undefined

Enhancing Lignin-Carbohydrate Complexes Production and Properties With Machine Learning

Julkaisuvuosi

2024

Tekijät

Diment, Daryna; Löfgren, Joakim; Alopaeus, Marie; Stosiek, Matthias; Cho, MiJung; Xu, Chunlin; Hummel, Michael; Rigo, Davide; Rinke, Patrick; Balakshin, Mikhail

Abstrakti:

<p>Lignin-carbohydrate complexes (LCCs) present a unique opportunity for harnessing the synergy between lignin and carbohydrates for high-value product development. However, producing LCCs in high yields remains a significant challenge. In this study, we address this challenge with a novel approach for the targeted production of LCCs. We optimized the AquaSolv Omni (AqSO) biorefinery for the synthesis of LCCs with high carbohydrate content (up to 60/100 Ar) and high yields (up to 15 wt %) by employing machine learning (ML). Our method significantly improves the yield of LCCs compared to conventional procedures, such as ball milling and enzymatic hydrolysis. The ML approach was pivotal in tuning the biorefinery to achieve the best performance with a limited number of experimental trials. Specifically, we utilized Bayesian Optimization to iteratively gather data and examine the effects of key processing conditions–temperature, process severity, and liquid-to-solid ratio–on yield and carbohydrate content. Through Pareto front analysis, we identified optimal trade-offs between LCC yield and carbohydrate content, discovering extensive regions of processing conditions that produce LCCs with yields of 8–15 wt % and carbohydrate contents ranging from 10–40/100 Ar. To assess the potential of these LCCs for high-value applications, we measured their glass transition temperature (T <sub>g</sub>), surface tension, and antioxidant activity. Notably, we found that LCCs with high carbohydrate content generally exhibit low T <sub>g</sub> and surface tension. Our biorefinery concept, augmented by ML-guided optimization, represents a significant step toward scalable production of LCCs with tailored properties.</p>
Näytä enemmän

Organisaatiot ja tekijät

Aalto-yliopisto

Diment Daryna Orcid -palvelun logo

Rigo Davide

Löfgren Joakim

Stosiek Matthias Orcid -palvelun logo

Hummel Michael Orcid -palvelun logo

Cho Mijung

Balakshin Mikhail Orcid -palvelun logo

Rinke Patrick Orcid -palvelun logo

Åbo Akademi

Xu Chunlin Orcid -palvelun logo

Alopaeus Marie

Julkaisutyyppi

Julkaisumuoto

Artikkeli

Emojulkaisun tyyppi

Lehti

Artikkelin tyyppi

Alkuperäisartikkeli:

Yleisö

Tieteellinen

Vertaisarvioitu

Vertaisarvioitu

OKM:n julkaisutyyppiluokitus

A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä

Julkaisukanavan tiedot

Lehti/Sarja

ChemSusChem

Kustantaja

Wiley

Volyymi

18

Numero

8

Artikkelinumero

e202401711

Julkaisu­foorumi

53354

Julkaisufoorumitaso

2

Avoin saatavuus

Avoin saatavuus kustantajan palvelussa

Kyllä

Julkaisukanavan avoin saatavuus

Osittain avoin julkaisukanava

Rinnakkaistallennettu

Kyllä

Muut tiedot

Tieteenalat

Fysiikka; Kemia; Teknillinen kemia, kemian prosessitekniikka; Materiaalitekniikka

Avainsanat

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

Kustantajan kansainvälisyys

Kansainvälinen

Kieli

englanti

Kansainvälinen yhteisjulkaisu

Kyllä

Yhteisjulkaisu yrityksen kanssa

Ei

DOI

10.1002/cssc.202401711

Julkaisu kuuluu opetus- ja kulttuuriministeriön tiedonkeruuseen

Kyllä