3. Results and discussion3.1. Effec

3. Results and discussion
3.1. Effects of solids loadings and pretreatment temperature

To determine the appropriate loadings of rice straw that is feasible for the pretreatment process, the influence of the solids loading concentration on enzymatic digestibility was investigated at different temperatures ranging from 150 °C to 190 °C by fixing other pretreatment variables. Maleic acid concentration was set to 1% (w/v) and pretreatment holding time to 10 min at a set temperature with 3 min ramping. Increasing the temperature from 150 °C to 190 °C resulted in a significant increase in the enzymatic hydrolysis yield from 34.9% to 78.3% based on the theoretical maximum yield of glucose (Fig. 1). This could primarily be due to the higher reaction rate at a higher temperature (Zhu et al., 2004). When the solids loading concentration increased, the enzymatic digestibility generally decreased (Fig. 1).

Effects of solids loadings and pretreatment temperature on the enzymatic ...
Fig. 1.
Effects of solids loadings and pretreatment temperature on the enzymatic digestibility of pretreated and washed rice straw. Pretreatment was performed using 1% (w/v) maleic acid with 3 min ramping to the desired temperature and 10 min holding in a microwave digester. To determine the enzymatic digestibility of pretreated and washed rice straw, enzymatic hydrolysis was performed using 15 FPU of Accellerase 1000/g glucan at pH 4.8, 50 °C, and 200 rpm for 50 h.
Figure options
This decrease in enzymatic digestibility at a higher solids loading can be attributed to the solid-like behavior of the slurry since it contains a higher concentration of solids (Cruz et al., 2013), or the reduced amounts of available acid per unit biomass when using the same concentration of acid solution (Kootstra et al., 2009). However, a solids loading of 20% at 190 °C did not result in a significant decrease in enzymatic digestibility compared to a solids loading of 16.6% at a 99% confidence level. Therefore, further experiments were performed at a solids loading of 20% at 190 °C.

3.2. Effects of pretreatment time and maleic acid concentrations

To determine the optimal pretreatment time and maleic acid concentration, rice straw was pretreated at 190 °C with a 20% solids loading with ramping for 3 min. The enzymatic hydrolysis yield after 50 h significantly increased from 63.1% to 84.4% when pretreatment was performed for a holding time of 20 min (Fig. 2A). However, a further increase in the holding time to 30 min did not significantly improve enzymatic digestibility at a 95% confidence level. Therefore, further experiments were performed at a 20-min holding time.

Effects of (A) pretreatment holding time and (B) maleic acid concentration on ...
Fig. 2.
Effects of (A) pretreatment holding time and (B) maleic acid concentration on the enzymatic digestibility of pretreated and washed rice straw. For pretreatment, rice straw loading was 20% (w/v), and the temperature was increased to 190 °C within 3 min in a microwave digester. To determine the enzymatic digestibility of pretreated and washed rice straw, enzymatic hydrolysis was performed using 15 FPU of Accellerase 1000/g glucan at pH 4.8, 50 °C, and 200 rpm for 50 h.
Figure options
Various maleic acid concentrations ranging from 0.2% to 7% (w/v) were applied to determine the optimal acid concentration. The highest enzymatic digestibility of 89.3% was obtained when the concentration of maleic acid was 5% (w/v). Nevertheless, 0.2% maleic acid also showed relatively high digestibility despite the low catalyst concentration used. Therefore, a 20% solids loading, pretreatment temperature of 190 °C, a 20-min holding time, and an acid concentration of either 0.2% or 5% (w/v) were ultimately selected for the high solids loading pretreatment of rice straw for further experiments.

3.3. Compositional changes of rice straw after pretreatment

Unpretreated rice straw was composed of 34.9% (w/w) glucan, 18.9% xylan, 16.6% acid-insoluble lignin, 0.1% acid-soluble lignin, and 10.9% ash on a dry wt. basis (Table 1). This composition was comparable to what has been used in other studies (Hsu et al., 2010 and Ko et al., 2009). After pretreatment at a 20% solids loading using either 0.2% or 5% (w/v) maleic acid at 190 °C for 20 min holding with 3 min ramping, the insoluble solids recovery yields were 62.9% and 56.7% (w/w) for 0.2% and 5% maleic acid pretreatment, respectively. From 0.2% maleic acid pretreatment, 92.6% of glucan was conserved in the insoluble solids, while only 76.2% of glucan was conserved after pretreatment using 5% maleic acid. Since substantial amounts of glucan and xylan were present in the liquid fraction, whole slurry of pretreated rice straw was utilized in the SSF.

