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Strategies for the Cellulosic Ethanol Production by Using High-Concentration Poly(ethylene glycol) in the Pretreatment, Enzymatic Hydrolysis, and Fermentation Steps
BioEnergy Research ( IF 3.6 ) Pub Date : 2021-07-24 , DOI: 10.1007/s12155-021-10306-z
Cleitiane da Costa Nogueira 1 , Carlos Eduardo de Araújo Padilha 1, 2 , Alexande de Araújo Gilherme 1 , Everaldo Silvino dos Santos 1 , Domingos Fabiano Santana de Souza 2 , Jackson Araújo de Oliveira 2
Affiliation  

The addition of poly(ethylene glycol) (PEG) in the pretreatment and enzymatic hydrolysis steps has become attractive to increase second-generation ethanol titers. Recent studies have shown the benefits of using high-concentration PEG on the yeast vitality and enzymatic digestibility of untreated biomass. Thus, this study investigated the ideal concentration of PEG in the second-generation ethanol production and the best step to add it. In the acid pretreatment, PEG 4000 favored the delignification (59.2%) and reduced the non-productive adsorption of cellulases onto corn cob, but its use was not significant on the sodium carbonate–based pretreatment. Changes in PEG dosage and PEG molecular weight strongly affected the performance of enzymatic hydrolysis and simultaneous saccharification and fermentation (SSF). PEG 4000 (150 g/L) increased the production of reducing sugars by up to 30.1% and the ethanol production via SSF by up to 44.7% from untreated corn cob. In turn, PEG slightly affected the enzymatic digestibility and fermentability of the pretreated corn cob. One-pot ethanol production from corn cob was performed using PEG as an additive. The addition of 150 g/L PEG 1500 and PEG 4000 increased the ethanol yield values (> 52%) in the one-pot processes; however, the ethanol concentration was lower than in the experiments with the pretreated corn cob. SSF experiments with high solid loadings were tested using PEG 1500. Under these conditions, PEG 1500 slightly increased ethanol production, from 53.4 to 55.7 g/L ethanol (equivalent to 92.8% ethanol yield) using 20% (w/v) acid-pretreated corn cob.



中文翻译:

在预处理、酶水解和发酵步骤中使用高浓度聚乙二醇生产纤维素乙醇的策略

在预处理和酶水解步骤中添加聚(乙二醇)(PEG)已成为提高第二代乙醇滴度的有吸引力的方法。最近的研究表明,使用高浓度 PEG 对未处理生物质的酵母活力和酶消化率有好处。因此,本研究调查了第二代乙醇生产中 PEG 的理想浓度以及添加它的最佳步骤。在酸预处理中,PEG 4000 有利于脱木素 (59.2%) 并减少纤维素酶在玉米芯上的非生产性吸附,但其在基于碳酸钠的预处理中的使用不显着。PEG 用量和 PEG 分子量的变化强烈影响酶水解和同步糖化发酵 (SSF) 的性能。PEG 4000 (150 g/L) 使未经处理的玉米芯的还原糖产量提高了 30.1%,通过 SSF 的乙醇产量提高了 44.7%。反过来,PEG 对预处理玉米芯的酶消化率和发酵能力有轻微影响。使用 PEG 作为添加剂从玉米芯中进行一锅乙醇生产。加入 150 g/L PEG 1500 和 PEG 4000 提高了一锅法乙醇产率值(> 52%);然而,乙醇浓度低于预处理玉米芯的实验。使用 PEG 1500 测试了具有高固体负载的 SSF 实验。在这些条件下,使用 20% (w/v) 酸预处理的 PEG 1500 略微增加了乙醇产量,从 53.4 到 55.7 g/L(相当于 92.8% 乙醇产率)玉米芯。1%,未经处理的玉米芯通过 SSF 生产的乙醇最多可提高 44.7%。反过来,PEG 对预处理玉米芯的酶消化率和发酵能力有轻微影响。使用 PEG 作为添加剂从玉米芯中进行一锅乙醇生产。加入 150 g/L PEG 1500 和 PEG 4000 提高了一锅法乙醇产率值(> 52%);然而,乙醇浓度低于预处理玉米芯的实验。使用 PEG 1500 测试了具有高固体负载的 SSF 实验。在这些条件下,使用 20% (w/v) 酸预处理的 PEG 1500 略微增加了乙醇产量,从 53.4 到 55.7 g/L(相当于 92.8% 乙醇产率)玉米芯。1%,未经处理的玉米芯通过 SSF 生产的乙醇最多可提高 44.7%。反过来,PEG 对预处理玉米芯的酶消化率和发酵能力有轻微影响。使用 PEG 作为添加剂从玉米芯中进行一锅乙醇生产。加入 150 g/L PEG 1500 和 PEG 4000 提高了一锅法乙醇产率值(> 52%);然而,乙醇浓度低于预处理玉米芯的实验。使用 PEG 1500 测试了具有高固体负载的 SSF 实验。在这些条件下,使用 20% (w/v) 酸预处理的 PEG 1500 略微增加了乙醇产量,从 53.4 到 55.7 g/L(相当于 92.8% 乙醇产率)玉米芯。PEG 对预处理玉米芯的酶消化率和发酵性有轻微影响。使用 PEG 作为添加剂从玉米芯中进行一锅乙醇生产。加入 150 g/L PEG 1500 和 PEG 4000 提高了一锅法乙醇产率值(> 52%);然而,乙醇浓度低于预处理玉米芯的实验。使用 PEG 1500 测试了具有高固体负载的 SSF 实验。在这些条件下,使用 20% (w/v) 酸预处理的 PEG 1500 略微增加了乙醇产量,从 53.4 到 55.7 g/L(相当于 92.8% 乙醇产率)玉米芯。PEG 对预处理玉米芯的酶消化率和发酵性有轻微影响。使用 PEG 作为添加剂从玉米芯中进行一锅乙醇生产。加入 150 g/L PEG 1500 和 PEG 4000 提高了一锅法乙醇产率值(> 52%);然而,乙醇浓度低于预处理玉米芯的实验。使用 PEG 1500 测试了具有高固体负载的 SSF 实验。在这些条件下,使用 20% (w/v) 酸预处理的 PEG 1500 略微增加了乙醇产量,从 53.4 到 55.7 g/L(相当于 92.8% 乙醇产率)玉米芯。52%) 在一锅法中;然而,乙醇浓度低于预处理玉米芯的实验。使用 PEG 1500 测试了具有高固体负载的 SSF 实验。在这些条件下,使用 20% (w/v) 酸预处理的 PEG 1500 略微增加了乙醇产量,从 53.4 到 55.7 g/L(相当于 92.8% 乙醇产率)玉米芯。52%) 在一锅法中;然而,乙醇浓度低于预处理玉米芯的实验。使用 PEG 1500 测试了具有高固体负载的 SSF 实验。在这些条件下,使用 20% (w/v) 酸预处理的 PEG 1500 略微增加了乙醇产量,从 53.4 到 55.7 g/L(相当于 92.8% 乙醇产率)玉米芯。

更新日期:2021-07-24
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