小规模OrganoCat加工筛选油菜秸秆高效木质纤维素分离gydF4y2Ba

1介绍gydF4y2Ba

使用农业残留物为原料生产化工、材料、燃料显示一个有前途的替代传统的路线是从石油等不可再生资源。不同的农业废弃物,如麦秸(gydF4y2BaRuiz et al ., 2013gydF4y2Ba)、稻草(gydF4y2BaSatlewal et al ., 2018gydF4y2Ba),玉米秸秆(gydF4y2Ba朱et al ., 2009gydF4y2Ba)、亚麻shives (gydF4y2Ba帕森斯et al ., 2013gydF4y2Ba)、甘蔗蔗渣(gydF4y2Ba维埃拉et al ., 2020gydF4y2Ba),空果串(gydF4y2Ba格兰德et al ., 2019gydF4y2Ba)、菠萝纤维(gydF4y2BaBanerjee et al ., 2022gydF4y2Ba)等,研究了在过去的几十年作为燃料来源,化学和材料生产。gydF4y2Ba

油菜籽(gydF4y2Ba芸苔属植物显著gydF4y2Ba)历来是种植生产动物饲料和人类食用的植物油。但在过去的几十年里,越来越分数的菜籽油被用作生物柴油生产原料(gydF4y2Ba迪亚兹et al ., 2010gydF4y2Ba)。菜籽油的生产也会产生大量的油菜秸秆。这些木质的茎可以有1 - 4厘米直径和高度约为1.5米。稻草是不适合牛饲料,因此经常在田间土壤养分重返(gydF4y2Ba斯瓦德et al ., 2015gydF4y2Ba)。芸苔属植物物种有非常不同的细胞壁结构相比,单子叶植物植物(gydF4y2BaYokoyama Nishitani, 2004gydF4y2Ba),在这些物种中,存在相当大的基因型变异影响细胞壁表型,因此木质纤维素成分(gydF4y2Ba木头et al ., 2015gydF4y2Ba)。的上下文中处理木质纤维素对化工、材料、燃料的这些变化可能会影响流程效率和收益率(gydF4y2Ba木头et al ., 2015gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

预处理过程是一个重要的一步利用木质纤维素,因为顽固的衬底形成物理化学性质障碍对进一步转换步骤(gydF4y2Ba斯瓦德et al ., 2015gydF4y2Ba)。为后续转换提高可访问性,提出了不同的预处理方法。油菜秸秆处理不同的技术,如蒸汽爆炸(gydF4y2Ba木头et al ., 2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba邓et al ., 2020gydF4y2Ba)、热液(gydF4y2Ba迪亚兹et al ., 2010gydF4y2Ba;gydF4y2Ba王et al ., 2016gydF4y2Ba),碱(gydF4y2Ba斯瓦德et al ., 2015gydF4y2Ba)和酸治疗(gydF4y2Ba宋啊,2011gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

最近,努力走向技术可以使一个完整的稳定物价的木质纤维素从而增加经济可行性和减少生态足迹(gydF4y2Ba昌德尔et al ., 2018gydF4y2Ba)。Organosolv-like技术就是这样的例子。其中,两相的方法使用稀释酸很有前途的,结合疗效和退化由于其温和的反应条件和较低gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba提取木质素的活性稀释酸阶段(gydF4y2BaSakdaronnarong et al ., 2016gydF4y2Ba;gydF4y2BaSakdaronnarong et al ., 2018gydF4y2Ba)。OrganoCat利用这种两相的系统。相比其他两相的方法,OrganoCat过程使用一个生物溶剂和催化剂。工艺条件的选择,以便达成妥协的质量和数量之间分离的组件。这种方式,可以分离而糖降解木质纤维素的腐殖质是保持到最低限度,木质素保持更多的原生结构特点,和过程仍然是经济上可行的(gydF4y2Ba格兰德et al ., 2015gydF4y2Ba)。温和的反应条件(125°-160°C, 1 - 3 h)水解无定形非纤维素多糖、木质素提取到2-methyltetrahydrofuran (2-MTHF)。水、溶剂和催化剂可以回收相对容易(gydF4y2Ba格兰德et al ., 2015gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

