Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tác động của Nhiệt độ, Độ ẩm và Thời gian Lưu trữ đối với Thành phần Hóa học của Cỏ Switchgrass, Cỏ Ngô và Bã Sorghum Ngọt
Tóm tắt
Các mẫu sinh khối đóng gói từ ba nguồn nguyên liệu sinh khối năng lượng - cỏ sorghum ngọt, thân ngô và cỏ switchgrass - đã được lưu trữ trong nhà dưới điều kiện hiếu khí để xác định sự thay đổi trong thành phần hóa học, theo dõi sự mất mát của các thành phần hóa học cụ thể, và xác định tác động của sự mất mát chất rắn khô đối với sản lượng saccharification với và không có tiền xử lý. Các mẫu sinh khối được lưu trữ trong điều kiện nhiệt độ kiểm soát với độ ẩm sinh khối ổn định khác nhau (10–34 % w/w), nhiệt độ (8–35 °C), và thời gian lên đến 16 tuần. Tổng sự mất mát chất rắn khô đã được đo và thành phần mẫu được xác định để phát triển sự cân bằng vật liệu trong các tổn thất lưu trữ cho đường tự do, glucan, xylan, và lignin. Mức tổn thất tối đa (24–30 %) đã được quan sát ở bã cỏ sorghum ngọt tại độ ẩm cao, trong khi tổn thất tối thiểu (0 %) đã được quan sát với cỏ switchgrass dưới độ ẩm cao nhất đã thử nghiệm. Các tổn thất ở sorghum chủ yếu gồm đường tự do, trong khi các tổn thất ở cỏ switchgrass và thân ngô gồm carbohydrate cấu trúc - cellulase và hemicellulose. Tỷ lệ khối lượng (% trọng lượng khô) của lignin được quan sát tăng lên trong các mẫu cho thấy sự mất mát chất rắn khô, do tiêu thụ carbohydrate.
Từ khóa
#sinh khối năng lượng #cỏ sorghum ngọt #thân ngô #cỏ switchgrass #thành phần hóa học #độ ẩm #nhiệt độ #thời gian lưu trữTài liệu tham khảo
Richard TL (2010) Challenges in scaling up biofuels infrastructure. Science 329:793–796. doi:10.1126/science.1189139
Rigdon AR, Jumpponen A, Vadlani PV, Maier DE (2013) Impact of various storage conditions on enzymatic activity, biomass components and conversion to ethanol yields from sorghum biomass used as a bioenergy crop. Bioresour Technol 132:269–275. doi:10.1016/j.biortech.2013.01.055
Rotz CA, Muck RE (1994) Changes in forage quality during harvest and storage. In: Forage quality, evaluation, and utilization. American Society of Agronomy, Madison, WI, pp 828–868
Rotz CA, Shinners KJ (2007) Hay harvest and storage. In: Barnes RF, Nelson CJ, Moore KJ, Collins M (eds) Forages vol. 2: The Science of Grassland Agriculture, 6 ed. Blackwell Publishing, pp 601–616
Williams AG, Hoxey RP, Lowe JF (1997) Changes in temperature and silo gas composition during ensiling, storage and feeding-out grass silage. Grass Forage Sci 52:176–189. doi:10.1046/j.1365-2494.1997.00066.×
Wihersaari M (2005) Evaluation of greenhouse gas emission risks from storage of wood residue. Biomass Bioenergy 28:444–453. doi:10.1016/j.biombioe.2004.11.011
Emery IR (2013) Direct and indirect greenhouse emissions from biomass storage: implications for life-cycle assessment of biofuels. Purdue University
Moore KJ, Hatfield RD (1994) Carbohydrates and forage quality. In: Forage quality, evaluation and utilization. American Society of Agronomy, Madison, WI, pp 229–280
Jung HG (1989) Forage lignins and their effects on fiber digestibility. Agron J 81:33–38
Jung HG, Deetz JA (1994) Cell wall lignification and degradability. In: Forage quality, evaluation and utilization. American Society of Agronomy, Madison, WI, pp 315–346