Table 1.
Major biomass components in maleic acid-pretreated or unpretreated rice straw based on 100 g dry wt. of initial rice straw before pretreatment.a,b
Lignocellulosic component (g/100 g initial rice straw) Pretreated with 0.2% (w/v)

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

3. ผล และการอภิปราย3.1. ผลของการรับน้ำหนักของแข็งและอุณหภูมิสวยงามมากกว่าการตรวจสอบการรับน้ำหนักที่เหมาะสมของฟางข้าวที่เป็นไปได้สำหรับกระบวนการสวยงามมากกว่า อิทธิพลของการโหลดความเข้มข้นของเอนไซม์ในระบบย่อยของของแข็งถูกตรวจสอบที่อุณหภูมิแตกต่างกันตั้งแต่ 150 ° C ถึง 190 ° C โดยการแก้ไขตัวแปรอื่น ๆ สวยงามมากกว่า ตั้ง maleic กรดความเข้มข้น 1% (w/v) และปรับสภาพถือเวลาถึง 10 นาทีที่อุณหภูมิกำหนดกับกระโจน 3 นาที เพิ่มขึ้นอุณหภูมิ 150 ° C ถึง 190 ° C ผลในการเพิ่มผลผลิตเอนไซม์ย่อยจาก 34.9% 78.3% ตามผลตอบแทนสูงสุดทฤษฎีของกลูโคส (1 รูป) นี้อาจเป็นหลักเนื่องจากอัตราของปฏิกิริยาสูงที่อุณหภูมิสูง (Zhu et al. 2004) เมื่อโหลดความเข้มข้นของของแข็งเพิ่มขึ้น ย่อยเอนไซม์ลดลง (รูปที่ 1) โดยทั่วไปผลของการรับน้ำหนักของแข็งและอุณหภูมิสวยงามมากกว่าที่เอนไซม์...รูปที่ 1 ผลของการรับน้ำหนักของแข็งและอุณหภูมิสวยงามมากกว่าย่อยเอนไซม์ pretreated และล้างข้าวฟาง ปรับสภาพถูกดำเนินการโดยใช้ 1% (w/v) กรด maleic กระโจนอุณหภูมิที่ต้องการ 3 นาทีและ 10 นาทีในบ่อย่อยชีวภาพมีไมโครเวฟ การตรวจสอบ digestibility เอนไซม์ pretreated และล้างฟางข้าว เอนไซม์ย่อยทำใช้ 15 FPU Accellerase 1000/g กลูแคนที่ pH 4.8, 50 ° C และ 50 h 200 รอบต่อนาทีเลือกรูปการลดลงของเอนไซม์ในระบบย่อยที่โหลดสารแขวนลอยสูงขึ้นอาจเป็นเพราะพฤติกรรมเหมือนของแข็งละลาย เพราะประกอบด้วยความเข้มข้นสูงของแข็ง (ครูร้อยเอ็ด 2013), หรือกรดที่มีต่อหน่วยชีวมวลจำนวนลดลงเมื่อใช้ความเข้มข้นเดียวกันของกรด (Kootstra et al. 2009) อย่างไรก็ตาม การโหลดของแข็ง 20% 190 ° c ผลไม่ลดลงเมื่อเทียบกับโหลดของแข็ง 16.6% ที่ระดับความเชื่อมั่น 99% เอนไซม์ในระบบย่อยสำคัญ ดังนั้น ดำเนินการทดลองที่โหลดของแข็ง 20% ที่อุณหภูมิ 190 องศาเซลเซียส3.2. ผลของความเข้มข้นเวลาและกรด maleic สวยงามมากกว่ากำหนดเวลาสวยงามมากกว่าที่เหมาะสมและความเข้มข้นกรด maleic ฟางข้าวถูก pretreated 190 ° c ด้วยแข็ง 20% ที่โหลด ด้วยการกระโจน 3 นาที สลายเอนไซม์ผลผลิตหลังจาก 50 h มากเพิ่มขึ้นจาก 63.1% 84.4% เมื่อดำเนินการปรับสภาพเวลาถือของ 20 นาที (รูป 2A) อย่างไรก็ตาม เพิ่มเติมในเวลาถือไป 30 นาทีไม่มากปรับปรุงเอนไซม์ในระบบย่อยที่ระดับความเชื่อมั่น 95% ดังนั้น การทดลองดำเนินการในเวลา 20 นาทีถือผลของ (ก) ถือเวลาและ (ข) maleic กรดเข้มข้นปรับสภาพ...