本研究的目的是建立一个小规模OrganoCat预处理和分馏系统的能力中通量筛选不同的技术条件和不同的样本变量的结构和组成。进一步建立系统是用于屏幕上的一组不同的油菜籽到达并评估他们的表现在OrganoCat预处理和分离。gydF4y2Ba

2材料和方法gydF4y2Ba

2.1材料gydF4y2Ba

如果没有显示否则,化学品购买从卡尔·罗斯和Sigma-Aldrich(德国)和使用前未经纯化。gydF4y2Ba

14油菜籽登记入册(补充)选择的集合Pre-Breed收益率项目(gydF4y2BaPflanzenforschung,德,2022年gydF4y2Ba),表现出高的基因型和表型多样性。选择登记入册是生长在一个领域网站50°54′33.5 N 6°24′48.5 E附近的生物和地质研究所Forschungszentrum j在2018年的夏季学期。他们收获完全成熟的成长阶段,长20厘米茎段直接低于分支段选择。的材料是干7天在85°C恒重。gydF4y2Ba

对于小规模的建立过程系统,(RAUCHERGOLD山毛榉材材料gydF4y2Ba^®gydF4y2Ba青年队,德国)和稻草从商业油籽行,这是生长在两个不同的地点附近Forschungszentrum j和下面提到油菜籽1或2,这取决于位置。gydF4y2Ba

所有生物材料使用实验室锤式粉碎机磨米400 (30 s−1, 2分钟,Retsch,德国)粒度小于1厘米,均相在一个很多,直到进一步使用和储存在室温下。gydF4y2Ba

2.2微尺度OrganoCat系统gydF4y2Ba

标准OrganoCat分馏由暂停在5毫升水相(500毫克生物量。1 M草酸)和5 mL有机相(2-MTHF),放置在一个不锈钢反应堆。反应堆与10条氩和加压加热到140°C,保持这个温度3 h和搅拌盘磁铁的旋转速度设置为1500 rpm。反应堆冷却和减压后,产生的阶段被放置在一个50毫升猎鹰管(Sigma-Aldrich、德国)和离心5分钟在14000 rpm更好的相分离。然后,有机相分离使用注射器,2-MTHF恢复木质素部分蒸发。水相过滤,储存在−4°C进行进一步分析。剩下的纸浆用蒸馏水洗净,直到达到中性pH值和空气干燥至恒重(gydF4y2Ba斯坦等生效。2011gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

根据这个过程,微尺度是建立一个评估媒介系统吞吐量。硼硅玻璃小瓶(4毫升,45.0×14.5毫米,CS-Chromatographie服务,德国)含有100毫克的生物量。然后,1毫升水。1 M草酸和1毫升2-MTHF和微型磁性搅拌棒(L 6毫米,卡尔·罗斯,德国)被添加。瓶是紧闭的top-silicone聚丙烯隔膜螺钉帽(CS-Chromatographie服务,德国)。一组10瓶/批处理的油浴锅放入表示条件(125°C 6 h / 140°C 3 h反应时间)。搅拌的转速板磁铁用在反应时间被设置为550 rpm。gydF4y2Ba

成功率估计微尺度系统的验证和被定义为反应完成后显示的数量在总反应时间反应测试,在百分比。gydF4y2Ba

连接建立后,微尺度OrganoCat筛查是在油菜籽进行登记入册一式三份。温度和反应时间不同的覆盖范围从最优最优条件。最温和的条件下应用是125°C, 1 h反应时间,其次是125°C 3 h和140°C 1 h。恶劣的条件下,先前建立的最优OrganoCat处理,140°C 3 h (gydF4y2Baweiden et al ., 2020gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

