Enzymatic hydrolysate from non pre-treated biomass of yellow poplar (Liriodendron tulipifera) was prepared and used as resource for bioethanol production. Fresh branch (1 year old) of yellow poplar biomass was found to be a good resource for achieving high saccharification yields and bioethanol production. Chemical composition of yellow poplar varied significantly depending upon age of tree. Cellulose content in fresh branch and log (12 years old) of yellow poplar was 44.7 and 46.7% respectively. Enzymatic hydrolysis of raw biomass was carried out with commercial enzymes. Fresh branch of yellow poplar hydrolyzed more easily than log of yellow poplar tree. After 72 h of enzyme treatment the glucose concentration from Fresh branch of yellow poplar was 1.46 g/L and for the same treatment period log of yellow poplar produced 1.23 g/L of glucose. Saccharomyces cerevisiae KCTC 7296 fermented the enzyme hydrolysate to ethanol, however ethanol production was similar (~1.4 g/L) from both fresh branch and log yellow poplar hydrolysates after 96 h.
바이오매스 가수분해액으로부터 당을 정제하는 동안 발효 저해물질들의 선택적인 제거 및 회수는 목질계 바이오매스로부터 바이오 알코올을 생성하는 전체 공정의 경제적 효율성을 높일 수 있다. 이 연구에서는 에멀젼형 액막계에서 페놀화합물이 없는 모사 바이오매스 가수분해액에 있는 푸란유도체가 초산 추출에 미치는 영향이 조사되었다. 특별한 조작 조건하에서 5분내에 99%이상의 초산을 추출할 수 있었으며, 이 때 푸르푸랄과 5-hydroxymethylfurfural의 추출율은 각각 10%와 4% 내외의 값을 가졌다. 또한, 원료상에 있는 푸란유도체들의 초기 농도가 높을수록 초산의 추출속도는 낮았는데, 푸르푸랄이 5-hydroxymethylfurfural 보다 그 영향이 더 컸다. 따라서, 초산 추출 전에 가수분해액으로부터 푸르푸랄을 우선적으로 제거한다면 에멀젼형 액막법이 보다 경제성이 있는 초산 제거법이 될 것으로 보인다.
Lactic acid(젖산)는 가장 널리 사용되는 Hydroxy-carboxylic acid로서 일반적으로 식품, 화장품, 의약품 및 화학산업의 원료로 사용된다. 하지만 다양한 분야의 적용과 대량생산의 광범위한 잠재력에도 불구하고 원재료의 높은 가격으로 인하여 Lactic acid 생산의 주된 문제가 된다. Lactic acid는 발효 또는 화학적 합성에 의하여 얻어진다. 최근, 자연적으로 생산되는 Lactic acid의 시장 수요가 증가하여 미생물 발효 방법에 의한 Lactic acid 생산을 일반적으로 사용한다. 일반적으로 Lactic acid 생산의 원재료는 순수한 전분 또는 글루코오스를 이용한다. 이의 경제적인 원재료의 대안으로, 지구상에서 가장 풍부한 재생가능 자원인 바이오매스를 가수분해물로 전환하여 이용한다. 본 연구에서는 Lactobacillus rhamnosus ATCC 10863을 이용하여 전처리 된 가수분해물로부터 발효 방법에 의해 L(+)-Lactic acid를 생산하였다. 전처리 된 가수분해물은 암모니아 침출 공정(AP) 후 효소 당화에 의하여 얻었다. 효과적으로 Lactic acid 생산 수율과 전환율을 높이기 위하여 순수 글루코오스 조건에서 배지, 온도, 글루코오스 농도를 조절하여 수행하였다. 발효 최적조건에서 순수 글루코오스와 가수분해물의 Lactic acid 생산을 비교하였다.
Batch cultivations of Anaerobiospirillum succiniciproducens have been systematically studied for the economical production of succinic acid from wood hydrolysate with corn steep liquor(CSL) as a nitrogen source. CSL was found to be an alternative complex nitrogen source for A. succiniciproducens when glucose and wood hydrolysate were used as carbon sources. Compared with polypeptone and/or yeast extract, CSL had similar effects on fermentation performance such as succinic acid yield and a ratio of succinic acid to acetic acid in the fermentation of wood hydrolysate as well as glucose. This means that succinic acid can be produced more economically from wood hydrolysate and CSL than relatively expensive carbon and nitrogen sources. Besides its low cost, the alternative medium served as a green technology for succinic acid production because it gives a net-zero effect on global warming.