รูป 2 ผลของการ pretreatment (A) จับเวลาและ (ข) maleic กรดเข้มข้นใน digestibility เอนไซม์ pretreated ความสะอาดฟางข้าว สำหรับปรับสภาพ โหลดข้าวฟางเป็น 20% (w/v), และอุณหภูมิเพิ่มขึ้นถึง 190 ° C ภายใน 3 นาทีในบ่อย่อยชีวภาพแบบไมโครเวฟ การตรวจสอบ digestibility เอนไซม์ pretreated และล้างฟางข้าว เอนไซม์ย่อยทำใช้ 15 FPU Accellerase 1000/g กลูแคนที่ pH 4.8, 50 ° C และ 50 h 200 รอบต่อนาทีเลือกรูปความเข้มข้นกรด maleic ต่าง ๆ ตั้งแต่ 0.2% ถึง 7% (w/v) ถูกใช้เพื่อกำหนดความเข้มข้นของกรดที่เหมาะสม Digestibility 89.3% เอนไซม์สูงสุดได้รับเมื่อความเข้มข้นของกรด maleic 5% (w/v) อย่างไรก็ตาม 0.2% maleic กรดยังพบย่อยค่อนข้างสูงแม้ มีความเข้มข้นต่ำเศษใช้ ดังนั้น แข็ง 20% ที่โหลด สวยงามมากกว่าอุณหภูมิ 190 ° C, 20 นาทีจับเวลา และความเข้มข้นกรด 0.2% หรือ 5% (w/v) ในที่สุดเลือกสำหรับการโหลด pretreatment ของฟางข้าวสำหรับการทดลองต่อไปของของแข็งสูง3.3 เปลี่ยนแปลง compositional ฟางข้าวหลังการปรับสภาพฟางข้าว unpretreated ถูกประกอบกลูแคน 34.9% (w/w) xylan 18.9% ลิกนิกรดละลาย 16.6%, 0.1% ลิกนิกรดละลาย และเถ้า 10.9% โดยน้ำหนักแห้ง (ตารางที่ 1) ตาม องค์ประกอบนี้มาเทียบเคียงกับสิ่งที่ใช้ในการศึกษาอื่น ๆ (Hsu et al. 2010 และเกาะ et al. 2009) หลังจากปรับสภาพที่เป็นของแข็ง 20% ใช้ 0.2% หรือ 5% (w/v) กรด maleic 190 ° c 20 นาทีค้างไว้ ด้วย 3 นาทีกระโจน การกู้คืนของแข็งที่ไม่ละลายน้ำทำให้การโหลดขึ้น 62.9% 56.7% (w/w) 0.2% และ 5% กรด maleic ปรับสภาพ ตามลำดับ จาก 0.2% กรด maleic ปรับสภาพ 92.6% กลูแคนได้อนุรักษ์ในของแข็งไม่ละลายน้ำ ในขณะที่เพียง 76.2% ของกลูแคนได้อนุรักษ์หลังจากปรับสภาพใช้กรด maleic 5% ตั้งแต่จำนวนกลูแคนและ xylan พบได้ในส่วนของเหลว สารละลายทั้งหมดของฟางข้าว pretreated ถูกนำมาใช้ในการ SSFตารางที่ 1ส่วนประกอบสำคัญชีวมวลในฟางข้าว pretreated maleic กรด หรือ unpretreated อิง 100 กรัมน้ำหนักแห้งเริ่มต้นข้าวฟางก่อน pretreatment.a,bคอมโพเนนต์ lignocellulosic (g/100 g เริ่มต้นข้าวฟาง) Pretreated 0.2% (w/v)