2.3木质纤维素分析gydF4y2Ba

分析进行了一式三份。如前所述(执行湿化学分析gydF4y2BaJablonowski et al ., 2017gydF4y2Ba;gydF4y2Ba格兰德et al ., 2019gydF4y2Ba)。总之,alcohol-insoluble残留物被提取后准备(空气)和乙醇(70%,v / v),三次与氯仿:甲醇溶液(1:1,v / v),一旦与丙酮。然后,从剩余颗粒淀粉被酶消化淀粉转葡糖苷酶和α-amylase (Megazyme,爱尔兰)。其余de-starched空气(dAIR)是用水洗和丙酮、3次,分别在室温下晾干。所有与dAIR进行了分析。结晶纤维素(CrC)内容由删除非纤维素物质Updegraff试剂和水解残渣与硫酸(72%,v / v)。剩余的碳水化合物是由蒽酮分光光度测量的文章。总醋酸含量是由使皂化dAIR生物量为0.5 M氢氧化钠1 h,中和1 M盐酸。总醋酸含量是决定保持酶的使用工具包(醋酸工具包K-ACETRM、Megazyme、爱尔兰)。木质素决心使用乙酰溴化(AcBr)溶木质素的方法。 First acetyl bromide solution (25%, v/v) was added and left shaking for 3 h at 50°C. Then, 2 M NaOH, 0.5 M hydroxylammonium chloride, and glacial acetic acid were added. AcBr-soluble lignin was determined spectrophotometrically using Kraft lignin as an external standard. Non-cellulosic polysaccharides were determined by hydrolysis with trifluoroacetic acid (TFA), and then high-performance anion-exchange chromatography with pulsed amperometric detection (HPAEC-PAD).

2.4分析OrganoCat产品流gydF4y2Ba

反应完成后,玻璃小瓶被冷却到室温。阶段被转移到一个2毫升埃普多夫管,在max离心机7分钟。rpm更好的分化。考虑到小浓度处理,只有500µL的有机相(包含2-MTHF和木质素),和木质素被旋转蒸发分离(Heidolph仪器GmbH & CO . KG,德国)。剩下的上层清液与果肉分离,使离心两次5分钟在14000 rpm。这水相是储存在−4°C进行进一步分析。纸浆用蒸馏水洗净,离心机在马克斯rpm为5分钟,直到中性ph随后,晾干在65°C至恒重。gydF4y2Ba

纸浆和重量分析地木质素收率。纸浆产量计算从纸浆和初始生物量干重的比值。gydF4y2Ba

木质素总收益的稀释系数2-MTHF估计,作为有机溶剂的一小部分可能会丢失或溶解在水相,考虑样本方法。5毫升来自整个有机相(gydF4y2Ba补充表S1gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

水解液中单糖组成的高效阴离子交换色谱测定与脉冲电流检测(HPAEC-PAD)。糖产量之间的差异被称为单糖的总量在未经处理的油菜(组织分数)和总成分的水解生物质预处理。gydF4y2Ba

进一步分析纸浆进行如2.4节所述,从纸浆材料代替dAIR。纸浆的浓缩纤维素(CE)决定基于CrC内容未经处理和预处理生物质之间的差异。gydF4y2Ba

2.5统计分析gydF4y2Ba

皮尔逊相关性(gydF4y2BapgydF4y2Ba> . 05)治疗与治疗参数。正常没有假设,和非参数数据的方差分析(Kruskal沃利斯测试,gydF4y2BapgydF4y2Ba> . 05)进行了解OrganoCat处理油菜籽到达之间的影响,以及几个OrganoCat条件之一。热图是建立基于CE的规范化数据,糖产量,木质素收益率(有机相)。min-max归一化方程,其中X是均值,XgydF4y2Ba_{最小值gydF4y2Ba}最小值和X吗gydF4y2Ba_{马克斯gydF4y2Ba}是一个数据集的最大价值。gydF4y2Ba

进行了主成分分析(PCA)使用所有获得生化参数(gydF4y2Ba补充表S6gydF4y2Ba)。IBM SPSS统计分析是由SPSS统计v25.0 (2017)。gydF4y2Ba

