Zeitschrift für mikrobielle und biochemische Technologie

Abstrakt

Vergleichende Reaktion und strukturelle Charakterisierung von Zuckerrohr-Bagasse, Stroh und Bagasse-Stroh-1:1-Mischungen, die einer hydrothermalen Vorbehandlung und enzymatischen Umwandlung unterzogen wurden

Rondinele de Oliveira Moutta, Maria Cristina Silva, Roberta Cristina Novaes Reis Corrales, Maria Alice Santos Cerullo, Viridiana Santana Ferreira-Leitao und Elba Pinto da Silva Bon

Durch die Umstellung des nach dem Verbrennen per Hand geernteten Zuckerrohrs auf die maschinelle Ernte von Grünrohr stehen Stroh und Bagasse für die chemische oder biochemische Weiterverarbeitung zur Verfügung, wodurch die Energieeffizienz des Sektors erhöht wird. In dieser Studie wurden Zuckerrohrbagasse, Stroh und eine Bagasse-Stroh-Mischung im Verhältnis 1:1 unter Vergleichsbedingungen einer hydrothermalen Vorbehandlung bei 195 °C für 10 Minuten und einer enzymatischen Umwandlung unterzogen. Wir bewerteten die individuellen Reaktionen der drei verschiedenen Materialien hinsichtlich der Auswirkung der Vorbehandlung auf die Hemizellulose- und Lignin-Extraktion, die Bildung von Furfural und Hydroxymethylfurfural und die enzymatische Verdauung von Zellulose. Die morphologischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften der rohen und vorbehandelten Materialien wurden mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM), Infrarotspektroskopie (FTIR) und Röntgenbeugung (XRD) analysiert. Wir beobachteten eine höhere Hemicelluloseextraktion aus Stroh (93,3 %) im Vergleich zu Bagasse (83,7 %), und der aus Stroh gewonnene Hemicelluloseextrakt enthielt eine höhere Konzentration an Inhibitoren. Für die Bagasse-Stroh-Mischung 1:1 wurden Zwischenwerte für die Hemicelluloseextraktion (88,5 %) und die Inhibitorbildung beobachtet. Die Ausbeute der enzymatischen Cellulosehydrolyse war für Stroh (90,5 %) höher als für Bagasse (68,2 %), während für die Mischung eine Zwischenausbeute von 73,3 % beobachtet wurde. Den SEM-Bildern zufolge veränderte die Vorbehandlung die native Biomasse auf der Ebene der Zellwandstruktur, und folglich war die Anordnung der makromolekularen Komponenten der Zellwand eng mit dem hohen Grad der Hemicelluloseentfernung verbunden. FTIR-Daten zeigten chemische Veränderungen hauptsächlich in OH-, OCH3- und C=O-Gruppen; diese Veränderungen waren im vorbehandelten Stroh am deutlichsten sichtbar. Angepasste Daten für den Kristallinitätsindex deuteten darauf hin, dass die vorbehandelten Materialien eine geringere Kristallinität aufwiesen. Alle Ergebnisse zeigten, dass Stroh eine geringere Widerstandskraft aufwies.