The enzymatic recalcitrance of internodes of sugar cane hybrids with contrasting lignin contents

The recalcitrance in grasses varies according to cell type and maturation. The origin of the recalcitrance in different regions from sugar cane internodes with varied lignin contents was evaluated. The efficiency of enzymatic hydrolysis was correlated with the chemical, micromorphological and microspectrophotometric characteristics of the samples. The internodes of three sugar cane hybrids were dissected into four different fractions. The outermost fraction and the rind were the most recalcitrant regions, whereas the pith-rind interface and the pith were less recalcitrant. Cellulose conversion reached 86% after 72h of enzymatic digestion of the pith from the hybrid with the lowest lignin content. There was an inversely proportional correlation between the area occupied by vascular bundles and the efficiency of cellulose hydrolysis. High cellulose and low lignin or hemicellulose contents enhanced the efficiency of enzymatic hydrolysis of the polysaccharides. The critical evaluation of the results permitted to propose an empirical parameter for predicting cellulose conversion levels that accounts for the positive effect of high cellulose and low lignin plus hemicellulose and the detrimental effect of abundant vascular bundles. The cellulose conversion levels fit well to this calculated parameter, following a second order polynomial with an r2 value of 0.96. © 2013 Elsevier B.V.

Prediction of Klason lignin and lignin thermal degradation products by Py-GC/MS in a collection of Lolium and Festuca grasses

A rapid method for the analysis of biomass feedstocks was established to identify the quality of the pyrolysis products likely to impact on bio-oil production. A total of 15 Lolium and Festuca grasses known to exhibit a range of Klason lignin contents were analysed by pyroprobe-GC/MS (Py-GC/MS) to determine the composition of the thermal degradation products of lignin. The identification of key marker compounds which are the derivatives of the three major lignin subunits (G, H, and S) allowed pyroprobe-GC/MS to be statistically correlated to the Klason lignin content of the biomass using the partial least-square method to produce a calibration model. Data from this multivariate modelling procedure was then applied to identify likely "key marker" ions representative of the lignin subunits from the mass spectral data. The combined total abundance of the identified key markers for the lignin subunits exhibited a linear relationship with the Klason lignin content. In addition the effect of alkali metal concentration on optimum pyrolysis characteristics was also examined. Washing of the grass samples removed approximately 70% of the metals and changed the characteristics of the thermal degradation process and products. Overall the data indicate that both the organic and inorganic specification of the biofuel impacts on the pyrolysis process and that pyroprobe-GC/MS is a suitable analytical technique to asses lignin composition. © 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

A Preliminary Assessment of Aqueous Ethanol Pulping of Bagasse: the Ecopulp Process

SRI has examined the organosolv (organic solvation) pulping of Australian bagasse using technology supplied by Ecopulp. In the process, bagasse is reacted with aqueous ethanol in a digester at elevated temperatures (between 150ºC and 200ºC). The products from the digester are separated using proprietary technology before further processing into a range of saleable products. Test trials were undertaken using two batch digesters; the first capable of pulping about 25 g of wet depithed bagasse and the second, larger samples of about 1.5 kg of wet depithed bagasse. From this study, the unbleached pulp produced from fresh bagasse did not have very good strength properties for the production of corrugated medium for cartons and bleached pulp. In particular, the lignin contents as indicated by the Kappa number for the unbleached pulps are high for making bleached pulp. However, in spite of the high lignin content, it is possible to bleach the pulp to acceptable levels of brightness up to 86.6% ISO. The economics were assessed for three tier pricing (namely low, medium and high price). The economic return for a plant that produces 100 air dry t/d of brownstock pulp is satisfactory for both high and medium pricing levels of pricing. The outcomes from the project justify that work should continue through to either pilot plant or upgraded laboratory facility.