3结果与讨论gydF4y2Ba

3.1建立小规模OrganoCat系统gydF4y2Ba

实现一个系统,允许更高的吞吐量和处理小样本比标准的反应堆系统(gydF4y2Ba格兰德et al ., 2015gydF4y2Ba)一个小规模的设置(名叫马丁)能够处理多个样本和样本数量少同时成立(gydF4y2Ba图1gydF4y2Ba)。相同的参数用于标准反应堆OrganoCat执行这个系统(100 g / L生物质加载,1:1的比例水相/有机相,草酸。1米,2-MTHF有机相)。这个系统的初步建立,研磨山毛榉材材料使用。为进一步的实验选择合适的设置,微尺度最优OrganoCat条件系统测试,之前定义(gydF4y2Ba格兰德et al ., 2015gydF4y2Ba):125°C 6 h反应时间(gydF4y2Ba补充表S2gydF4y2Ba)和140°C 3 h。在微尺度系统中,77.8%的反应成功(100毫克生物量、2毫升。1 M草酸(aq): 2-MTHF(1:1,卷:卷)在125°C 6 h和95.8%在140°C 3 h。鉴于这个系统失败的可能性小于5%,微尺度系统在140°C 3 h与油菜基因型用于进一步的分析。gydF4y2Ba

当时马丁系统评估有关的收益率(纸浆和木质素收益率)和获得纸浆特性(CrC、AcBr木质素和乙酰基)两个上述的条件。这些结果与标准获得的反应堆系统在140°C 3 h(500毫克生物质加载,5毫升水相)来验证它根据这个设置。类似的纸浆产量被发现,从54.1%到55.2%不等的初始生物量在所有系统(标准反应堆和马丁在两种情况下)。展出了一个稍低木质素产生马丁在125°C 6 h (gydF4y2Ba补充表S2gydF4y2Ba)。纸浆的浓缩纤维素OrganoCat处理后实现了加工条件这是证明了CrC值相似,AcBr木质素,乙酰基在所有三个系统。进一步的实验,140°C 3 h(反应时间被选为马丁设置(gydF4y2Ba补充表S2gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

建立设置然后转移到油菜籽材料对不同类型的生物质测试它的鲁棒性。马丁设置用于过程两种不同样品的油菜秸秆从商业油籽行收获来自两个不同的位置(称为油菜籽1和2),再根据标准进行验证反应器模式(gydF4y2Ba图2gydF4y2Ba)。纸浆和木质素收益率不同模式之间的相似。后enriched-cellulose纸浆生产OrganoCat处理和马丁(AcBr木质素含量略低gydF4y2Ba补充表S3gydF4y2Ba)。这些研究结果也证明了小系统在选定的条件下的有效性。这个设置进一步用于调查表型差异是否细胞壁14油菜籽行导致处理性能的差异。gydF4y2Ba

3.2细胞壁的化学表征特性在油菜籽登记入册gydF4y2Ba

稻草的14油菜籽样品线的特点是他们的生化细胞壁的特性。确定的特征是结晶纤维素含量(CrC),乙酰基、乙酰溴木质素(AcBr木质素)和总糖(由TFA分数)毫克/毫克de-starched酒精的百分比不溶残渣(dAIR)生物量。一个完整数据集的组成细节给出补充(gydF4y2Ba补充表S4, S5gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

