Jung, Hyun jin;Min, Bora;Kim, Seung Ki;Jo, Jae min;Kim, Jin Woo
Korean Chemical Engineering Research
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v.56
no.2
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pp.229-239
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2018
The purpose of this study was to effectively produce the biosugar from cell wall of lipid extracted microalgae (LEA) by using microwave-assisted pretreatment without enzymatic hydrolysis process. Response surface methodology (RSM) was applied to optimization of microwave-assisted pretreatment conditions for the production of biosugar based on enzyme-free process from LEA. Microwave power (198~702 W), extraction time (39~241 sec), and sulfuric acid (0~1.0 mol) were used as independent variables for central composite design (CCD) in order to predict optimum pretreatment conditions. It was noted that the pretreatment variables that affect the production of glucose (C6) and xylose (C5) significantly have been identified as the microwave power and extraction time. Additionally, the increase in microwave power and time had led to an increase in biosugar production. The superimposed contour plot for maximizing dependent variables showed the maximum C6 (hexose) and C5 (pentose) yields of 92.7 and 74.5% were estimated by the predicted model under pretreatment condition of 700 w, 185.7 sec, and 0.48 mol, and the yields of C6 and C5 were confirmed as 94.2 and 71.8% by experimental validation, respectively. This study showed that microwave-assisted pretreatment under low temperature below $100^{\circ}C$ with short pretreatment time was verified to be an effective enzyme free pretreatment process for the production of biosugar from LEA compared to conventional pretreatment methods.
Yoo, Hah-Young;Kim, Sung Bong;Lee, Sang Jun;Lee, Ja Hyun;Suh, Young Joon;Kim, Seung Wook
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2011.11a
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pp.114.1-114.1
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2011
Bioenergy production from lignocellulosic biomass and agriculture wastes have been attracted because of its sustainable and non-edible source. Especially, canola is considered as one of the best feedstock for renewable fuel production. Oil extracted canola and its agriculture residues are reuseable for bioethanol production. However, a pretreatment step is required before enzymatic hydrolysis to disrupt recalcitrant lignocellulosic matrix. To increase the sugar conversion, more efficient pretreatment process was necessary for removal of saccharification barriers such as lignin. Alkaline pretreatment makes the lignocellulose swollen through solvation and induces more porous structure for enzyme access. In our previous work, aqueous ammonia (1~20%) was utilized for alkaline reagent to increase the crystallinity of canola residues pretreatment. In this study, significant factors for efficient soaking in aqueous ammonia pretreatment on canola residues was optimized by using the response surface method (RSM). Based on the fundamental experiments, the real values of factors at the center (0) were determined as follows; $70^{\circ}C$ of temperature, 17.5% of ammonia concentration and 18 h of reaction time in the experiment design using central composition design (CCD). A statistical model predicted that the highest removal yield of lignin was 54% at the following optimized reaction conditions: $72.68^{\circ}C$ of temperature, 18.30% of ammonia concentration and 18.30 h of reaction time. Finally, maximum theoretical yields of soaking in aqueous ammonia pretreatment were 42.23% of glucose and 22.68% of xylose.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.19
no.3
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pp.79-89
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2011
The wasted corn stalk from Gangwon province is composed of 44.6 % glucan, 19.0 % xylan, 23.8 % lignin, 4.5 % ash and 8.1 % others. Statistical analysis, full factorial design, revealed that temperature was the most influential factor in the dilute sulfuric acid pretreatment and that the influence of temperature on xylose yield was 3.5 and 3.2 times higher than those of treatment time and acid concentration, respectively. Temperature was also the most influential factor for glucose yield in the pretreatment but it was less than 5 % throughout the pretreatment. Although minor sugar yield was observed when microwave or ultrasonication was solely introduced as a pretreatment method, the complex method incorporating microwave or ultrasonication into dilute sulfuric acid pretreatment enhanced sugar yield significantly. In particular, xylose yield was doubled when microwave and dilute sulfuric acid treatment was sequentially applied. The optimization of pretreatment and enzymatic hydrolysis as well as the investigation on the complex pretreatment in detail are left for further study.
Liberation of fermentable sugars from lignocellulosic biomass is one of the key challenges in production of cellulosic ethanol. Aqueous ammonia cleaves ether and ester bonds in lignin carbohydrate complexes. It is an effective swelling reagent for lignocellulosic biomass. The aqueous ammonia pretreatment selectively reduces the lignin content of biomass. However, at high temperatures, this process solubilizes more than 50% of the hemicellulose in the biomass. Here we conducted a SAA(Soaking in Aqueous Ammonia) process by moderate reaction temperatures at atmospheric pressure using various lignocellulosicbiomass. The optimum condition of this process was 15 wt% of aqueous ammonia at 50 of reaction time during 72 hr. The delignification was up to 60% basis on initial biomass and the enzymatic digestibility was 60-90% for agricultural biomass, respectively.
Ammonia circulation reactor (ACR) was devised for the effective pretreatment of corn stover. This method is designed to circulate aqueous ammonia continuously so that it can reduce the chemical and water consumption during pretreatment. In this study, ammonia pretreatment with various reaction conditions such as reaction time (4~12 hour), temperature ($60{\sim}80^{\circ}C$), and solid:liquid ratio (1:3~1:8) was tested. Chemical compositions including solid remaining after reaction, lignin and carbohydrates were analyzed and enzymatic digestibility was also measured. It was observed that as reaction conditions become more severe, lignin removal was significantly affected, which was in the range of 47.6~70.6%. On the other hands, glucan and xylan losses were not substantial as compared to that of lignin. At all tested conditions, the glucan loss was not changed substantially, which was between 4.7% and 15.2%, while the xylan loss varied, which was between 7.4% and 25.8%. With (15 FPU-GC220+30 CBU)/g-glucan of enzyme loading, corn stover treated using ammonia circulation reactor for 8~12 hours resulted in 90.1~94.5% of 72-h glucan digestibility, which was higher than 92.7% of $Avicel^{(R)}$-101. In addition, initial hydrolysis rate (at 24 hour) of this treated corn stover was 73.0~79.4%, which was shown to be much faster than 69.5% of $Avicel^{(R)}$-101. As reaction time increased, more lignin removal and it was assumed that the enhanced enzymatic digestibility of treated biomass was attributed to the lignin removal.