Transcript and metabolite profiling for the evaluation of tobacco tree and poplar as feedstock for the bio-based industry

The global demand for food, feed, energy and water poses extraordinary challenges for future generations. It is evident that robust platforms for the exploration of renewable resources are necessary to overcome these challenges. Within the multinational framework MultiBioPro we are developing biorefinery pipelines to maximize the use of plant biomass. More specifically, we use poplar and tobacco tree (Nicotiana glauca) as target crop species for improving saccharification, isoprenoid, long chain hydrocarbon contents, fiber quality, and suberin and lignin contents. The methods used to obtain these outputs include GC-MS, LC-MS and RNA sequencing platforms. The metabolite pipelines are well established tools to generate these types of data, but also have the limitations in that only well characterized metabolites can be used. The deep sequencing will allow us to include all transcripts present during the developmental stages of the tobacco tree leaf, but has to be mapped back to the sequence of Nicotiana tabacum. With these set-ups, we aim at a basic understanding for underlying processes and at establishing an industrial framework to exploit the outcomes. In a more long term perspective, we believe that data generated here will provide means for a sustainable biorefinery process using poplar and tobacco tree as raw material. To date the basal level of metabolites in the samples have been analyzed and the protocols utilized are provided in this article.

Caracterização e utilização do resíduo de palha de milho para obtenção de nanocelulose

Esta Dissertação discorre sobre a pesquisa de caracterização de palha de milho e a sua utilização como matéria prima para a obtenção de nanocelulose. Segundo o IBGE, este resíduo agrícola foi produzido no Brasil, no ano de 2013, em cerca de seis milhões de toneladas. As amostras deste resíduo lignocelulósico utilizadas neste trabalho foram coletadas na forma cotidiana de descarte mais frequentemente encontrada em supermercados e feiras livres. Procedeu-se, então, ao beneficiamento mecânico, beneficiamento químico (mercerização e branqueamento) e hidrólise ácida dessas amostras, o que produziu os seguintes materiais: palha de milho beneficiada mecanicamente, palha de milho beneficiada quimicamente e nanocelulose. Cada um destes materiais foi caracterizado, conforme o tipo, por menos ou mais dos seguintes ensaios: determinação de densidade, determinação de umidade, determinação do teor de cinzas, resistência à tração, determinação do teor de extraíveis, determinação do teor de holocelulose, determinação do teor de hemicelulose, determinação do teor de alfacelulose, determinação do teor de lignina, análise termogravimétrica (TGA), espectroscopia por infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), índice de cristalinidade por difração de raios-x (CrI), medição do tamanho de partícula por espalhamento de luz dinâmico (DLS), morfologia por microscopia eletrônica de varredura (SEM) e determinação do rendimento dos produtos de hidrólise. Nesta pesquisa também se estudou, empregando a técnica de planejamento de experimento fatorial com ponto central, a influência dos fatores razão fibra/ácido e tempo da reação na obtenção da nanocelulose, conseguida com êxito em todos os experimentos executados com a palha de milho que foi branqueada de forma efetiva neste trabalho

Process Improvement of Coir Pith Degradation Involving White Rot Fungi By Substitution of Urea With Nitrogen Fixing Bacteria and Application of Biodegraded Coir Pith as Plant Growth Medium

In this study, a novel improved technology could be developed to convert the recalcitrant coir pith into environmental friendly organic manure. The standard method of composting involves the substitution of urea with nitrogen fixing bacteria viz. Azotobacter vinelandii and Azospirillum brasilense leading to the development of an improved method of coir pith. The combined action of the microorganisms could enhance the biodegradation of coir pith. In the present study, Pleurotus sajor caju, an edible mushroom which has the ability to degrade coir pith, and the addition of nitrogen fixing bacteria like Azotobacter vinelandii and Azospirillum brasilense could accelerate the action of the fungi on coir pith. The use of these microorganisms brings about definite changes in the NPK, Ammonia, Organic Carbon and Lignin contents in coir pith. This study will encourage the use of biodegraded coir pith as organic manure for agri/horti purpose to get better yields and can serve as a better technology to solve the problem of accumulated coir pith in coir based industries

