Biological conversion of biomass into fuels and chemicals requires hydrolysis of the polysaccharide into monomeric sugars. In this study, dilute sulfuric acid used as a catalyst for the pretreatment of rapeseed straw. Hydrolysis can be performed enzymatically, and with dilute or concentrate mineral acids. Dilute-acid hydrolysis of rapeseed straw was optimized through the utilization of combined severity. Evaluation criteria for optimization of the pretreatment conditions were based on high xylose recovery and low inhibitor contents in the hydrolyzates. In addition, this paper reports the compositional analysis of hydrolyzate liquors and solid residues, xylose and glucose mass balance closures, and digestibility results of the acid pretreated rapeseed straw.
This study was conducted to evaluate the yield of bio-ethanol produced by separate hydrolysis and fermentation (SHF) with the pretreated rapeseed straw (RS) using crude enzyme of Cellulomonas flavigena and Saccharomyces cereviase. Crude enzyme of C. flavigena showed enzymatic activity of 14.02 U/mL for CMC 133.40 U/mL, for xylan 15.21 U/mL, for locust gum and 15.73 U/mL for rapeseed straw at pH 5.0 and $40^{\circ}C$, respectively. The hemicellulose contents of RS was estimated to compromise 36.62% of glucan, 43.20% of XMG (xylan + mannan + galactan), and 2.73% of arabinan by HPLC analysis. The recovering ratio of rapeseed straw were investigated to remain only glucan 75.2% after 1% $H_2SO_4$ pretreatment, glucan 45.44% and XMG 32.13% after NaOH, glucan 44.75% and XMG 5.47% after $NH_4OH$, and glucan 41.29% and XMG 41.04% after hot water. Glucan in the pretreatments of RS was saccharified to glucose of 45.42 - 64.81% by crude enzyme of C. flavigena while XMG was made into to xylose + mannose + galactose of 58.46 - 78.59%. Moreover, about 52.88 - 58.06 % of bio-ethanol were obtained from four kinds of saccharified solutions by SHF using S. cerevisiae. Furthermore, NaOH pretreatment was determined to show the highest mass balance, in which 21.22 g of bio-ethanol was produced from 100 g of RS. Conclusively, the utilization of NaOH pretreatment and crude enzyme of Cellulomonas flavigena was estimated to be the best efficient saccharification process for the production of bio-ethanol with rapeseed straw by SHF.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.24
no.3
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pp.75-82
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2016
Objective of this experiment was to predict the potential methane production with crop residues at different loading rates. Anaerobic digestion of barley and rapeseed straw substrates for biogas production was performed in Duran bottles at various biomass loading rates with crop residues. Through kinetic model of surface methodology, the methane production was fitted to a Gompertz equation. For the biogas production at mesophilic digestion with crop residues, it was observed that maximum yield was 37.2 and 28.0 mL/g at 6.8 and 7.5 days after digestion with 1% biomass loading rates of barley and rapeseed straws, respectively. For the methane content of mesophilic digestion, there were highest at 61.7% after 5.5 days and 75.0% after 3.4 days of digestion with barley and rapeseed straw on both 5% biomass loading rates, respectively. The maximum methane production potentials were 159.59 mL/g for 1% barley straw and 156.62 mL/g for 3% rapeseed straw at mesophilic digestion. Overall, it would be strongly recommended that biomass loading rate was an optimum rate at mesophilic digestion for using 1% barley and 3% rapeseed straws for feed stocks.
This study was proposed to investigate effects of inclusion of Chinese milk vetch silage (MVS) and rapeseed meal (RSM) on the growth and rumen fermentation of Hu-sheep. Fifty weanling lambs were randomly divided into five equal groups and offered ammoniated rice straw (ABRS) ad libitum along with 100 g concentrate (Trial 1). The animals in $T_0$, $T_1$, $T_2$, $T_3$ and $T_4$ group were respectively supplemented with MVS at levels of 0, 0, 7, 14 or 21% and with RSM at levels of 0, 15, 10, 5 or 0%. Daily gain of lambs was significantly (p<0.05) higher in $T_1$, $T_2$ and $T_3$ group than that in $T_0$ and $T_4$ group. Feed conversion ratio was greatly reduced in supplemented groups as compared with $T_0$ group. In trial 2, five sheep with rumen cannulae were used in a $5{\times}5$ Latin square design. The experimental treatments were as described in Trial 1, but without concentrate. The intake of AVRS was significantly (p<0.05) lower in $T_4$ group than that in $T_0$ group, and also significantly (p<0.05) lower than those in $T_1$ and $T_2$ group. Little difference among all treatments was found in 48h DM degradability of ABRS, MVS and RSM, and in rumen pH value and microbial protein concentration. Rumen concentrations of individual and total VFA tended to be higher in supplemented groups than those in $T_0$ group.These rusults suggest that supplementation with RSM or RSM plus MVS can effectively improve the performance of lambs, and may fail to influence markedly the rumen digestion of ABRS and rumen environments.
