Water hyacinth (Eichhornia crassipe

Water hyacinth (Eichhornia crassipes), as one of the important invasive aquatic species, commonly covers the surfaces of rivers and lakes and has caused a series of environmental problems due to its rapid growth and high reproducibility in both clear water and wastewater. These characteristics also make it useful for water treatment and bioethanol production based on its excellent ability to utilize nitrogen in wastewater and abundant lignocellulosic biomass that is suitable for the production of fermentable sugars ( Abdel-Fattah and Abdel-Naby, 2012 and Bayrakci and Kocar, 2014). Currently, large-scale cultivation and collection of water hyacinth using artificial plant floating islands represents a promising strategy for water treatment in the Dianchi Lake basin of Yunnan Province. This government measure is expected to produce a large amount of lignocellulosic water hyacinth biomass. Therefore, an environmentally friendly strategy for the economical utilization of lignocellulosic biomass is urgently needed.

To date, many studies have explored ways to utilize lignocellulosic biomass and have shown that water hyacinth can be used to produce bioethanol (Guragain et al., 2011 and Bayrakci and Kocar, 2014), biogas (Cheng et al., 2010, Cheng et al., 2015a and Gao et al., 2013), l-lactate (Akao et al., 2012), and levulinic acid (Girisuta et al., 2008) via fermentation. Among these applications, bioethanol production from water hyacinth biomass has attracted the greatest amount of attention (Ma et al., 2010 and Bayrakci and Kocar, 2014). The crystalline structure and chemical composition of lignocellulosic materials are two of the main factors that affect the yield of bioethanol, and pretreatment methods can effectively improve it (Bayrakci and Kocar, 2014).

Alkaline-oxidative pretreatment through adding NaOH–H2O2 or CaO2 is considered to be potential pretreatment strategy of dry or wet water hyacinth biomass for fermentable sugar production at mild conditions (Mishima et al., 2008 and Cheng et al., 2015b). A comparative study of several chemical pretreatments (including NaOH, HCl, H2SO4, peracetic acid, H2O2, NaOH/H2O2, and alkaline–oxidative) used for water hyacinth demonstrated that the alkaline-oxidative pretreatment (H2O2 added consecutively) is the most effective and economical pretreatment strategy at mild conditions (room temperature for 24 h) (Mishima et al., 2008). However, the yield of reducing sugars achieved with NaOH/H2O2 pretreatment (H2O2 added simultaneously) was only half that achieved with alkaline–oxidative pretreatment and even lower than that achieved with NaOH pretreatment and H2O2 pretreatment separately at equal concentrations. In fact, previous studies confirmed that co-treatment with NaOH/H2O2 solution is a green and effective pretreatment for many types of lignocellulosic biomass, including wheat straw (Barakat et al., 2014), empty palm fruit bunch (Misson et al., 2009), furfural residues (Ma et al., 2014), and sugarcane bagasse (Cheng et al., 2008).

The pretreated lignocellulosic biomass can be enzymatically hydrolyzed and fermented in different process configurations, two of which are separate hydrolysis and fermentation (SHF) and simultaneous saccharification and fermentation (SSF) (Mukhopadhyay and Chatterjee, 2010). The SSF strategy is an interesting option for lignocellulosic ethanol production that offers the advantages of minimizing inhibition by cellobiose and glucose accumulation and allowing higher substrate loadings (Kim et al., 2008). However, the difference between the optimum temperature of the cellulolytic enzymes (around 50 °C) and the fermentation (generally

