Beach-cast brown seaweed (Ascophyllum nodosum) for the extraction of bioactive compounds and production of hydrochar using subcritical water as a green solvent
Notice bibliographique
Résumé
Beach-cast brown seaweeds are a rich source of potential bioproducts but are currently either left to degrade on coastlines or harvested and discarded in landfills, becoming an environmental burden and resulting in underutilized biomass. This thesis explores the valorization of beach-cast seaweed using hydrothermal processing. A common brown seaweed, Ascophyllum nodosum, abundant along the North Atlantic seashores, is used to investigate lower temperature hydrothermal processing, subcritical water (SCW) extraction as an effective process to produce bioactive compounds (i.e., alginate, fucoidan, phenolics, and carotenoids) in liquid product while simultaneously producing a valuable solid by-product (hydrochar). A comprehensive literature review identified knowledge gaps in bioactive compound extraction and challenges in scaling SCW processing, guiding the subsequent experimental investigations. The beach-cast A. nodosum was extracted using an Accelerated Solvent Extractor (ASE) under high-pressure SCW conditions (100–200 °C and 100 bar) to evaluate its valorization potential. Experimental design, kinetic studies, and rate modeling identified temperature as the most critical parameter impacting the ASE process. The key bioactive compounds (crude alginate, crude fucoidan, and antioxidant-rich crude extract) and nutrients (minerals and vitamins) exhibited comparable yields and qualities to those reported from fresh seaweeds, demonstrating the feasibility of using beach-cast seaweed as a sustainable feedstock. The scalability of SCW was studied using a 600 mL bench-scale pressurized reactor under low-pressure SCW conditions (100–240 °C, 1–33 bar). A screening factorial design (SFD) and central composite design (CCD) were used to study the effects of final temperature, hold time at that final temperature, water-to-biomass ratio, water pH, and agitation speed. Final temperature and hold time were identified as the most significant parameters impacting yields and qualities of bioactive compounds and hydrochar. A key challenge identified in the SCW scale-up is the variability in heating times across reactors, which complicates process optimization and control. To address this, the severity factor (log Ro) was evaluated as a single parameter (0.59–5.10) to integrate final temperature (100–240 °C), heating time (31–99 min), and hold time (0–24 min) for beach-cast A. nodosum valorization. The results demonstrated that the SCW process could recover crude alginate (15.75 dry wt% at log Rₒ = 1.99), crude fucoidan (39.94 dry wt% at log Rₒ = 2.39), antioxidant-rich crude extract (53.84–55.07 dry wt% at log Rₒ = 3.18–3.22), and hydrochar (29.53 dry wt% at log Rₒ = 3.79) at the maximum yields and/or qualities. Characterization of solid and liquid products revealed potential applications across biofuels, animal feeds, diet supplements, cosmetics, and natural antioxidant ingredients. This thesis establishes a holistic framework for the sustainable valorization of beach-cast seaweeds. By demonstrating the conversion of “waste” A. nodosum into multiple high-value products, the research contributes to regional sustainability, supports zero-waste concepts, and provides practical design tools (i.e., severity factor) for guiding future SCW scale-up and industrial application.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».