Systematic evaluation of the relationship between the composition of lignocellulosic biomass and the quality of its pretreatment

Abstract

Nowadays, there has been a great interest in integrating lignocellulosic biomass as a raw material in the biotechnological processes. From this, the pretreatment stage has been identified as the bottleneck. Therefore, different pretreatment technologies have been established. However, their choice has been directly related to patterns of behavior observed in the literature. In some cases, separating the basis of the technologies and the differences in the composition of lignocellulosic materials. In the development of this work, a strategy was proposed to systematically evaluate the choice of the existing pretreatments based on the composition of lignocellulosic biomass. The development of this was based on the review of the pretreatments applied to nine lignocellulosic materials (i.e. Miscanthus, eucalyptus, pine, rice husk, sugarcane bagasse, oil palm empty fruit bunch, corn stover, rice and wheat straw). The selected strategy was verified experimentally with the use of two lignocellulosic materials from the plantation of the coffee and oil palm of the country, known as Coffee cut-stems (CCS) and Oil Palm Rachis (OPR). Its composition and the strategy helped to identify the pretreatments and conditions that were helpful in the disruption of the lignocellulosic matrix. Then, the pretreatments identified were diluted acid, alkaline, ultrasound and liquid hot water. The results allow observing that in the case of hardwoods such as Coffee cut-stems the conditions evaluated leads recover the sugars presents in the lignocellulosic structure. However, with materials with a low lignin content such as OPR, it is necessary to involve or consider the effect of cellulose crystallinity

Resumen: Actualmente, existe un gran interés en integrar la biomasa lignocelulósica como materia prima a los procesos biotecnológicos. En ello se ha identificado a la etapa de pretratamiento como el cuello de botella. Por lo cual, se han establecido diferentes tecnologías de pretratamiento. Sin embargo, su selección se ha relacionado directamente con patrones observados en la literatura, apartando en algunos casos el fundamento de las tecnologías y las diferencias de composición de los materiales lignocelulósicos. En el desarrollo de este trabajo se planteará una estrategia para evaluar sistemáticamente la selección de pretratamientos existentes con base en la composición de la biomasa lignocelulósica. El desarrollo de esta se basó en la revisión de los pretratamientos aplicados a nueve materiales lignocelulósicos (estos son: Miscanthus, eucalipto, pino, cascarilla de arroz, bagazo de caña, racimos vacíos de palma, forraje de maíz, paja de arroz y trigo). La estrategia de selección se verifico experimentalmente con el uso de dos materiales lignocelulósicos originarios de la plantación del café y de palma de aceite del país, conocidos como zoca de café y raquis de palma. Su composición y la estrategia de selección ayudaron a identificar los pretratamientos y condiciones que fueron útiles en la alteración de la matriz lignocelulósica. Por lo tanto, los pretratamientos aplicados fueron ácido diluido, alcalino, y agua líquida caliente. Los resultados permitieron observar que en el caso de las maderas duras como la zoca de café la elección de condiciones permite recuperar los azucares presentes en la estructura lignocelulósica. Sin embargo, en la elección de condiciones para materiales con un bajo contenido de lignina como el raquis de la palma de aceite es necesario involucrar o considerar el efecto de la cristalinidad de la celulosa