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

Water hyacinth (Eichhornia crassipes), as one of the important invasive aquatic species, commonly covers the surfaces of rivers and lakes and has caused a series of environmental problems due to its rapid growth and high reproducibility in both clear water and wastewater. These characteristics also make it useful for water treatment and bioethanol production based on its excellent ability to utilize nitrogen in wastewater and abundant lignocellulosic biomass that is suitable for the production of fermentable sugars ( Abdel-Fattah and Abdel-Naby, 2012 and Bayrakci and Kocar, 2014). Currently, large-scale cultivation and collection of water hyacinth using artificial plant floating islands represents a promising strategy for water treatment in the Dianchi Lake basin of Yunnan Province. This government measure is expected to produce a large amount of lignocellulosic water hyacinth biomass. Therefore, an environmentally friendly strategy for the economical utilization of lignocellulosic biomass is urgently needed.วันที่ หลายการศึกษาได้สำรวจวิธี การใช้ชีวมวล lignocellulosic ได้แสดงให้เห็นว่าตบชวาที่สามารถใช้ในการผลิต bioethanol (Guragain et al., 2011 และ Bayrakci และ Kocar, 2014), ก๊าซชีวภาพ (Cheng et al., 2010 เฉิง et al., 2015a และ al. et เกา 2013), l-lactate (Akao et al., 2012), และกรด levulinic (Girisuta et al., 2008) ได้อย่างง่าย ๆ ด้วยการหมัก โปรแกรมประยุกต์เหล่านี้ bioethanol ผลิตจากชีวมวลตบชวาได้ดึงดูดความสนใจ (Ma et al., 2010 และ Bayrakci และ Kocar, 2014) มากที่สุดจำนวน โครงสร้างผลึกและองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุ lignocellulosic มีสองปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อผลผลิตของ bioethanol และวิธีการ pretreatment มีประสิทธิภาพปรับปรุง (Bayrakci และ Kocar, 2014)Alkaline-oxidative pretreatment through adding NaOH–H2O2 or CaO2 is considered to be potential pretreatment strategy of dry or wet water hyacinth biomass for fermentable sugar production at mild conditions (Mishima et al., 2008 and Cheng et al., 2015b). A comparative study of several chemical pretreatments (including NaOH, HCl, H2SO4, peracetic acid, H2O2, NaOH/H2O2, and alkaline–oxidative) used for water hyacinth demonstrated that the alkaline-oxidative pretreatment (H2O2 added consecutively) is the most effective and economical pretreatment strategy at mild conditions (room temperature for 24 h) (Mishima et al., 2008). However, the yield of reducing sugars achieved with NaOH/H2O2 pretreatment (H2O2 added simultaneously) was only half that achieved with alkaline–oxidative pretreatment and even lower than that achieved with NaOH pretreatment and H2O2 pretreatment separately at equal concentrations. In fact, previous studies confirmed that co-treatment with NaOH/H2O2 solution is a green and effective pretreatment for many types of lignocellulosic biomass, including wheat straw (Barakat et al., 2014), empty palm fruit bunch (Misson et al., 2009), furfural residues (Ma et al., 2014), and sugarcane bagasse (Cheng et al., 2008).The pretreated lignocellulosic biomass can be enzymatically hydrolyzed and fermented in different process configurations, two of which are separate hydrolysis and fermentation (SHF) and simultaneous saccharification and fermentation (SSF) (Mukhopadhyay and Chatterjee, 2010). The SSF strategy is an interesting option for lignocellulosic ethanol production that offers the advantages of minimizing inhibition by cellobiose and glucose accumulation and allowing higher substrate loadings (Kim et al., 2008). However, the difference between the optimum temperature of the cellulolytic enzymes (around 50 °C) and the fermentation (generally <37 °C for most yeast strains) is the major obstacle in successful application of the SSF process (Bayrakci and Kocar, 2014). The use of thermotolerant microorganisms has the potential to overcome this obstacle by offering advantages such as the shorter time required of SSF, reduced cooling costs, and better saccharification and ethanol yields (Abdel-Banat et al., 2010 and Moreno et al., 2013). However, until now, the microorganisms used in the bioethanol fermentation with lignocellulosic water hyacinth were Saccharomyces cerevisiae strains with an optimum fermentation temperature below 37 °C ( Abraham and Kurup, 1996, Mishima et al., 2008 and Mukhopadhyay and Chatterjee, 2010). A thermal-tolerant S. cerevisiae strain from Angel Yeast Co. Ltd, was tested by Ma et al. (2010) for bioethanol fermentation with water hyacinth, but using SHF, rather than SSF.The main objectives of this study were (i) to pretreat water hyacinth with NaOH/H2O2 at mild conditions and to (ii) select the thermotolerant yeast strains capable of fermenting the pretreated water hyacinth to produce bioethanol at 42 °C via the SSF process.