Bagaço de cana-de-açúcar tratado com hidróxido de sódio

O experimento foi conduzido com o objetivo de avaliar a composição química e a digestibilidade in vitro da matéria seca (MS) do bagaço de cana-de-açúcar contendo 60% de MS submetido a doses crescentes de hidróxido de sódio (NaOH) (0; 2,5; 5 e 7,5% de uma solução 2:1 de água:NaOH na MS) em diferentes períodos de tratamento (1, 3, 5 e 7 dias). Foram utilizados baldes plásticos com capacidade de 10 L, mantidos em uma câmara climática à temperatura constante de 25ºC. Não foi verificado efeito dos tratamentos (dose de NaOH e dias de tratamento) sobre os teores de PB, que apresentaram valor médio de 1,6%. A MS aumentou com os dias de tratamento, não sendo observadas alterações para essa variável em relação às doses crescentes de NaOH. Foi observada redução das frações de FDN, FDA, celulose (CEL), hemicelulose (HEM) e lignina (LIG). A digestibilidade in vitro da matéria seca (DIVMS) e o teor de sódio aumentaram quando o bagaço de cana foi submetido a doses crescentes de NaOH, mas não foi observado efeito do período de tratamento sobre essas variáveis. O valor nutritivo do bagaço de cana é melhorado com a adição de NaOH, comprovado pela redução nos constituintes da parede celular e pelo aumento na DIVMS.

Avaliação de fontes de urease na amonização de fenos de Brachiaria brizantha com dois teores de umidade

O efeito da amonização com uréia (5,0% matéria seca) do feno de Brachiaria brizantha, com dois teores de umidade (15 ou 30% de umidade), associado a três fontes de urease (feno de capim Brachiaria decumbens, capim-elefante [Pennisetum purpureum] e leucena [Leucaena leucocephala]), foi avaliado. Foram determinados os teores de proteína bruta (PB), fração solúvel (A), frações de proteína verdadeira solúvel e insolúvel em borato fosfato (B1 e B2), fração de proteína potencialmente degradável (B3) e fração da proteína insolúvel em detergente ácido (C). Avaliaram-se os teores de fibra em detergente neutro (FDN), fibra em detergente ácido (FDA), celulose (CEL), hemicelulose (HEM) e lignina (LIG) e digestibilidade in vitro da matéria seca (DIVMS). O delineamento experimental foi o de blocos inteiramente casualizados, com 10 tratamentos (dois controles, 15 e 30% umidade, sem uréia e sem urease; dois controles, 15 e 30% umidade, com uréia e sem urease; seis combinações de fontes de urease e conteúdo de umidade) e três repetições. A amonização dos fenos com diferentes conteúdos de umidade, associados a fontes de urease, aumentou os teores de PB e da fração A, mas não afetou B1 e B2. Contudo, as frações B3 e C diminuíram em reposta à amonização. A aplicação de uréia nos fenos de 30% de umidade, associados ou não a fontes de urease, diminuiu os teores de FDN. A adição de fontes de urease não alterou os teores dos constituintes da parede celular, quando comparada aos tratamentos amonizados com uréia. Os tratamentos aplicados não proporcionaram efeitos consistentes sobre os teores de FDA e de CEL dos fenos e não afetaram os teores de LIG. A aplicação de uréia associada a 15 ou 30% de umidade foi favorável para aumentar o nitrogênio solúvel do feno de Brachiaria brizantha e diminuir o nitrogênio indisponível para o ruminante.

Análise química da madeira e casca de diferentes tipos de eucalipto antes e durante o cultivo de shiitake em toras