Jung HG, Samac DA, Sarath G (2012) Modifying crops to increase cell wall digestibility. Plant Sci 185–186:65–77. doi:10.1016/j.plantsci.2011.10.014
Mosier NS, Wyman CE, Dale B et al (2005) Features of promising technologies for pretreatment of lignocellulosic biomass. Bioresour Technol 96:673–686. doi:10.1016/j.biortech.2004.06.025
Zhao X, Zhang L, Liu D (2012) Biomass recalcitrance. Part I: the chemical compositions and physical structures affecting the enzymatic hydrolysis of lignocellulose. Biofuels Bioprod Bioref 6:465–482. doi:10.1002/bbb.1331
DeMartini JD, Pattathil S, Miller JS et al (2013) Investigating plant cell wall components that affect biomass recalcitrance in poplar and switchgrass. Energy Environ Sci 6:898. doi:10.1039/c3ee23801f
Shinners KJ, Binversie BN, Muck RE, Weimer PJ (2007) Comparison of wet and dry corn stover harvest and storage. Biomass Bioenergy 31:211–221. doi:10.1016/j.biombioe.2006.04.007
Shinners KJ, Boettcher GC, Muck RE et al (2010) Harvest and storage of two perennial grasses as biomass feedstocks. Trans ASABE 53:359–370
Shinners KJ, Wepner AD, Muck RE, Weimer PJ (2011) Aerobic and anaerobic storage of single-pass, chopped corn stover. Bio Energy Res 4:61–75. doi:10.1007/s12155-010-9101-7
Shah A, Darr MJ, Webster K, Hoffman C (2011) Outdoor storage characteristics of single-pass large square corn stover bales in Iowa. Energ 4:1687–1695. doi:10.3390/en4101687
Bitra VSP, Womac AR, Hart WE, Melnichenko GV (2013) Liquid AFEX pretreatment and enzymatic hydrolysis of switchgrass from different harvest and storage conditions. Trans ASABE 56:1511–1520
Monti A, Fazio S, Venturi G (2009) The discrepancy between plot and field yields: harvest and storage losses of switchgrass. Biomass Bioenergy 33:841–847. doi:10.1016/j.biombioe.2009.01.006
Mooney DF, Larson JA, English BC, Tyler DD (2012) Effect of dry matter loss on profitability of outdoor storage of switchgrass. Biomass Bioenergy 44:33–41. doi:10.1016/j.biombioe.2012.04.008
Probst KV, Ambrose RPK, Pinto RL et al (2013) The effect of moisture content on the grinding performance of corn and corncobs by hammer milling. Trans ASABE 56:1025–1033
ASABE (2012) Moisture measurement—forages. 1–3
Buckmaster DR (2005) A vortex forage and biomass sample dryer. ASAE Annual International Meeting 2005
Athmanathan A (2013) An analysis of the impact of storage temperature moisture content & duration upon the chemical components & bioprocessing of lignocellulosic biomass. Purdue University
Sluiter A, Hames BR, Ruiz R, et al. (2012) Determination of structural carbohydrates and lignin in biomass: laboratory analytical procedure (LAP). 1–18
Sluiter A, Ruiz R, Scarlata C, et al. (2008) Determination of extractives in biomass: laboratory analytical procedure
Sluiter A, Hames B, Ruiz R, et al. (2008) Determination of sugars, byproducts and degradation products in liquid fraction process samples. 1–14
Hoover LL, Buckmaster DR, Heinrichs AJ, Roth GW (1998) Particle size and compaction characteristics of mechanically processed corn silage at varying lengths of cut. ASABE Paper AETC98–103
Gunn PJ, Buckmaster DR, Lemenager RP et al (2013) Preservation characteristics of modified wet distillers grains with solubles stored with marginal-quality feedstuffs in laboratory-scale mini silos. Prof Anim Sci 29:671–676