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

3. ผลการทดลองและการอภิปราย
3.1 ผลของการเติมของแข็งและอุณหภูมิการปรับสภาพการตรวจสอบแรงที่เหมาะสมของฟางข้าวที่เป็นไปได้สำหรับกระบวนการปรับสภาพอิทธิพลของความเข้มข้นของของแข็งโหลดในการย่อยของเอนไซม์ถูกตรวจสอบในอุณหภูมิที่แตกต่างกันตั้งแต่ 150 ° C ถึง 190 ° C โดยการแก้ไขอื่น ๆ ตัวแปรการปรับสภาพ ความเข้มข้นของกรด Maleic ถูกกำหนดให้ 1% (w / v) และการปรับสภาพการถือครองเวลาที่จะ 10 นาทีที่อุณหภูมิชุดนี้มี 3 นาทีกระโจน อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจาก 150 องศาเซลเซียสถึง 190 องศาเซลเซียสส่งผลให้เกิดการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในอัตราผลตอบแทนที่ย่อยโปรตีนจาก 34.9% เป็น 78.3% ขึ้นอยู่กับอัตราผลตอบแทนสูงสุดทางทฤษฎีของน้ำตาลกลูโคส (รูปที่ 1). นี้ส่วนใหญ่อาจเป็นเพราะอัตราการเกิดปฏิกิริยาสูงที่อุณหภูมิสูงกว่า (จู้ et al., 2004) เมื่อความเข้มข้นของของแข็งโหลดที่เพิ่มขึ้นการย่อยของเอนไซม์โดยทั่วไปลดลง (รูปที่ 1).. ผลของการเติมของแข็งและปรับสภาพอุณหภูมิในเอนไซม์ ... รูป 1. ผลของการเติมของแข็งและปรับสภาพอุณหภูมิในการย่อยของเอนไซม์ปรับสภาพและล้างฟางข้าว การปรับสภาพได้รับการดำเนินการโดยใช้ 1% (w / v) กรดอัตราส่วน 3 นาทีกระโจนไปที่อุณหภูมิที่ต้องการและ 10 นาทีถือในบ่อหมักไมโครเวฟ เพื่อตรวจสอบการย่อยของเอนไซม์ปรับสภาพและล้างฟางข้าวย่อยโปรตีนได้รับการดำเนินการโดยใช้ 15 FPU ของ Accellerase 1000 / g กลูแคนที่ pH 4.8, 50 ° C และ 200 รอบต่อนาที 50 ชม. ตัวเลือกรูปที่ลดลงนี้ในการย่อยของเอนไซม์ที่สูงขึ้น โหลดของแข็งที่สามารถนำมาประกอบกับพฤติกรรมที่เป็นของแข็งเหมือนของสารละลายเนื่องจากจะมีความเข้มข้นสูงกว่าของของแข็ง (ครูซ et al., 2013) หรือจำนวนเงินที่ลดลงของกรดที่มีอยู่ต่อหน่วยชีวมวลเมื่อใช้ความเข้มข้นเดียวกันของสารละลายกรด ( Kootstra et al., 2009) อย่างไรก็ตามการโหลดของแข็ง 20% ที่ 190 ° C ไม่ได้ผลในการลดลงอย่างมีนัยสำคัญในการย่อยของเอนไซม์เมื่อเทียบกับการโหลดของแข็ง 16.6% ที่ระดับความเชื่อมั่น 99% จึงได้ทดลองดำเนินการในการโหลดของแข็ง 20% ที่ 190 ° C. 3.2 ผลของเวลาการปรับสภาพและความเข้มข้นของกรดอัตราส่วนการตรวจสอบเวลาการปรับสภาพที่ดีที่สุดและความเข้มข้นของกรดอัตราส่วนฟางข้าวได้รับการปรับสภาพที่อุณหภูมิ 190 องศาเซลเซียสด้วยของแข็งโหลด 20% ด้วยการกระโจนเป็นเวลา 3 นาที ผลผลิตย่อยโปรตีนหลังจาก 50 ชั่วโมงที่ผ่านมาเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญจาก 63.1% เป็น 84.4% เมื่อปรับสภาพได้ดำเนินการมาเป็นเวลาการถือครอง 20 นาที (รูป. 2A) แต่เพิ่มขึ้นอีกในเวลาการถือครองถึง 30 