Avaliaram-se a composição química da madeira e da casca de sete espécies (E. saligna E. grandis, E. urophylla, E. camaldulensis, E. citriodora, E. paniculata e E. pellita) e três clones de eucalipto (híbridos de E. grandis x E. urophylla), antes e durante o cultivo das linhagens LE-95/01 e LE-96/18 de shiitake (Lentinula edodes), em toras. Cada linhagem de shiitake foi inoculada em nove toras de cada tipo de eucalipto com 1 m de comprimento e 9 a 14 cm de diâmetro. Assim, o delineamento experimental foi inteiramente casualizado, com 20 tratamentos e nove repetições, sendo cada repetição correspondente a uma tora. As toras foram mantidas em estufa climatizada, com temperatura de 25 ºC ± 5 e umidade relativa do ar entre 60-80%, durante 12 meses. Para a determinação da composição química da madeira, analisaram-se cunhas de discos e cascas de eucalipto recém-cortadas (sem inoculação das linhagens de L. edodes) e cunhas de discos e cascas retirados de toras já inoculadas com as linhagens de L. edodes após oito meses de incubação. Os resultados mostraram diferenças nos teores de holocelulose, lignina e extrativos totais na madeira e casca após o corte e depois de oito meses de incubação nas espécies e clones de eucalipto; o maior índice de decomposição da holocelulose na madeira, ao longo do tempo, ocorreu no E. saligna (5,5%), indicando, assim, ser o mais favorável para o desenvolvimento micelial do L. edodes. Já na casca aconteceu no clone 24 (22,2%). O E. camaldulensis apresentou o maior índice de decomposição da lignina na madeira (6,8%), ao longo do tempo. Já na casca, entre os eucaliptos testados, o E. grandis sofreu a maior decomposição de lignina (21,9%); o L. edodes degradou muito mais a holocelulose e lignina da casca que da madeira, tornando evidente a importância da casca; a casca da maioria dos tipos de eucaliptos apresentou menor teor de holocelulose, maior teor de extrativos totais e teores de lignina semelhantes ou superiores quando comparados com a madeira. O fator tipo de eucalipto (espécies e clones) teve maior efeito que o fator linhagem de L. edodes na degradação da holocelulose e lignina.

Época de sobressemeadura de gramíneas anuais de inverno e de verão no capim-tifton 85: valor nutritivo

Conduziu-se o experimento na UNESP-Jaboticabal, no período de inverno-primavera-verão de 2001-2002, objetivando determinar os teores de proteína bruta (PB), parede celular (FDN, FDA, lignina, celulose e hemicelulose) e a digestibilidade in vitro da matéria orgânica (DIVMO) no capim-Tifton 85 exclusivo e sobressemeado com aveia preta, milheto e sorgo-sudão. Os tratamentos testados foram: milheto+aveia preta; AG2501C+aveia preta, sobressemeados nas áreas de Tifton-85, em 19-06 ou 02-07-2002, e capim-Tifton 85 (Testemunha). O delineamento experimental foi de blocos casualizados, com três repetições. Os teores de PB foram maiores na primeira avaliação quando comparada às demais. Observou-se aumento nos teores de FDN, FDA e lignina, e comportamento inverso nos valores de DIVMO, em relação aos períodos de crescimento, nas duas épocas de semeadura. Os teores avaliados de PB, parede celular e DIVMO apresentaram variação em função da composição botânica e morfológica, no decorrer das avaliações e épocas de semeadura.

Composição química e digestibilidade de fenos tratados com amônia anidra ou uréia

O experimento foi conduzido para se avaliarem as alterações na composição química e na digestibilidade in vitro da matéria seca (DIVMS) dos fenos de Brachiaria decumbens Stapf, Brachiaria brizantha (Hochst ex. A. Rich) Stapf e jaraguá (Hyparrhenia rufa Ness Stapf), colhidos no estádio de maturação das sementes e tratados com amônia anidra (3,0% MS) ou uréia (5,4% MS). A análise dos dados demonstra que a amonização diminuiu os conteúdos de FDN e hemicelulose com a mesma eficiência. Os tratamentos químicos não alteraram os teores de FDA, celulose e lignina. Observou-se aumento nos teores de compostos nitrogenados, como N total e N insolúvel em detergente ácido (NIDA) em resposta à amonização. A relação NIDA/NT diminuiu com a amonização, aumentando a quantidade de N disponível para a digestão. A DIVMS aumentou em resposta às alterações observadas na composição química da fração fibrosa e incremento no conteúdo de N prontamente digestível dos fenos tratados.

Avaliação de fontes de amônia para o tratamento de fenos de gramíneas tropicais. 1. Constituintes da parede celular, poder tampão e atividade ureática

Avaliaram-se as alterações da fração fibrosa e as características químicas dos fenos de braquiária decumbens (Brachiaria decumbnes Stapf) e jaraguá (Hyparrhenia rufa Ness Stapf) não-tratados, tratados com uréia (U-5,4% da MS), uréia (UL-5,4% da MS) mais labe-labe (Lablab purpureus L. Sweet, cv. Highworth-3,0% da MS) ou amônia anidra (NH3 -3,0% da MS). O tratamento químico com uréia ou NH3 aumentou o pH e a digestibilidade in vitro verdadeira dos fenos. A amonização não alterou os teores de fibra em detergente ácido e celulose, mas diminuiu os de fibra em detergente neutro, hemicelulose e lignina. O uso do labe-labe como fonte adicional de urease não aumentou a eficiência da uréia no tratamento dos volumosos. As avaliações do conteúdo de umidade, do poder tampão e da atividade ureática são técnicas que podem auxiliar na previsão das respostas dos volumosos à amonização com o uso de uréia.