在不同的登记入册,结晶纤维素变化从38.32%提高到46.70%,细胞壁的主要成分。最低的CrC内容被发现gydF4y2Ba我体内gydF4y2Ba和最高的gydF4y2Ba萨凡纳gydF4y2Ba。乙酰基变化在2.01%和4.29%之间,最低内容被发现的地方gydF4y2BaChousenshugydF4y2Ba和最高的gydF4y2Ba萨凡纳gydF4y2Ba。AcBr木质素介于28.84% (gydF4y2Ba没有一个gydF4y2Ba)和36.50% (gydF4y2Ba眼镜蛇gydF4y2Ba)。有趣的是在所有行,乙酰基含量高与低木质素值(gydF4y2Ba表1gydF4y2Ba)。至于半纤维素部分,这里定义为组织的可溶性糖,可溶性总糖含量在21.49% (gydF4y2Ba眼镜蛇gydF4y2Ba)到35.89% (gydF4y2BaChousenshugydF4y2Ba)。葡萄糖和木糖比率计算基于组织分数总多糖含量。结果表明,戊糖(CgydF4y2Ba5gydF4y2Ba)主要糖略超过己糖(CgydF4y2Ba6gydF4y2Ba木糖是最突出的糖),贡献了大约一半的总糖水解组织组成,在以前的研究中已经描述(gydF4y2Ba达姆et al ., 2017gydF4y2Ba;gydF4y2Baweiden et al ., 2020gydF4y2Ba)。其次是葡萄糖和其他仅有少量的糖。甘露糖不能设置在我们的分析中发现,因为不可能歧视从木糖的离子色谱法。葡萄糖比例与木糖比率负相关(皮尔森=−.92点,gydF4y2BapgydF4y2Ba< . 05)。gydF4y2BaAbukama NatanegydF4y2BaC最高gydF4y2Ba5gydF4y2BaC:gydF4y2Ba6gydF4y2Ba内容,而gydF4y2Ba快速gydF4y2Ba已经是最低的。这里的生化特征反映了一般的先前的研究结果描述gydF4y2Ba芸苔属植物gydF4y2Ba物种(gydF4y2Ba木头et al ., 2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba裴et al ., 2016gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

分类和识别相似性的数据行根据其细胞壁成分,进行主成分分析(gydF4y2Ba图3gydF4y2Ba12)使用一组标准化的参数(gydF4y2Ba补充表S6gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba图3一gydF4y2Ba描绘了许多情节在第一个三个组件解释方差的61.2%面板。gydF4y2Ba图3 bgydF4y2Ba显示了加载块参数使用的组件中的每个参数C1, C2, C3。C1和C2,最相关的参数来自多糖基质成分。C1′年代最重要的特性是组织中葡萄糖含量比例其次是阿拉伯糖和海藻糖。在C2总糖和木糖的含量,在这个分数是最突出的糖的主导因素。第三个组件C3是由CrC,其次是乙酰基和葡萄糖醛酸作为最重要的因素。有趣的是,木质素含量由AcBr溶木质素并不突出的特性来区分的。完整的数据集的分析给出补充(gydF4y2Ba补充表S5gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

进一步组织油菜籽行根据他们的细胞壁表征,揭示三大集群执行层次聚类。第一个包括gydF4y2BaAbukama NatanegydF4y2Ba,gydF4y2Ba眼镜蛇gydF4y2Ba,gydF4y2BaH048,gydF4y2Ba和gydF4y2BaWotangydF4y2Ba。而gydF4y2Ba活泼的我gydF4y2Ba,gydF4y2Ba向gydF4y2Ba,gydF4y2Ba萨凡纳gydF4y2Ba,gydF4y2BaS39,gydF4y2Ba和gydF4y2Ba没有一个gydF4y2Ba由第二个集群。第三个集群是由gydF4y2BaDarmorgydF4y2Ba和gydF4y2BaGoeS4gydF4y2Ba。三行,即gydF4y2BaChousenshugydF4y2Ba,gydF4y2Ba阿拉斯加gydF4y2Ba,gydF4y2Ba快速gydF4y2Ba没有任何集群的一部分,作为个体出现。gydF4y2Ba

组内的总体方差检测到并不是很高。表型差异的表现分析给人一个印象的细胞壁成分。在接下来的实验中,它是调查是否这些表型不同执行不同的木质纤维素预处理和分离方法使用建立小规模OrganoCat系统。gydF4y2Ba

3.3 OrganoCat油菜秸秆的处理gydF4y2Ba

预处理后的反应14油菜籽,平均纤维素纸浆的浓缩,糖,和木质素产生决心为每一行。在gydF4y2Ba图4gydF4y2Ba这些结果描述预处理的易感性不同的反应条件。纤维素浓缩(CE)显示一个相对增加纸浆纤维素含量比未经处理的生物量。糖产量指示的糖水解反应过程中,木质素产生被称为固体的量从有机相分离(gydF4y2Ba补充表S7gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

