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Water retention value predicts biomass recalcitrance for pretreated biomass: biomass water interactions vary based on pretreatment chemistry and reflect composition
Cellulose ( IF 4.9 ) Pub Date : 2020-11-03 , DOI: 10.1007/s10570-020-03507-w
Sune Tjalfe Thomsen , Noah D. Weiss , Heng Zhang , Claus Felby

Processing of lignocellulosic biomass is complex due to the heterogeneity of the substrate, but also due to lengthy unit operations, which complicates process control including for enzymatic saccharification. Methods for predicting enzymatic saccharification yield based on the properties of the pretreated biomass would be advantageous to process optimization and control. Biomass-water interaction measurements provide a method for quickly predicting biomass recalcitrance. Correlating water retention value (WRV) and enzymatic saccharification yield (ESY) on pretreated biomass has shown promise, especially when assessing only single biomass types pretreated with one specific chemistry. However, with comparisons between different types of biomasses, predictive powers have been low. We investigate the effect of pretreatment chemistry on the predictive power of WRV, when keeping the biomass static. Wheat straw was pretreated with dilute acid, hydrothermal, or alkaline chemistries at five different temperatures. Furthermore, low field nuclear magnetic resonance was used to measure water constraint in the pretreated materials, to better understand how biomass-water interactions change with pretreatment severity and chemistry. We show that the correlation of WRV and ESY is highly pretreatment dependent, while WRV strongly predicts ESY within each pretreatment chemistry. While ESY and WRV correlated under all chemistries, the direction of the correlations were divergent, suggesting a more complex interplay between recalcitrance and biomass-water interactions. Using T2 relaxation profiles, reductions in hemicellulose composition was related to the decrease in size of the most constrained water population present in the pretreated biomasses for all chemistries, suggesting a new identification of this population of constrained water.



中文翻译:

保水值预测了预处理过的生物质的生物质顽抗性:生物质水的相互作用根据预处理的化学成分而变化并反映出组成

由于底物的异质性,而且由于冗长的单元操作,木质纤维素生物质的处理是复杂的,这使包括酶促糖化的过程控制变得复杂。基于预处理的生物质的特性预测酶促糖化收率的方法将有利于工艺优化和控制。生物质-水相互作用的测量提供了一种快速预测生物质顽固性的方法。将预处理后的生物质的保水值(WRV)和酶促糖化收率(ESY)进行关联已显示出希望,特别是仅评估用一种特定化学试剂预处理的单一生物质类型时。但是,通过对不同类型的生物质进行比较,预测能力很低。当保持生物质静态时,我们研究了预处理化学对WRV的预测能力的影响。小麦秸秆在五个不同温度下用稀酸,水热或碱性化学物质进行了预处理。此外,低场核磁共振被用来测量预处理材料中的水分约束,以更好地了解生物质-水的相互作用如何随着预处理的强度和化学性质而变化。我们显示WRV和ESY的相关性高度依赖预处理,而WRV强烈预测每种预处理化学内的ESY。尽管ESY和WRV在所有化学性质下均具有相关性,但相关性的方向却有所不同,这表明顽固性与生物量-水之间的相互作用更为复杂。使用T 小麦秸秆在五个不同温度下用稀酸,水热或碱性化学物质进行了预处理。此外,低场核磁共振被用来测量预处理材料中的水分约束,以更好地了解生物质-水的相互作用如何随着预处理的强度和化学性质而变化。我们显示WRV和ESY的相关性高度依赖预处理,而WRV强烈预测每种预处理化学内的ESY。尽管ESY和WRV在所有化学性质下均具有相关性,但相关性的方向却有所不同,这表明顽固性与生物量-水之间的相互作用更为复杂。使用T 小麦秸秆在五个不同温度下用稀酸,水热或碱性化学物质进行了预处理。此外,低场核磁共振被用来测量预处理材料中的水分约束,以更好地了解生物质-水的相互作用如何随着预处理的强度和化学性质而变化。我们显示WRV和ESY的相关性高度依赖预处理,而WRV强烈预测每种预处理化学内的ESY。尽管ESY和WRV在所有化学性质下均具有相关性,但相关性的方向却有所不同,这表明顽固性与生物量-水之间的相互作用更为复杂。使用T 低场核磁共振技术用于测量预处理材料中的水分约束,以更好地了解生物量与水之间的相互作用如何随预处理强度和化学性质而变化。我们显示WRV和ESY的相关性高度依赖预处理,而WRV强烈预测每种预处理化学内的ESY。尽管ESY和WRV在所有化学性质下均具有相关性,但相关性的方向却有所不同,这表明顽固性与生物量-水之间的相互作用更为复杂。使用T 低场核磁共振技术用于测量预处理材料中的水分约束,以更好地了解生物量-水之间的相互作用如何随着预处理强度和化学性质的变化而变化。我们显示WRV和ESY的相关性高度依赖预处理,而WRV强烈预测每种预处理化学内的ESY。尽管ESY和WRV在所有化学性质下均具有相关性,但相关性的方向却有所不同,这表明顽固性与生物量-水之间的相互作用更为复杂。使用T 尽管ESY和WRV在所有化学性质下均具有相关性,但相关性的方向却有所不同,这表明顽固性与生物量与水之间的相互作用更为复杂。使用T 尽管ESY和WRV在所有化学性质下均具有相关性,但相关性的方向却有所不同,这表明顽固性与生物量与水之间的相互作用更为复杂。使用T在2个弛豫曲线中,半纤维素组成的减少与所有化学物质在预处理生物质中存在的最大约束水种群的大小减少有关,这表明该约束水种群的新鉴定。

更新日期:2020-11-03
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