Estádio de Desenvolvimento do Milho. 2. Efeito sobre o Consumo e a Digestibilidade da Silagem em Ovinos

Corn plants were ensiled at the milk, milk-early dough, medium dough, and semi-hard dough stages. The intake and digestibility trials showed that: a) silage DM and NFE contents increased and ADF, cellulose, and lignin contents decreased with plant maturity; b) corn plant maturity had little effect on the digestibility of the silages, but the milk and medium dough stages produced the best results; c) no consistent effect of maturity was observed in DM and CP daily intakes (mean values 41.86 and 26.77/g/kg(75), respectively). Nevertheless, daily digestible dry matter and digestible protein intakes (g/kg(75)) were higher with medium-dough grains (31.74 and 1.97g, respectively) than with the milk (23.27 and 1.45g, respectively) and the milk-early dough stages (22.60 and 1.28g, respectively). However, similar intakes were observed with the medium-dough and semi-hard dough stages. Total digestible nutrient contents of the silages were affected little by corn plant maturity. Nevertheless, statistical differences were Found between the medium dough (70.09%) and the milk-early dough stages (63.07%).

Avaliação do triticale (X triticosecale wittimack) para silagem

Silages from three cultivars of triticale (X Triticosecale wittimack) were evaluated at the UNESP, Jaboticabal, Brazil. The cultivars FCA VJ-CB-01, FCA VJ-CB-02, and FCA VJ-CB-03 were harvested for silage in three growing stages of maturity; beginning of flowering, (S1), milk stage (S2), and dough stages (S3). Data were analyzed by randomized complete block with three replications. The DM (%) values increased while the CP (%DM) and buffering capacity (me HCl/100 g DM) decreased with plant development. Silages of plants harvested at S3 stage had higher pH and N-NH3 values compared to the S1 and S2 silages. The soluble carbohydrates contents (%DM) were higher at the S2 stage (16.9%) and were not different at the S1 (8.7%) and S3 (9.2%) stages. The crude energy contents (Kcal/kg MS) increased while the ADF, NDF, cellulose, and hemicellulose (DM%) decreased due to the presence of dough grains. This was not observed with the lignin contents. The IVDMD values were 66.3, 60.1 and 58.9%, for plants harvested at the S1, S2, and S3 stages, respectively. The results showed that there was no difference among for chemical composition, crude energy, and for IVDMD.

Produção, composição bromatológica e índice de clorofila de braquiárias após o consórcio com milho

We evaluated the effect of fertilization with 0, 50, 100 and 200 kg/ha of N, applied in each four growth intervals in the winter/spring season on dry matter yield in 30 days (DMY), leaf chlorophyll index (LCI) and total digestible nutrients (TDN), crude protein (CP), neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber (ADF) and lignin contents, and correlation equations of LCI with DMY and CP content in the marandu and ruziziensis grasses after intercrop arrangements with corn in Red Latosol (Oxisol) under irrigation. The major DMY occurred with photoperiod increasing, however, there were different responses to this attribute over of growth intervals, between and among the grasses with the N fertilization. In irrigated croplivestock integration under savannah soil is technicality viable the cultivation of marandu and ruziziensis grasses, established by intercrop with corn at sowing or at the N fertilization. As even, in the N fertilization absence, produced satisfactory amounts of forage, with 1733 kg/ha (DMY), at the time of greatest scarcity of roughage to animals (winter/spring season). However, after the corn harvest, the N fertilization increase the DMY and improves the chemical composition, increasing the LCI, and CP and TDN contents, and decreasing NDF and ADF contents in the winter/spring season.The best correlation equations in function of LCI were logatithmica for DMY and potential for CP of the marandu grass and potential for both attributes of the ruziziensis grass.