预处理加工性能差异的观察条件逐渐发生了变化。一般来说,温和OrganoCat条件导致提取收益率下降gydF4y2Ba,gydF4y2Ba而更严重的条件下增加了产量,但根据油菜籽线预处理的有效性的差异可以观察到。gydF4y2BaH048gydF4y2Ba,gydF4y2Ba活泼的我gydF4y2Ba,gydF4y2BaWotan,gydF4y2Ba和gydF4y2Ba阿拉斯加gydF4y2Ba似乎更容易OrganoCat治疗甚至表现出更高的产品收益率较低的清规戒律。gydF4y2BaDarmorgydF4y2Ba,gydF4y2BaS39,gydF4y2Ba和gydF4y2Ba萨凡纳gydF4y2Ba展出的最高程度相当大的产品产量。总的来说,水解糖明显增加严重性增加,表明更大的预处理效果。早期的研究已经描述,去除半纤维素是油菜籽预处理中最重要的步骤之一,将导致改进进一步转换(gydF4y2Ba木头et al ., 2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba裴et al ., 2016gydF4y2Ba)。因此,条件导致很高的糖产量显示完整的油菜生物量稳定物价。gydF4y2Ba

详细调查的影响OrganoCat剩余浆预处理,6行被选中是因为他们对比性能在不同的反应条件。gydF4y2BaAbukama Natane,眼镜蛇,gydF4y2Ba和gydF4y2Ba萨凡纳gydF4y2Ba选择,因为他们似乎更顽固的,gydF4y2Ba阿拉斯加,快速,gydF4y2Ba和gydF4y2Ba活泼的我gydF4y2Ba对OrganoCat更容易。gydF4y2Ba

3.4生化特性OrganoCat纸浆gydF4y2Ba

CrC六选定的线路进行了分析,AcBr木质素、乙酰基、可溶性总糖含量(组织分数)。所有功能测定的四个不同的清规戒律OrganoCat预处理(gydF4y2Ba图5gydF4y2Ba,gydF4y2Ba补充表S8gydF4y2Ba)。在gydF4y2Ba图5一个gydF4y2Ba,有明显增加的趋势从未经处理的材料OrganoCat预处理CrC内容。最大的浓缩纤维素展gydF4y2Ba我体内gydF4y2Ba,增加从38.3 wt。61.4 wt %在未经处理的材料。% OrganoCat纸浆材料的最严厉的条件,而在gydF4y2Ba眼镜蛇gydF4y2Ba从46.1 wt %在未经处理的材料。65.5 wt %的纸浆。与此同时,gydF4y2BaAbukama NatanegydF4y2Ba展品最低的纤维素浓缩,从42.3 wt %在未经处理的材料。49.1 wt %的纸浆。然而,在125°C, 3 h纸浆中的CrC内容仍然是几乎相同的。观察到类似的趋势gydF4y2Ba快速gydF4y2Ba和gydF4y2Ba萨凡纳gydF4y2Ba在125°C OrganoCat预处理后,3 h。这可能是由于糖的存在来源于半纤维素(gydF4y2Ba图5 dgydF4y2Ba),可能会阻碍纤维素的浓缩。这种情况已经被描述为稀释酸或水热预处理的油菜籽材料(gydF4y2Ba裴et al ., 2016gydF4y2Ba;gydF4y2Ba斯瓦德,Brannvall Edlund, 2017gydF4y2Ba;gydF4y2Ba邓et al ., 2020gydF4y2Ba)。两线呈现出高半纤维素含量(组织分数)相比其他行。gydF4y2Ba阿拉斯加gydF4y2Ba表现出最高的CrC内容已经在中等程度或多或少不变。gydF4y2Ba