This study was purposed to investigate the efficiency of protein utilization of rapeseed meal (RSM) and formaldehyde-treated RSM (TRSM) by sheep, and their influence on performance of growing heifers. Experiment 1 was conducted according to a double $3{\times}3$ Latin square design involving sex yearling Hu Sheep and three experimental diets. All diets contained 600 g ammoniated rice straw and 200 g concentrate mixture. Three dietary treatments were: (1) 100 g RSM + 40 g soybean meal (URUS), (2) 100 g TRSM + 40 g soybean meal (TRUS) and (3) 100 g TRSM + 40 g treated soybean meal (TRTS). Apparent nitrogen digestibility was significantly higher for diet TRUS than that for URUS or TRTS (p<0.05), but with no significant difference between URUS and TRTS (p>0.05). Proportion of nitrogen retention (NR) to the digestible nitrogen intake for diet TRUS and TRTS was 25.57 (p<0.05) and 23.44% (p<0.05) higher than that for URUS respectively. As a result, proportion of NR to nitrogen intake for diet TRUS and TRTS was 34.74 (p<0.05) and 23.78% (p<0.05) higher than that for URUS respectively. Experiment 2 was conducted with 59 Holstein heifers. They were 12-20 months of age at the start of the trial. The experiment was a $2{\times}2$ factorial trial in which the heifers were given the ammoniated rice straw ad libitum and 1.5 kg hay, and supplemented with either RSM or TRSM at a daily allowance of 1.2 or 1.8 kg per day. The live weight gains for heifers receiving 1.2 and 1.8 kg/d of RSM or TRSM were 0.491 and 0.556 or 0.564 and 0.665 kg/d, respectively. The results suggest that formaldehyde treatment can effectively improve the efficiency of protein utilization of rapessed meal and cattle's performance.
Biological conversion of biomass into fuels and chemicals requires hydrolysis of the polysaccharide fraction into monomeric sugars. Hydrolysis can be performed enzymatically, and with dilute or concentrate mineral acids. In this study, dilute sulfuric acid used as a catalyst for the hydrolysis of rapeseed straw. The purpose of this study is to optimize the hydrolysis process in a 15ml bomb tube reactor and investigate the effects of the acid concentration, temperature and reaction time on the hemicellulose removal and consequently on the production of sugars (xylose, glucose and arabinose) as well as on the formation of by-products (furfural, 5-hydroxymethylfurfural and acetic acid). Statistical analysis was based on a model composition corresponding to a $3^3$ orthogonal factorial design and employed the response surface methodology (RSM) to optimize the hydrolysis conditions, aiming to attain maximum xylose extraction from hemicellulose of rapeseed straw. The obtained optimum conditions were: acid concentration of 0.77%, temperature of $164^{\circ}C$ with a reaction time of 18min. Under these conditions, 75.94% of the total xylose was removed and the hydrolysate contained 0.65g $L^{-1}$ Glucose, 0.36g $L^{-1}$ Arabinose, 3.59g $L^{-1}$ Xylose, 0.51g $L^{-1}$ Furfural, 1.36g $L^{-1}$ Acetic acid, and 0.08g $L^{-1}$ 5-hydroxymethylfurfural.