Igathinathane C, Womac AR, Sokhansanj S, Pordesimo LO (2005) Sorption equilibrium moisture characteristics of selected corn stover components. Trans ASABE 48:1449–1460
Igathinathane C, Womac AR, Sokhansanj S, Pordesimo LO (2007) Moisture sorption thermodynamic properties of corn stover fractions. Trans ASABE 50:2151–2160
Igathinathane C, Pordesimo LO, Womac AR, Sokhansanj S (2009) Hygroscopic moisture sorption kinetics modeling of corn stover and its fractions. Appl Eng Agric 25:65–73
Albert RA, Huebner B, Davis LW (1989) Role of water activity in the spoilage of Alfalfa Hay. J Dairy Sci 72:2573–2581. doi:10.3168/jds.S0022-0302(89)79398-×
Greenspan (1977) Humidity fixed points of binary saturated aqueous solutions. J Res Natl Bur Stand Phys Chem 81A:89–96
Smith WA, Thompson DN, Thompson VS et al (2008) Assessment of xylanase activity in dry storage as a potential method of reducing feedstock cost. Appl Biochem Biotechnol 154:108–122. doi:10.1007/s12010-008-8451-5
Coblentz WK, Fritz JO, Bolsen KK (1993) Baling system for making laboratory-scale hay bales. Agron J 85:962–965
Kim Y, Mosier NS, Ladisch MR et al (2011) Comparative study on enzymatic digestibility of switchgrass varieties and harvests processed by leading pretreatment technologies. Bioresour Technol 102:11089–11096. doi:10.1016/j.biortech.2011.06.054
Mosier NS, Hendrickson R, Ho N et al (2005) Optimization of pH controlled liquid hot water pretreatment of corn stover. Bioresour Technol 96:1986–1993. doi:10.1016/j.biortech.2005.01.013
Shinners KJ (2000) Evaluation of methods to improve storage characteristics of large square bales in a humid climate. Appl Eng Agric 16:341–350
Martinson K, Coblentz W, Sheaffer C (2011) The effect of harvest moisture and bale wrapping on forage quality, temperature, and mold in orchardgrass hay. J Equine Vet Sci 31:711–716. doi:10.1016/j.jevs.2011.05.003
Sanderson MA, Egg RP, Wiselogel AE (1997) Biomass losses during harvest and storage of switchgrass. Biomass Bioenergy 12:107–114. doi:10.1016/S0961-9534(96)00068-2
Elander RT, Dale BE, Holtzapple M et al (2009) Summary of findings from the Biomass Refining Consortium for Applied Fundamentals and Innovation (CAFI): corn stover pretreatment. Cellulose 16:649–659. doi:10.1007/s10570-009-9308-y
Chen S-F, Mowery RA, Scarlata CJ, Chambliss CK (2007) Compositional analysis of water-soluble materials in corn stover. J Agric Food Chem 55:5912–5918. doi:10.1021/jf0700327
Wendt LM, Bonner IJ, Hoover AN, Emerson RM (2014) Influence of airflow on laboratory storage of high moisture corn stover. Bio Energy Res. doi:10.1007/s12155-014-9455-3
Garlock RJ, Balan V, Dale BE et al (2011) Comparative material balances around pretreatment technologies for the conversion of switchgrass to soluble sugars. Bioresour Technol 102:11063–11071. doi:10.1016/j.biortech.2011.04.002
Yang B, Wyman CE (2008) Pretreatment: the key to unlocking low-cost cellulosic ethanol. Biofuels Bioprod Bioref 2:26–40. doi:10.1002/bbb.49
Fahey GC, Bourquin EC, Titgemeyer EC (1994) Postharvest treatment of fibrous feedstuffs to improve their nutritive value. In: Forage quality, evaluation, and utilization. American Society of Agronomy, Madison, WI, pp 715–766