de-lignification过程中显示选中的登记入册gydF4y2Ba图5 bgydF4y2Ba,减少AcBr木质素含量对预处理后显示所有行。原料的纸浆纤维素明显不如浓缩,尤其是不同OrganoCat条件,证实木质素去除从油菜生物量是困难的(gydF4y2Ba宋啊,2011gydF4y2Ba;gydF4y2Ba裴et al ., 2016gydF4y2Ba;gydF4y2Ba邓et al ., 2020gydF4y2Ba)。AcBr木质素含量逐步下降,尤其是纸浆中观察到gydF4y2Ba快速gydF4y2Ba和gydF4y2Ba萨凡纳gydF4y2Ba,以及gydF4y2BaAbukama NatanegydF4y2Ba。然而,后者提出了几乎没有改变在温和的条件下与未经处理的材料相比,但有一个相当大的减少在严酷的条件下(140°C, h, 140°C, 3 h),强调在更高的清规戒律的去除木质素浆效率更高。gydF4y2Ba眼镜蛇gydF4y2Ba和gydF4y2Ba活泼的我gydF4y2Ba现在的最高浓缩纤维素,展览几乎没有改变木质素含量在不同的严重程度,从24.7到23.2 wt %在温和条件26.9和27.9 wt %最严厉的条件,分别。gydF4y2Ba阿拉斯加gydF4y2Ba展品最低AcBr木质素含量下降,显示更明显减少在温和条件但几乎没有改变更严厉的条件。因此,gydF4y2Ba阿拉斯加gydF4y2Ba可能是一个有趣的候选人OrganoCat-based处理在温和的反应条件和更详细地研究未来的实验。gydF4y2Ba

乙酰基预处理后的程度决定的gydF4y2BaOgydF4y2Ba乙酰化作用,与半纤维素的解聚(gydF4y2Baweiden et al ., 2020gydF4y2Ba)。根据,有一个明确的乙酰基含量大幅度降低所有预处理后登记入册(gydF4y2Ba图5 cgydF4y2Ba)。de-acetylation在最高gydF4y2Ba快速gydF4y2Ba在未经处理的材料,减少从4.1 wt % 1.5 wt %,和gydF4y2Ba我体内gydF4y2Ba从3.9 wt % 1.7 wt %。gydF4y2Ba眼镜蛇gydF4y2Ba最低de-acetylation过程。gydF4y2Ba

总糖的半纤维素(组织分数)的所有登记入册de-acetylation(遵循类似的模式gydF4y2Ba图5 dgydF4y2Ba)。总糖含量表现出衰退。这些研究结果支持先前的研究(gydF4y2Ba格兰德et al ., 2019gydF4y2Ba;gydF4y2Baweiden et al ., 2020gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

总计(gydF4y2Ba图6gydF4y2Ba),有明显的纤维素纸浆浓缩的所有条件,但统计上显著差异(gydF4y2BapgydF4y2Ba< . 05)之间的未经处理的生物量和OrganoCat纸浆只是观察到更高的清规戒律。de-lignification过程应用反应条件下似乎不太突出。这也被描述在其他研究(gydF4y2Ba木头et al ., 2015gydF4y2Ba;gydF4y2Ba邓et al ., 2020gydF4y2Ba)。同样,de-acetylation过程本质上更严厉的条件下发生的。只有显著差异(gydF4y2BapgydF4y2Ba< . 05)之间的治疗和最严厉的条件。可溶性总糖含量的减少(组织分数),因此半纤维素解聚作用最显著的变化,但从力学上看还在预处理中最重要的一个。的非纤维素糖使纤维素在某种程度上浓缩和木质素提取。但结果也表明,纸浆的纯洁的进一步细化后续转换步骤是必要的(gydF4y2Ba体育et al ., 2005gydF4y2Ba;gydF4y2Ba宋啊,2011gydF4y2Ba;gydF4y2Ba张,2018gydF4y2Ba;gydF4y2BaSharma et al ., 2019gydF4y2Ba;gydF4y2Ba邓et al ., 2020gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

3.5相关分析gydF4y2Ba

总的来说,我们发现趋势纸浆特性的基础上选定的油菜籽登记入册(gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba)。皮尔逊相关性建立测试任何未经处理的生物化学特性之间的关系。同样,相关性是纸浆的化学特性,在最温和最严厉的条件。红圈中所示正相关性,用蓝色和消极。圆的大小反映了相关因子的值r .然而,大多数相关性展出gydF4y2BapgydF4y2Ba值大于0。。gydF4y2Ba