Kim, A-Ram;Kim, Hyo Seon;Park, Mi-Ra;Kim, Sung-Koo;Jeong, Gwi-Taek
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.44
no.4
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pp.522-528
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2016
In this study, we investigated the possibility of using hydrolysates of lignocellulosics (rapeseed straw, barley straw, rice straw) and marine macro-algae (Undaria pinnatifida, Laminaria japonica, Enteromorpha intestinalis, and Gracilaria verrucosa) to cultivate Chlorella saccharophila. The growth of C. saccharophila was inhibited by 7 hydrolysates without active carbon treatment. In contrast, hydrolysates treated with active carbon increased the cell growth and product (oil and chlorophyll) formation by C. saccharophila. The oil contents of C. saccharophila treated with each hydrolysate were $41.26{\pm}0.69%$ (glucose), $22.06{\pm}1.21%$ (rapeseed straw), $28.65{\pm}1.08%$ (barley straw), $31.15{\pm}0.76%$ (rice straw), $31.50{\pm}2.12%$ (U. pinnatifida), $31.49{\pm}4.53%$ (L. japonica), $29.63{\pm}3.93%$ (E. intestinalis), and $26.15{\pm}1.99%$ (G. verrucosa), respectively. Lignocellulosics and marine macro-algae may be useful resources for improving the mass cultivation of C. saccharophila.
An, Nan-Hee;Lee, Sang-Min;Cho, Jung-Rai;Lee, Byung-Mo;Shin, Jae-Hun;Ok, Jung-Hun;Kim, Seok-Cheol
Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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v.47
no.6
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pp.451-456
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2014
Organic amendment practices can influence diversity and activities of soil microorganisms. There is a need to investigate this impact compared with other types of materials. This study was carried out to evaluate the long term effects of chemical and organic fertilizer on soil microbial community in upland field. During the last 11 years green manure, rice straw compost, rapeseed cake, pig mature compost, NPK, and NPK + pig mature compost were treated in upland soil. Organic fertilizer treatment found with high bacterial colony forming units (CFUs) as compared to chemical and without fertilizer treatment. There was no significant difference in the actinomycetes and fungal population. The average well color development (AWCD) value was the highest in green manure and, the lowest in without fertilizer treatment. Analyses based on the denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) profile showed that rice straw compost and pig mature compost had a similar banding pattern while rapeseed cake, NPK, NPK + pig mature compost and without fertilizer treatment were clustered in another cluster and clearly distinguished from green manure treatment. Bacterial diversity can be highly increased by the application of organic fertilizer while chemical fertilizer had less impact. It can be concluded that green manure had a beneficial impact on soil microbial flora, while, the use of chemical fertilizer could affect the soil bacterial communities adversely.
An, Nan-Hee;Park, Jong-Ho;Han, Eun-Jung;Hong, Sung-Jun;Kim, Yong-Ki;Jee, Hyeong-Jin
Korean Journal of Organic Agriculture
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v.19
no.spc
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pp.190-193
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2011
Organic and chemical fertilizer amendments are an important agricultural practice for increasing crop yields. In order to maintain the soil sustainability, it is important to monitor the effects of fertilizer applications on the shift of soil microorganism, which control the cycling of many nutrients in the soils. Here, culture-dependent and culture-independent approaches were used to analyze the soil microorganism and community structure under six fertilization treatments, including green manure, rice straw compost, rapeseed cake, pig mature compost, NPK +pig mature compost, NPK and control. Both organic and chemical fertilizers caused a shift of the cultural microorganism CFUs after treatments. Bacterial CFUs of the organic fertilization treatments were significantly higher than that of chemical fertilization treatments. The DGGE profiles of the bacterial communities of the samples showed that the green manure treatment was a distinct difference in bacterial community, with a greater complexity of the band pattern than other treatments. Cluster analyses based on the DGGE profile showed that rice straw compost and pig mature compost had a similar banding pattern and clustered together firstly. Rapeseed cake, NPK, NPK +pig manure compost and control clustered together in other sub-cluster and clearly distinguished from green manure.
Lignocellulosic biomass is the most abundant organic material on earth and also promising raw material for bioenergy production. Agricultural residues in the process of bio-oil extraction, is an abundant and low-cost lignocellulosic material. The technology for conversion of lignocellulosic biomass resources to fuels and chemicals, such as ethanol, has been under development for decades. One of the well-studied technologies that are currently being commercialized is to use a dilute acid-catalyzed pretreatment followed by enzymatic hydrolysis and fermentation to produce ethanol. In this work, the dilute-acid hydrolysis of agricultural residues was optimized through the utilization of statistical experimental design. Evaluation criteria for optimization of the pretreatment conditions were based on high xylose recovery and low inhibitor contents in the hydrolyzates. The purpose of this study was to gain a more accurate understanding of the quantities of acid required for effective hydrolysis and the reactivity trade-offs with reaction time and temperature that will enable overall process optimization.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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