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ผักตบชวา (Eichhornia crassipes) เป็นหนึ่งในสัตว์น้ำที่สำคัญรุกรานทั่วไปครอบคลุมพื้นผิวของแม่น้ำและทะเลสาบและได้ก่อให้เกิดชุดของปัญหาสิ่งแวดล้อมที่เกิดจากการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วและการทำสำเนาสูงทั้งในน้ำใสและน้ำเสีย ลักษณะเหล่านี้ยังทำให้มันมีประโยชน์สำหรับการบำบัดน้ำเสียและการผลิตเอทานอลอยู่บนพื้นฐานของความสามารถที่ดีเยี่ยมที่จะใช้ไนโตรเจนในน้ำเสียและชีวมวลลิกโนเซลลูโลสมากมายที่เหมาะสำหรับการผลิตน้ำตาลที่ย่อย (ที่อับเดล-เทห์และ Abdel-naby 2012 และ Bayrakci และ Kocar, 2014) ปัจจุบันการเพาะปลูกขนาดใหญ่และการสะสมของผักตบชวาโดยใช้พืชเกาะเทียมลอยแสดงให้เห็นถึงกลยุทธ์ที่มีแนวโน้มสำหรับการบำบัดน้ำในลุ่มน้ำทะเลสาบ Dianchi ของมณฑลยูนนาน มาตรการนี้คาดว่าจะผลิตเป็นจำนวนมากของชีวมวลผักตบชวาลิกโนเซลลูโลส ดังนั้นกลยุทธ์การเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมสำหรับการใช้ประโยชน์ทางเศรษฐกิจของชีวมวลลิกโนเซลลูโลสเป็นสิ่งจำเป็นอย่างเร่งด่วน. ในวันที่การศึกษาจำนวนมากมีการสำรวจวิธีการที่จะใช้ประโยชน์จากชีวมวลลิกโนเซลลูโลสและแสดงให้เห็นว่าผักตบชวาสามารถนำมาใช้ในการผลิตเอทานอล (Guragain et al., 2011 และ Bayrakci และ Kocar 2014), ก๊าซชีวภาพ (Cheng et al., 2010 เฉิง et al., 2015a และ Gao et al., 2013) l-แลคเตท (Akao et al., 2012) และกรด levulinic (Girisuta et al, 2008) ผ่านการหมัก ในบรรดาโปรแกรมเหล่านี้ผลิตเอทานอลจากชีวมวลผักตบชวาได้ดึงดูดจำนวนมากที่สุดของความสนใจ (Ma et al., 2010 และ Bayrakci และ Kocar 2014) โครงสร้างผลึกและองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุลิกโนเซลลูโลสเป็นสองปัจจัยหลักที่ส่งผลกระทบต่อผลผลิตของเอทานอลและวิธีการปรับสภาพได้อย่างมีประสิทธิภาพสามารถปรับปรุงได้ (Bayrakci และ Kocar 2014). การปรับสภาพอัลคาไลน์ออกซิเดชันผ่านการเพิ่ม NaOH-H2O2 หรือ CaO2 ถือว่าเป็น จะเป็นกลยุทธ์การปรับสภาพศักยภาพของชีวมวลผักตบชวาแห้งหรือเปียกสำหรับการผลิตน้ำตาลที่ย่อยในภาวะที่ไม่รุนแรง (มิชิ et al., 2008 และ Cheng et al., 2015b) การศึกษาเปรียบเทียบการเตรียมสารเคมีหลายคน (รวมทั้ง NaOH, HCl, H2SO4 กรดเปอร์อะซิติก, H2O2, NaOH / H2O2 และด่างออกซิเดชัน) ใช้สำหรับผักตบชวาแสดงให้เห็นว่าการปรับสภาพด่างออกซิเดชัน (H2O2 เพิ่มติดต่อกัน) เป็นที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดและ กลยุทธ์การปรับสภาพทางเศรษฐกิจในภาวะที่ไม่รุนแรง (อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 24 ชั่วโมง) (มิชิ et al., 2008) อย่างไรก็ตามอัตราผลตอบแทนของการลดน้ำตาลประสบความสำเร็จกับการปรับสภาพ NaOH / H2O2 (H2O2 เพิ่มพร้อมกัน) เป็นเพียงครึ่งหนึ่งที่ประสบความสำเร็จกับการปรับสภาพด่างออกซิเดชันและต่ำกว่าที่ประสบความสำเร็จกับการปรับสภาพ NaOH และปรับสภาพ H2O2 แยกกันที่ความเข้มข้นเท่ากัน ในความเป็นจริงการศึกษาก่อนหน้ายืนยันว่าร่วมรักษาด้วย NaOH / แก้ปัญหา H2O2 คือการปรับสภาพสีเขียวและมีประสิทธิภาพสำหรับหลายประเภทชีวมวลลิกโนเซลลูโลสรวมถึงฟางข้าวสาลี (Barakat et al., 2014), พวงผลปาล์มว่างเปล่า (Misson et al., 2009) ตกค้างเฟอร์ฟูรัล (Ma et al., 2014) และชานอ้อย (Cheng et al., 2008). ชีวมวลลิกโนเซลลูโลสปรับสภาพสามารถเอนไซม์ไฮโดรไลซ์และหมักในการกำหนดค่าขั้นตอนที่แตกต่างกันสองซึ่งเป็นไฮโดรไลซิแยกต่างหากและการหมัก ( SHF) และ saccharification พร้อมกันและการหมัก (SSF) (Mukhopadhyay และ Chatterjee 2010) กลยุทธ์ SSF เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการผลิตเอทานอลลิกโนเซลลูโลสที่มีข้อได้เปรียบของการลดการยับยั้งโดย cellobiose และการสะสมกลูโคสและช่วยให้เติมสารตั้งต้นที่สูงขึ้น (Kim et al., 2008) อย่างไรก็ตามความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิที่เหมาะสมของเซลลูโลส (ประมาณ 50 ° C) และการหมัก (โดยทั่วไป <37 ° C เป็นเวลามากที่สุดสายพันธุ์ยีสต์) เป็นอุปสรรคสำคัญในการประยุกต์ใช้ที่ประสบความสำเร็จของกระบวนการ SSF (Bayrakci และ Kocar 2014) . การใช้จุลินทรีย์ที่ทนร้อนที่มีศักยภาพที่จะเอาชนะอุปสรรคนี้โดยนำเสนอข้อได้เปรียบเช่นเวลาสั้นต้องการ SSF ค่าใช้จ่ายในการระบายความร้อนลดลงและ saccharification ที่ดีขึ้นและอัตราผลตอบแทนที่เอทานอล (อับเดล-Banat et al., 2010 และเรโน et al., 2013 ) อย่างไรก็ตามจนถึงขณะนี้จุลินทรีย์ที่ใช้ในการหมักเอทานอลที่มีผักตบชวาลิกโนเซลลูโลสเป็น Saccharomyces cerevisiae สายพันธุ์ที่มีอุณหภูมิการหมักที่เหมาะสมด้านล่าง 37 องศาเซลเซียส (อับราฮัมและ Kurup 1996 มิชิ et al., 2008 และ Mukhopadhyay และ Chatterjee 2010) ความร้อนทน S. cerevisiae สายพันธุ์จากยีสต์แองเจิล จำกัด ได้รับการทดสอบโดย Ma et al, (2010) สำหรับการหมักเอทานอลที่มีผักตบชวา แต่ใช้ SHF มากกว่า SSF. โดยมีวัตถุประสงค์หลักของการศึกษาครั้งนี้มี (i) การ Pretreat ผักตบชวาด้วย NaOH / H2O2 ในภาวะที่ไม่รุนแรงและ (ii) การเลือกสายพันธุ์ยีสต์ทนร้อนที่มีความสามารถ ของหมักผักตบชวาปรับสภาพการผลิตเอทานอลที่ 42 ° C ผ่านกระบวนการ SSF

