Potential of Deep Eutectic Solvent Pretreatment for Xylooligosaccharides Production From Corncob

Abstract

Enzymatic hydrolysis of xylan to produce xylooligosaccharides (XOS) requires pretreatment of the feedstock lignocellulosic biomass. The current pretreatments have some disadvantages, such as the use of harsh chemicals, high energy requirements, and impurity generation. This study aimed to develop a greener method for high-purity XOS production based on mild pretreatment of corncob and subsequent enzymatic hydrolysis. Both deep eutectic solvent (DES) and dilute alkali pretreatments provided approximately 65% lignin removal from the corncob, while 80% of the xylan remained in the solid. When corncob was treated with DES at 130 ○C for 2 h, the total XOS yield in the hydrolysis was 44.1%, and the yield of xylotriose and xylobiose (LDP XOS) was 39.7% based on feedstock xylan. Dilute alkali treatment of corncob at 30 oC for 8 h, provided a total XOS yield and LDP XOS yields of 41.6% and 33.4%, respectively. The enzyme was removed from the XOS solution, while most of the LDP XOS was recovered, using the ultrafiltration system with a 10 kDa membrane. Fermentable sugars were produced from the spent solids as a secondary product using cellulase hydrolysis. This study suggested that DES and dilute alkali-based processes can be considered an eco-friendly approach to XOS production. Since XOS was mostly composed of LDP XOS, they can be preferred as food additives.

Ksilooligosakkaritler (KOS) üretmek için ksilanın enzimatik hidrolizi, hammadde lignoselülozik biyokütlenin ön işleme tabi tutulmasını gerektirir. Mevcut önişlemler, sert kimyasalların kullanımı, yüksek enerji gereksinimleri ve safsızlık oluşumu gibi bazı dezavantajlara sahiptir. Bu çalışmada, mısır koçanına hafif önişlem ve ardından enzimatik hidroliz uygulanmasıyla yüksek saflıkta KOS üretimi için daha çevreci bir yöntem geliştirilmesi amaçlanmıştır. Hem derin ötektik çözücü (DES) hem de seyreltik alkali önişlemleri mısır koçanından yaklaşık %65 lignin uzaklaşması sağlarken, ksilanın %80'i katıda kalmıştır. Mısır koçanı, 130 °C'de 2 sa. boyunca DES ile muamele edildiğinde, hidrolizdeki toplam KOS verimi %44,1 ve ksilotrioz ve ksilobioz (LDP KOS) verimi, hammadde ksilanına dayalı olarak %39,7 idi. Mısır koçanına 30 oC'de 8 sa. boyunca uygulanan seyreltilmiş alkali muamelesi, sırasıyla %41.6 ve %33.4 toplam KOS ve LDP KOS verimi sağlamıştır. Enzim, KOS çözeltisinden uzaklaştırılırken, LDP KOS'un çoğu, 10 kDa'lık bir membran ile ultrafiltrasyon sistemi kullanılarak geri kazanılmıştır. Selülaz hidrolizi kullanılarak ikincil bir ürün olarak kullanılmış katılardan fermente edilebilir şekerler üretilmiştir. Bu çalışma, DES ve seyreltik alkali bazlı süreçlerin KOS üretimine çevre dostu bir yaklaşım olarak kabul edilebileceğini öne sürmüştür. KOS çoğunlukla LDP KOS'tan oluştuğu için gıda katkı maddesi olarak tercih edilebilir.