นาทีไม่ได้มีนัยสำคัญปรับปรุงการย่อยของเอนไซม์ที่ระดับความเชื่อมั่น 95% จึงได้ทดลองดำเนินการในเวลาที่ถือครอง 20 นาที. ผลของการ (A) การปรับสภาพเวลาการถือครองและ (ข) ความเข้มข้นของกรดในอัตราส่วน ... รูป 2. ผลของการ (A) การปรับสภาพเวลาการถือครองและ (ข) ความเข้มข้นของกรดอัตราส่วนในการย่อยของเอนไซม์ปรับสภาพและล้างฟางข้าว สำหรับการปรับสภาพขนฟางข้าวเป็น 20% (w / v) และอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นถึง 190 ° C ภายใน 3 นาทีในบ่อหมักไมโครเวฟ เพื่อตรวจสอบการย่อยของเอนไซม์ปรับสภาพและล้างฟางข้าวย่อยโปรตีนได้รับการดำเนินการโดยใช้ 15 FPU ของ Accellerase 1000 / g กลูแคนที่ pH 4.8, 50 ° C และ 200 รอบต่อนาที 50 ชม. ตัวเลือกรูปที่ความเข้มข้นของกรดอัตราส่วนต่าง ๆ มากมายจาก 0.2% 7% (w / v) ถูกนำไปใช้ในการกำหนดความเข้มข้นของกรดที่ดีที่สุด การย่อยของเอนไซม์สูงสุดของ 89.3% ได้รับเมื่อความเข้มข้นของกรดอัตราส่วนที่ 5% (w / v) อย่างไรก็ตาม 0.2% กรดอัตราส่วนยังแสดงให้เห็นการย่อยค่อนข้างสูงแม้จะมีความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ต่ำ ดังนั้น 20% ของแข็งโหลดอุณหภูมิปรับสภาพ 190 องศาเซลเซียสเป็นเวลาการถือครอง 20 นาทีและความเข้มข้นของกรดทั้ง% 0.2 หรือ 5% (w / v) ได้รับการคัดเลือกในท้ายที่สุดสำหรับของแข็งสูงโหลดปรับสภาพฟางข้าว สำหรับการทดลองต่อไป. 3.3 การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของฟางข้าวหลังการปรับสภาพฟางข้าว Unpretreated ประกอบด้วย 34.9% (w / w) กลูแคน, ไซแลน 18.9%, 16.6% ลิกนินกรดที่ไม่ละลายน้ำ 0.1% ลิกนินกรดที่ละลายน้ำได้และเถ้า 10.9% ในน้ำหนักแห้ง พื้นฐาน (ตารางที่ 1) องค์ประกอบนี้เป็นเปรียบได้กับสิ่งที่ได้รับมาใช้ในการศึกษาอื่น ๆ (Hsu et al., 2010 และเกาะ et al., 2009) หลังจากการปรับสภาพที่เป็นของแข็งโหลด 20% โดยใช้% 0.2 หรือ 5% (w / v) กรดอัตราส่วนที่ 190 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 20 นาทีถือ 3 กระโจนนาที, อัตราผลตอบแทนการกู้คืนของแข็งที่ละลายน้ำได้ 62.9% และ 56.7% (w / w ) 0.2% และ 5% กรดอัตราส่วนการปรับสภาพตามลำดับ จาก 0.2% กรดอัตราส่วนปรับสภาพ 92.6% ของกลูแคนได้รับการอนุรักษ์ในของแข็งที่ไม่ละลายน้ำในขณะที่เพียง 76.2% ของกลูแคนได้รับการอนุรักษ์หลังจากการปรับสภาพการใช้กรดอัตราส่วน 5% ตั้งแต่จำนวนมากของกลูแคนและไซแลนอยู่ในปัจจุบันในส่วนของเหลวสารละลายทั้งฟางข้าวปรับสภาพถูกใช้ใน SSF ได้. ตารางที่ 1 ส่วนประกอบชีวมวลที่สำคัญในการปรับสภาพกรดหรือข้าว unpretreated อัตราส่วนฟางอยู่บนพื้นฐานของ 100 กรัมน้ำหนักแห้ง เริ่มต้นจากฟางข้าวก่อน pretreatment.a ขส่วนประกอบลิกโนเซลลูโลส (กรัม / 100 กรัมฟางข้าวเริ่มต้น) ปรับสภาพกับ 0.2% (w / v)