Hvad er den bedste hvede til bioraffinering? CLAUS FELBY, DET NATURVIDENSKABELIGE FAKULTET KØBENHAVNS UNIVERSITET

Transkript

1 Hvad er den bedste hvede til bioraffinering? CLAUS FELBY, DET NATURVIDENSKABELIGE FAKULTET KØBENHAVNS UNIVERSITET

2 Bioraffinering af hvedehalm Hvad er vigtigt? Højt udbytte på marken Ensartet produkt Stabile leverancer Svampesporer? Højt udbytte på fabrikken KULSTOF: Cellulose, hemicellulose, stivelse, phenoler, voks, proteiner Uorganisk: Silikater 2

3 Hvede er ikke bare hvede Sort Plante Organer Væv Kerner Klid Stængel Blad Schlerencyme Parenchyme Phloem Xylem Epidermis Trakeider Fibre Karvæv Paranchym celler Marv væv 3 Celler Cellevæg Polymerer & molekyler Midt lamel Primær cellevæg Sekundær cellevæg Tertiær cellevæg Cellulose Hemicellulose Pektin Lignin

4 Højere udbytte Mere kvælstof giver mere halm 5.0, 5.5 og 5.8 t ha -1 ved 100, 160 og 220 kg N ha -1 40% forskel mellem lavest og højest ydende sort Langt mindre variation i kerneudbyttet % kg N/ha Baldwin et al. 2016

5 Skærbæk forsøg 2008 bioraffinering sukker udbytte - Stor skala, Heston baller Der er forskel! I dette forsøg ligger Smuggler signifikant højere og Skalmeje lavere Lindedam et al

6 Er der forskel på hvedehalm i et bioraffinaderi? Ja! Men hvorfor? Der er en stor fænotype variation sorterne ser forskellige ud Under nøjagtigt de samme forhold kan vi få 20% højere udbytte What is the phenotype variation found in the germplams of common wheat varities 3 årigt markforsøg på KU med test af: Sorter, gødning, lokalitet, dyrkningsår Måling på både laboratorie- og pilot-skala 6

7 Faculty of Science Der skal måles MANGE prøver - laboratorierobotter Vi simulerer en industriel proces, hvor prøven først formales, forbehandles og til sidst nedbrydes med enzymer. Dias 7

8 Kemi En masse tal, men der er ingen direkte sammenhæng mellem kemisk sammnensætning og omsættelighed Lindedam et al

9 Anatomi: Bladskeden går hele vejen rundt om stænglen Bladskede Stængel 9

10 Stor variation i blad/stængel mellem sorter Leaf-to-stem ratio 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Cultivars Whole above ground wheat plants, full leaf i.e. including leaf shet L/S ratio varies from 0.42 to Leaf-min %. Stem 48-68% 10 Zhang et al. 2014

11 Lav og høj blad/stængel sorter 11

12 Desto større mængden er af blade desto højere er omsætningsgraden Prøver med 0-100% blade eller stængel. Alle cultivarer viser samme trend Rene blade giver op til 30% højere udbytte end rene stængler. Sugar conversion 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 Abed Asano glucan Sejet Asano glucan Abed Asano xylan Sejet Asano xylan 0,3 Heng Z et al GCB Bioenergy , Leaf content % Hydrolysis condition: 10 FPU/g DM celluclast 1.5 L : novozyme 188 (w/w) 5:1; 10 min 190 C, pretreatment, 24 h saccharification

13 Hvorfor er blade mere omsættelige? Kemisk sammensætning viser kun mindre forskelle Er der fysiske forskelle? 13

14 Blade og stængler har forskellig kemi og struktur Component (%) Glucan Xylan Arabinan Galactan Lignin Ash Mass balance Blad Stængel Blad Stængel 14

15 Blade er mere tilgængelige for enzymer Ved at sammenligne hvordan vand er bundet i stængler og blade har vi fundet at vand bindes stærkere til cellevæggene i blade. Det betyder at de biologiske processer som kræver vand forløber nemmere og hurtigere Signal Intensity HT leaf HT stem Leaf Stem Primary water Capillary water 0,01 0, ms Experiment setup: milled samples, 23 % DM, 1 h in 40 o C oven. Samples analyzed on low field NMR 15

16 Er der så forskel på genotyper og fænotyper? Vi ved det ikke, endnu, men.. Effekten af genotyper på omsættelighed er formentlig begrænset Dyrkningspraksis og lokalitet ser ud til at være betydende Glucose og xylose udbytter

17 Separation af blade og stængler under høst Tærskeværket separerer ikke kun kerner og strå Blade og klid kommer ud først og ender på jorden Bjærgning af halm medtager en større andel af stængler 17

18 Skal halmstrengen vendes? Kerner Stængler, blade Klid, blade 18

19 Konklusioner Omsætteliggeden af hvedehalm varierer! Variationen skyldes en kombineret effekt af morphologi og kemi. En stor andel af blade er en fordel Dyrkningspraksis kan være vigtigt Almindelig forædling vil være et godt værktøj til at udvikle nye hvedesorter med bedre egenskaber/højere værdi til bioraffinering Mads Lisbeth 19