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Optimization of Cassava Pulp Pretreatment by Liquid Hot Water for Biomethane Production
BioEnergy Research ( IF 3.6 ) Pub Date : 2021-01-03 , DOI: 10.1007/s12155-020-10238-0
Suppanut Varongchayakul , Warinthorn Songkasiri , Pawinee Chaiprasert

Cassava pulp (CP) is considered as a major and low-cost agro-industrial solid byproduct of cassava starch processing, where 48% of starch granules was still entrapped in its complex lignocellulosic matrix of cell wall structure with 21% cellulose and 8% hemicellulose. In this study, the liquid hot water (LHW) pretreatment was aimed to disrupt the cell wall structure of CP and solubilized hemicellulose and starch into saccharides to enhance biomethane production. Reaction conditions of LHW pretreatment, temperature (160–200 °C), and time (0–30 min) were optimized by response surface methodology. LHW pretreatment at 187 °C for 7 min boosted the highest level of starch and hemicellulose solubilization into the liquid phase, resulting in the maximized glucose yield of 444 mg/gCP. Starch and hemicellulose were mostly removed from CP at 99 and 79%, respectively, while 68% cellulose and 10% lignin particularly remained in solid residue. The disrupted cell wall structure and crystalline cellulose after LHW pretreatment were also observed. Microbial inhibitors such as furfural and hydroxymethylfurfural were found in low concentration at 31 and 32 μg/mL, respectively. In addition, there were no lag phase and inhibitory effect during anaerobic digestion of the pretreated CP. Biochemical methane potential of the LHW-pretreated CP showed the methane production rate and methane yield at 1.6 times and 35% higher than that of non-pretreated CP, respectively, by shortening anaerobic digestion time from 22 d to 10 d. It was shown that LHW was an efficient chemical-free method for enhancing biodegradability of CP in conversion to biomethane.



中文翻译:

液体热水预处理木薯浆生产生物甲烷的优化

木薯纸浆(CP)被认为是木薯淀粉加工的主要且低成本的农业工业固体副产物,其中48%的淀粉颗粒仍被困在其复杂的细胞壁结构木质纤维素基质中,其中21%的纤维素和8%的半纤维素。在这项研究中,液体热水(LHW)预处理旨在破坏CP的细胞壁结构,并将半纤维素和淀粉溶解为糖类,以增强生物甲烷的产生。LHW预处理的反应条件,温度(160–200°C)和时间(0–30分钟)通过响应面方法进行了优化。LHW预处理在187°C下进行7分钟可以使淀粉和半纤维素增溶至液相的最高水平,从而使葡萄糖的最大产量达到444 mg / gCP。淀粉和半纤维素大多以99%和79%的比例从CP中去除,分别残留68%的纤维素和10%的木质素。LHW预处理后,还观察到破坏的细胞壁结构和结晶纤维素。发现低浓度的糠醛和羟甲基糠醛等微生物抑制剂的浓度分别为31和32μg/ mL。另外,在预处理的CP的厌氧消化过程中没有滞后阶段和抑制作用。LHW预处理的CP的生化甲烷潜力显示,通过将厌氧消化时间从22 d缩短到10 d,甲烷的生产率和甲烷产率分别比未预处理的CP高1.6倍和35%。结果表明,LHW是一种有效的无化学方法,可增强CP转化为生物甲烷的生物降解能力。而68%的纤维素和10%的木质素特别残留在固体残留物中。LHW预处理后,还观察到破坏的细胞壁结构和结晶纤维素。发现低浓度的糠醛和羟甲基糠醛等微生物抑制剂的浓度分别为31和32μg/ mL。另外,在预处理的CP的厌氧消化过程中没有滞后阶段和抑制作用。LHW预处理的CP的生化甲烷潜力显示,通过将厌氧消化时间从22 d缩短到10 d,甲烷的生产率和甲烷产率分别比未预处理的CP高1.6倍和35%。结果表明,LHW是一种有效的无化学方法,可提高CP转化为生物甲烷的生物降解能力。而68%的纤维素和10%的木质素特别残留在固体残留物中。LHW预处理后,还观察到破坏的细胞壁结构和结晶纤维素。发现低浓度的糠醛和羟甲基糠醛等微生物抑制剂的浓度分别为31和32μg/ mL。另外,在预处理的CP的厌氧消化过程中没有滞后阶段和抑制作用。LHW预处理的CP的生化甲烷潜力显示,通过将厌氧消化时间从22 d缩短到10 d,甲烷的生产率和甲烷产率分别比未预处理的CP高1.6倍和35%。结果表明,LHW是一种有效的无化学方法,可增强CP转化为生物甲烷的生物降解能力。LHW预处理后,还观察到破坏的细胞壁结构和结晶纤维素。发现低浓度的糠醛和羟甲基糠醛等微生物抑制剂的浓度分别为31和32μg/ mL。另外,在预处理的CP的厌氧消化过程中没有滞后阶段和抑制作用。LHW预处理的CP的生化甲烷潜力显示,通过将厌氧消化时间从22 d缩短到10 d,甲烷的生产率和甲烷产率分别比未预处理的CP高1.6倍和35%。结果表明,LHW是一种有效的无化学方法,可提高CP转化为生物甲烷的生物降解能力。LHW预处理后,还观察到破坏的细胞壁结构和结晶纤维素。发现低浓度的糠醛和羟甲基糠醛等微生物抑制剂的浓度分别为31和32μg/ mL。另外,在预处理的CP的厌氧消化过程中没有滞后阶段和抑制作用。LHW预处理的CP的生化甲烷潜力显示,通过将厌氧消化时间从22 d缩短到10 d,甲烷的生产率和甲烷产率分别比未预处理的CP高1.6倍和35%。结果表明,LHW是一种有效的无化学方法,可增强CP转化为生物甲烷的生物降解能力。发现低浓度的糠醛和羟甲基糠醛等微生物抑制剂的浓度分别为31和32μg/ mL。另外,在预处理的CP的厌氧消化过程中没有滞后阶段和抑制作用。LHW预处理的CP的生化甲烷潜力显示,通过将厌氧消化时间从22 d缩短到10 d,甲烷的生产率和甲烷产率分别比未预处理的CP高1.6倍和35%。结果表明,LHW是一种有效的无化学方法,可提高CP转化为生物甲烷的生物降解能力。发现低浓度的糠醛和羟甲基糠醛等微生物抑制剂的浓度分别为31和32μg/ mL。另外,在预处理的CP的厌氧消化过程中没有滞后阶段和抑制作用。LHW预处理的CP的生化甲烷潜力显示,通过将厌氧消化时间从22 d缩短到10 d,甲烷的生产率和甲烷产率分别比未预处理的CP高1.6倍和35%。结果表明,LHW是一种有效的无化学方法,可提高CP转化为生物甲烷的生物降解能力。通过将厌氧消化时间从22 d缩短到10 d,比未预处理的CP分别高6倍和35%。结果表明,LHW是一种有效的无化学方法,可提高CP转化为生物甲烷的生物降解能力。通过将厌氧消化时间从22 d缩短到10 d,比未预处理的CP分别高6倍和35%。结果表明,LHW是一种有效的无化学方法,可提高CP转化为生物甲烷的生物降解能力。

更新日期:2021-01-03
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