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ผักตบชวา ( ผักตบชวา ) เป็นหนึ่งในสิ่งสำคัญที่สัตว์น้ำชนิดที่ครอบคลุมพื้นผิวของแม่น้ำและทะเลสาบที่เกิดจากชุดของปัญหาสิ่งแวดล้อม เนื่องจากความเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วและสูงคาร์บอนทั้งในน้ำล้าง และน้ำเสียลักษณะเหล่านี้ยังทำให้มันมีประโยชน์สำหรับการบำบัดน้ำและการผลิตเอทานอลตามความสามารถที่ยอดเยี่ยมของการใช้ไนโตรเจนในน้ำเสีย และชีวมวล lignocellulosic มากมายที่เหมาะสำหรับการผลิตน้ำตาลหมัก ( อับเดล และ fattah ที่เจริญและ kocar bayrakci 2012 และ 2014 ) ในปัจจุบันคอลเลกชันขนาดใหญ่ของการเพาะปลูกและผักตบชวาเทียมพืชเกาะลอยเป็นกลยุทธ์ที่มีศักยภาพการรักษาน้ำในอ่าง Dianchi Lake ของมณฑลยูนนาน มาตรการของรัฐบาลนี้ คาดว่าจะผลิตจำนวนมากของ lignocellulosic ผักตบชวา ชีวมวล ดังนั้นกลยุทธ์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมเพื่อการใช้ประโยชน์ทางเศรษฐกิจของชีวมวล lignocellulosic จำเป็นเร่งด่วน

