o pré-tratamento nestas condições, enquanto que cerca de 90% das xilanas de eucalipto foram removidas sob os mesmos padrões de severidade. Da mesma forma, o pré-tratamento de eucalipto resultou em maiores graus de solubilização de glucanas (celulose) a partir dos cavacos, indicando que este tipo de madeira é mais susceptível ao pré-tratamento do que cavacos derivados de bracatinga. A adição de ácido sulfúrico diluído como catalisador do processo aumentou o rendimento de açúcares solúveis na fração aquosa e este efeito foi mais pronunciado no pré-tratamento de cavacos de bracatinga. Finalmente, o componente celulósico dos substratos derivados de bracatinga também apresentou-se menos susceptível à hidrólise enzimática do que aquele presente em substratos pré-tratados a vapor derivados de eucalipto e tal comportamento foi observado independentemente do uso de ácido sulfúrico como catalisador da reação.http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1516-89132000000200009Eucalyptus viminalisMimosa scabrellasteam explosionpretreatmentbioconversion |
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