在未经处理的生物量(gydF4y2Ba图7gydF4y2Ba)、CrC和非纤维素多糖中糖(组织分数)表现出正相关。鉴于在生物质CrC含量较高,糖含量越高半纤维素的分数。而乙酰基负相关和CrC AcBr木质素。生物质是柔和OrganoCat预处理后温和条件(gydF4y2Ba图7 bgydF4y2Ba),大多数测量特性之间的相关性显示相同的趋势。一个显著相关(gydF4y2BapgydF4y2Ba< . 05)之间被发现AcBr木质素和单糖含量(组织分数)。在最严酷的预处理得到的纸浆(gydF4y2Ba图7 cgydF4y2Ba),这些相关性减弱。只对CrC AcBr木质素,发现有很强的正相关关系(gydF4y2BapgydF4y2Ba< . 05)。gydF4y2Ba

从整体的角度来看,我们观察到的转变相关预处理前后的化学特性。化学特性在纸浆在温和条件下表现出类似的模式的相关性是未经处理的生物量。然而,在最严酷的条件下,相关性成为几乎零除了CrC和AcBr木质素。这种转变可能表明在温和OrganoCat严重结构性变化更重要和半纤维素和木质素的去除似乎更多。相反,在更大的程度,纸浆变得不那么相关的测量特性和OrganoCat预处理可以更有效地克服不同基质的固执。gydF4y2Ba

然而,深入的分析需要详细了解的化学特性影响通过OrganoCat纸浆生产。这里的多通道分析表明在油菜籽预处理hemicellulosic因素的重要性。OrganoCat处理提取木质素进入有机相。因此,纸浆de-lignification预计,和可以观察到的反应,但化学和相关分析指出这是一个不太突出因素在选择的条件下。必须指出,木质素含量的方差检验油菜籽集不是足够高。它也被描述,木质素成分(愈创木基内容)更重要的是稀酸预处理的油菜籽比简单的木质素含量(gydF4y2Ba裴et al ., 2016gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba

4结论gydF4y2Ba

小规模OrganoCat系统已经被成功建立。这个系统能够筛选多个小型生物质高效分离样品在不同的反应条件。使用这个系统,一组基因不同的油菜籽行处理。行gydF4y2Ba活泼的我gydF4y2Ba和gydF4y2Ba阿拉斯加gydF4y2Ba确认为非常适合OrganoCat预处理的线,根据他们的收益率和纸浆特性。多糖特性更重要在温和条件而OrganoCat条件发挥了更重要的作用在更严厉的严重性。gydF4y2Ba

数据可用性声明gydF4y2Ba

最初的贡献提出了研究中都包含在这篇文章/gydF4y2Ba补充材料gydF4y2Ba,进一步的调查可以针对相应的作者。gydF4y2Ba

作者的贡献gydF4y2Ba

托拉斯:方法、实验传导;数据评估;原创作品草稿,可视化。PG:方法论、Writing-review和编辑、监督,香港:概念化,Writing-review和编辑,监督资金收购。gydF4y2Ba

资金gydF4y2Ba

执行这项工作的一部分Bioeconomy科学中心(BioSC) PREDIG支持的项目。Bioeconomy科学中心的科学活动是经济支持的创新,科学和研究框架内的北威州Strategieprojekt BioSC(没有。313/323 - 400 - 00213)。gydF4y2Ba

确认gydF4y2Ba

作者要感谢Kerstin内格尔博士Beate Uhlig露西哈里森,米歇尔Reutemann,凡妮莎·哈姆导致收成和材料准备和稻草的湿化学分析。gydF4y2Ba

的利益冲突gydF4y2Ba

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。gydF4y2Ba

出版商的注意gydF4y2Ba

本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。gydF4y2Ba

补充材料gydF4y2Ba

本文的补充材料在网上可以找到:gydF4y2Bahttps://www.雷竞技rebatfrontiersin.org/articles/10.3389/fceng.2023.1098411/full补充材料gydF4y2Ba

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