ถึงวันที่มีการศึกษาวิจัยหาวิธีที่จะใช้ lignocellulosic ชีวมวล และพบว่าผักตบชวาสามารถนำมาผลิตเป็นเอทานอล ( guragain et al . , 2011 และ bayrakci และ kocar 2014 ) ก๊าซชีวภาพ ( เฉิง et al . , 2010 เฉิง et al . , 2015a กับเกา et al . , 2013 )l-lactate ( akao et al . , 2012 ) และกรดลีวูลินิก ( girisuta et al . , 2008 ) ที่ผ่านการหมัก ในโปรแกรมเหล่านี้มีการผลิตเอทานอลจากชีวมวลผักตบชวาได้ดึงดูดความสนใจของจำนวนเงินที่ยิ่งใหญ่ที่สุด ( ma et al . , และ kocar bayrakci 2010 และ 2014 )โครงสร้างของผลึกและองค์ประกอบทางเคมีของวัสดุ lignocellulosic เป็นสองปัจจัยหลักที่ส่งผลกระทบต่อผลผลิตเอทานอล และวิธีการทำที่มีประสิทธิภาพสามารถปรับปรุงได้ ( bayrakci และ kocar 2014

, )โดยผ่านการเพิ่ม NaOH ปฏิกิริยาด่าง– H2O2 หรือ cao2 ถือว่าเป็นกลยุทธ์เพิ่มศักยภาพของชีวมวลผักตบชวาแห้งหรือเปียก กรัมน้ำตาลผลิตในภาวะที่ไม่รุนแรง ( มิชิม่า et al . , 2008 และเฉิง et al . , 2015b ) การศึกษาเปรียบเทียบการเตหลาย ( รวมถึงเคมี NaOH HCl , กรดซัลฟิวริก peracetic H2O2 , กรด , ด่าง แบตเตอรี่ / ,และด่าง ( ออกซิเดชัน ) ใช้ผักตบชวา พบว่า ภาวะกรดด่าง ( H2O2 เพิ่มติดต่อกัน ) มีประสิทธิภาพมากที่สุดและประหยัด โดยกลยุทธ์ที่ภาวะที่ไม่รุนแรง ( อุณหภูมิห้องเป็นเวลา 24 ชั่วโมง ) ( มิชิม่า et al . , 2008 ) อย่างไรก็ตามผลผลิตลดน้ำตาลได้ด้วยการใช้ / แบตเตอรี่ ( แบตเตอรี่เสริมพร้อม ) เป็นเพียงครึ่งหนึ่งที่ได้รับปฏิกิริยาด่าง–การแม้ต่ำกว่าที่ได้มีการแยกการใช้ H2O2 ที่ความเข้มข้นเท่ากัน ในความเป็นจริงการศึกษาก่อนหน้านี้ ยืนยันว่า การรักษาร่วมด้วย NaOH / แบตเตอรี่เป็นสีเขียวและมีประสิทธิภาพโซลูชั่นการหลายประเภทของชีวมวล lignocellulosic รวมทั้งฟางข้าวสาลี ( บารากัต et al . , 2010 ) , ว่างเปล่า ปาล์ม ผลไม้พวง ( ภารกิจสำเร็จ et al . , 2009 ) , กาก furfural ( ma et al . , และชานอ้อย ( 2014 ) เฉิง et al . , 2008 ) .

ที่ได้รับ lignocellulosic ชีวมวลสามารถ enzymatically ย่อยและหมักในรูปแบบกระบวนการที่แตกต่างกันสองซึ่งเป็นเอนไซม์ที่แยกต่างหากและหมัก ( shf ) และเส้นพร้อมกันและหมัก ( SSF ) ( mukhopadhyay และ chatterjee , 2010 )