Herbaceous biomass is easier at chemical conversion than woody biomass. However, pretreatment must be needed because it has substantially lignin. Organsolv is good at fractionation of enzymatic hydrolysis inhibitors such as lignin and it is reusable by distillation when it has low molecular weight. Flow-through process can prevent recondensation of fractionated components and easily separate liquid from the biomass. In this study, the pretreatment was performed for decreasing additional process by using ethanol without catalyst because this process has a lot of operation expense at bio-alcohol production process. Flow-through pretreatment was performed at $150{\sim}190^{\circ}C$ with 30~99.5 wt% ethanol during 20~60 minutes. Also the phsyco-chemical pretreatment was performed for decreasing reaction time and temperature.
Park, Shin Young;Hwang, Hyewon;Jang, SooKyeong;Choi, In Gyu;Choi, JoonWeon
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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v.43
no.3
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pp.344-354
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2015
To investigate the effects of ionic liquid pretreatment on biomass, giant miscanthus was treated with 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate ([Emim][OAc]) and 1-butyl-3-methylimidazolium acetate ([Bmim][OAc]) at three temperature conditions ($90^{\circ}C$, $110^{\circ}C$, and $130^{\circ}C$). As temperature condition increased, yield of the cellulose-rich product (CP) was reduced from 87.2% to 67.6%, while yield of the ionic liquid lignin (ILL) increased from 2.2% to 9.9%. Compared to the ILL, CP had lower carbon contents and higher oxygen contents. Enzymatic hydrolysis of CPs showed that conversion ratio of CP treated with [Emim][OAc] at $110^{\circ}C$ was 56.7%, the highest digestibility. Thermogravimetric analysis indicated that the maximum degradation rate decreased as temperature condition increased. In addition, maximum degradation temperature of ILL treated with [Emim][OAc] ranged from 274 to $279^{\circ}C$ which was lower than that of ILL treated with [Bmim][OAc]. Analytical date for ${\beta}$-O-4 linkage frequency in the ILL revealed that ${\beta}$-O-4 linkage frequency in the ILL decreased as the temperature rose. Furthermore, the highest S/G ratio of the ILL was determined to ca. 1.2 obtained from [Bmim][OAc] treatment at $110^{\circ}C$.
Systematic bioconversion process for the production of xylose from agricultural wastes such as barley straw and corn cobs was studied. After the pretreatment in 1 % NaOH solution for 24 hours at 3$0^{\circ}C$, enzymatic hydrolysis of barley straw for 48 hours at 3$0^{\circ}C$ resulted in the liberation of 15.8% of reducing sugar which is equivalent to 87% of total D-xylose content. Among various agricultural wastes, corn cob as well as barley straw was demonstrated to be potent sources for the production of D-xylose by the process of enzymatic conversion.
The strain of Serratia marcescens QM B1466 produces selectively large amount of chitinolytic enzymes (about 1mg/L medium). Enzymatic hydrolysis of chitin to N-acetyl-${\beta}$-D-glucosamine (NAG) was performed with a system consisting of two hydrolases (chitinase and chitobiase) produced by optimization of a microbial host consuming chitin particles. For the development of Large-scale biological process for the production of NAG from chitinaceous waste, the selection and optimization of a microbial host, particle size of crab/shrimp chitin sources and initial induction time using chitin as a sole carbon source on chitinase/chitobiase production and NAG production were examined. Crab-shell chitin(1.5%) treated by dilute acid and , ball-milled with a normal diameter less than 250m gave the highest chitinase activity over a 7 days culture. Crude chitinase/ chitobiase solution obtained in a 10 L fed-batch fermentation showed a maximum activities of 23.6 U/mL and 5.1 U/mL, respectively with a feeding time of 3 hrs, near pH 8.5 at 30$^{\circ}C$.
International journal of advanced smart convergence
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v.5
no.2
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pp.18-23
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2016
Cell walls of microalgae consist of a polysaccharide and glycoprotein matrix providing the cells with a formidable defense against its environment. Anaerobic digestion (AD) of microalgae is primarily inhibited by the chemical composition of their cell walls containing biopolymers able to resist bacterial degradation. Adoption of pre-treatments such as thermal, thermal hydrolysis, ultrasound and enzymatic hydrolysis have the potential to remove these inhibitory compounds and enhance biogas yields by degrading the cell wall, and releasing the intracellular algogenic organic matter (AOM). This paper preproposal stage investigated the effect of different pre-treatments on microalgae cell wall, and their impact on the quantity of soluble biomass released in the media and thus on the digestion process yields. This Paper present optimum approach to degradation of the cell wall by ultra-sonication with practical design specification parameter for ultrasound based pretreatment system. As a result of this paper presents, a microalgae system in a wastewater treatment flowsheet for residual nutrient uptake can be justified by processing the waste biomass for energy recovery. As a conclusion on this result, Low energy harvesting technologies and pre-treatment of the algal biomass are required to improve the overall energy balance of this integrated system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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