Lepiz-Aguilar, Leonardo;Rodriguez-Rodriguez, Carlos E.;Arias, Maria Laura;Lutz, Giselle
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.23
no.8
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pp.1092-1098
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2013
Cassava constitutes an abundant substrate in tropical regions. The production of butanol in ABE fermentation by Clostridium beijerinckii BA101 using cassava flour (CF) was scaled-up to bioreactor level (5 L). Optimized fermentation conditions were applied; that is, $40^{\circ}C$, 60 g/l CF, and enzymatic pretreatment of the substrate. The batch fermentation profile presented an acidogenic phase for the first 24 h and a solventogenic phase afterwards. An average of 37.01 g/l ABE was produced after 83 h, with a productivity of 0.446 g/l/h. Butanol production was 25.71 g/l with a productivity of 0.310 g/l/h, high or similar to analogous batch processes described for other substrates. Solvent separation by different combinations of fractioned and azeotropic distillation and liquid-liquid separation were assessed to evaluate energetic and economic costs in downstream processing. Results suggest that the use of cassava as a substrate in ABE fermentation could be a cost-effective way of producing butanol in tropical regions.
Acetone-butanol-ethanol (ABE) fermentation by the anaerobic bacterium Clostridium acetobutylicum has been considered a promising process of industrial biofuel production. Phosphotransbutyrylase (phosphate butyryltransferase, PTB) plays a crucial role in butyrate metabolism by catalyzing the reversible conversion of butyryl-CoA into butyryl phosphate. Here, we report the crystal structure of PTB from the Clostridial host for ABE fermentation, C. acetobutylicum, (CaPTB) at a 2.9 Å resolution. The overall structure of the CaPTB monomer is quite similar to those of other acyltransferases, with some regional structural differences. The monomeric structure of CaPTB consists of two distinct domains, the N- and C-terminal domains. The active site cleft was formed at the interface between the two domains. Interestingly, the crystal structure of CaPTB contained eight molecules per asymmetric unit, forming an octamer, and the size-exclusion chromatography experiment also suggested that the enzyme exists as an octamer in solution. The structural analysis of CaPTB identifies the substrate binding mode of the enzyme and comparisons with other acyltransferase structures lead us to speculate that the enzyme undergoes a conformational change upon binding of its substrate.
In this paper, polymer composite membranes and ceramic composite membranes were prepared in order to compare differences in pervaporation performances relative to the support layers. PVDF was used for the polymer support layers, and $a-Al_2O_3$ was used for the ceramic support layers. For active layer was coated for PDMS, which is a rubbery polymer. The characterization of membranes were analysed by SEM, contact angle, and XPS. We studied performances relative to the composite membrane support layers in the ABE mixture solutions. The results of the pervaporation, the flux of the ceramic composite membrane was shown to be $250.87g/m^2h$, which was higher than that of polymer composite membranes, at $195.64g/m^2h$. However, it was determined that the separation factor of the polymer composite membranes was 31.98 which were higher than that of the ceramic composite membranes, at 20.66.
Clostridium acetobutylicum Bl8 can produce a large amount of butanol by control characteristics such as glucose concentration, pH and extra nutrient. It is known that this stain is potentially useful in simultaneous ABE fermentation-seperation system because of its low acid $production^{1).}$ The purpose of this study is to determine optimal condition of fermentation to produce maximum butanol in batch and fed-batch by strain Bl8.
Kwon, Jeong Eun;Gwak, Seung Hee;Kim, Jin A;Ryu, Ji A;Park, Sang Eon;Baek, Yoon Seo;Heo, A Jeong;Kim, Sung-Koo
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.45
no.3
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pp.236-242
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2017
The conversion of marine biomass to renewable energy has been considered an alternative to fossil fuels. Butanol, in particular, can be used directly as a fuel. In this experiment, the brown alga Undaria pinnatifida was selected as a biomass for biobutanol production. Hyper thermal (HT) acid hydrolysis was used as an acid hydrolysis method to produce monosaccharides. The optimal pretreatment conditions for U. pinnatifida were determined as slurry with 10% (w/v) U. pinnatifida content and 270 mM $H_2SO_4$, and heating at $160^{\circ}C$ for 7.5 min. Enzymatic saccharification was carried out with Celluclast 1.5 L, Viscozyme L, and Ultraflo Max. The optimal saccharification condition was 12 U/ml Viscozyme L. Fermentations were carried out for the production of acetone, butanol, and ethanol by Clostridium acetobutylicum KCTC 1724, Clostridium beijerinckii KCTC 1785, and Clostridium tyrobutyricum KCTC 5387. The fermentations were carried out using a pH-control. The optimal ABE fermentation condition determined using C. acetobutylicum KCTC 1724 adapted to 160 g/l mannitol. An ABE concentration of 9.05 g/l (0.99 g/l acetone, 5.62 g/l butanol, 2.44 g/l ethanol) was obtained by the consumption of 24.14 g/l monosaccharide with $Y_{ABE}$ of 0.37 in pH 5.0.
Recently, bio-butanol is being promoted as environmentally friendly sustainable energy. However, some problems are still obstacle for commercialization of bio-butanol: the development of cheap biomass and enhancement of fermentation ratio and preparation of economical separation process for fermented products. In the conventional ABE biobutanol fermentation process, organic acids with acetone, butanol, and ethanol are produced. Therefore, it is necessary to study phase equilibrium data and mixture properties for the design and operation of separation process. However, there is lack of design data for organic acids except acetic acid contained system. In this study, therefore, binary solid-liquid equilibria (SLE) and mixture properties: the excess molar volumes ($V^E$), molar refraction deviation (${\Delta}R$) and deviation of viscosity (${\Delta}v$) at 298.15 for $C_3-C_6$ organic acid were reported. The experimental SLE data were correlated with the NRTL and UNIQUAC activity coefficient model with less than 0.5 K of root mean square deviation (RMSD). In addition, $V^E$, ${\Delta}R$ and ${\Delta}v$ for the same binary systems were satisfactorily fitted using the Redlich-Kister polynomial with less than ca. 0.004 standard deviation.
Kim, Woohyun;Eom, Moon-Ho;Lee, Sang-Hyun;Choi, Jin-Dal-Rae;Park, Sunwon
Korean Chemical Engineering Research
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v.51
no.2
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pp.226-232
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2013
To produce biobutanol, fermentation processes using clostridia that mainly produce acetone, butanol and ethanol are used. In this work, a dynamic model describing the metabolic reactions in an acetone-butanol-ethanol (ABE)-producing clostridium, Clostridium acetobutylicum ATCC824, was proposed. To estimate the 58 kinetic parameters of the metabolic network model with experimental data obtained from a batch fermentor, we used an efficient optimization method combining a genetic algorithm and the Levenberg-Marquardt method because of the complexity of the metabolism of the clostridium. For the verification of the determined parameters, the developed metabolic model was evaluated by experiments where genetically modified clostridium was used and the initial concentration of glucose was changed. Consequently, we found that the developed kinetic model for the metabolic network was considered to describe the dynamic metabolic state of the clostridium sufficiently. Thus, this dynamic model for the metabolic reactions will contribute to designing the clostridium as well as the fermentor for higher productivity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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