초임계수 처리를 통하여 얻어진 목질계 바이오매스 가수분해 물을 이용한 바이오 에탄올 생산에 대하여 연구하였다. 초임계수 처리 가수분해물은 바이오에탄올 생산을 위한 배지의 탄소원으로 사용되었다. 농축된 초임계수 처리 가수분해물 (SCW3)을 사용하여 효모를 배양하였을 때, 다른 두 가지 초임계수 처리 가수분해물 (SCW1, SCW2) 을 사용한 경우에 비하여 효모의 성장속도가 늦었다. 그리고 모든 경우에 0.51에서 0.56 (%, w/v)의 바이오 에탄올이 생산되었다. 그래서 농축된 초임계수 처리 가수분해물 (SCW3)을 활성탄과 수산화 칼슘으로 전처리하여 페놀류 독성물질을 제거하였다. 활성탄 전처리가 보다 효과적으로 94.6%의 페놀류 화합물을 제거하였고, 바이오 에탄올도 0.96 (%, w/v) 생산 할 수 있게 하였고, 환원당을 기준으로 한 바이오에탄올 수율도 0.5에 이르렀다.
A composite microbial system (XDC-2) was used to pretreat and hydrolyze corn stalk to enhance anaerobic digestion. The results of pretreatment indicated that sCOD concentrations of hydrolysate were highest (8,233 mg/l) at the fifth day. XDC-2 efficiently degraded the corn stalk by nearly 45%, decreasing the cellulose content by 22.7% and the hemicellulose content by 74.1%. Total levels of volatile products peaked on the fifth day. The six major compounds present were ethanol (0.29 g/l), acetic acid (0.55 g/l), 1,2-ethanediol (0.49 g/l), propionic acid (0.15 g/l), butyric acid (0.22 g/l), and glycerine (2.48 g/l). The results of anaerobic digestion showed that corn stalks treated by XDC-2 produced 68.3% more total biogas and 87.9% more total methane than untreated controls. The technical digestion time for the treated corn stalks was 35.7% shorter than without treatment. The composite microbial system pretreatment could be a cost-effective and environmentally friendly microbial method for efficient biological conversion of corn stalk into bioenergy.
Biofuel has been considered as promising renewable energy to solve various problems that result from increasing usage of fossil fuels since the early 20th century. In terms of chemical and physical properties as fuel, biobutanol has more merits than bioethanol. It could replace gasoline for transportation and industrial demand is increasing significantly. Production of butanol can be achieved by chemical synthesis or by microbial fermentation. The water hyacinth, an aquatic macrophyte, originated from tropical South America but is currently distributed all over the world. Water hyacinth has excellent water purification capacity and it can be utilized as animal feed, organic fertilizer, and biomass feedstock. However, it can cause problems in the rivers and lakes due to its rapid growth and dense mats formation. In this study, the potential of water hyacinth was evaluated as a lignocellulosic biomass feedstock in biobutanol fermentation by using Clostridium beijerinckii. Water hyacinth was converted to water hyacinth hydrolysate medium through pretreatment and saccharification. It was found that productivity of water hyacinth hydrolysate medium on biobutanol production was comparable to general medium.
We established a strategy for bioethanol production using the hydrolysate of rape stem, in which the inhibitor cocktail was added intentionally. The final goal of this study was to circumvent the detoxification process when the hydrolysate of lignocelluloisic biomass contained the toxic substances in high concentration. When six yeast strains were examined, Sacchromyces cerevisiae ATCC 96581 and Pichia stipitis CBS 7126 were relatively resistant to inhibitor cocktail. Then, using strains 96581 and 7126, we designed a process strategy for bioethanol production, assuming that the concentration of toxic substance in the hydrolysate of rape stem was remarkably high. When strains 96581 and 7126 were inoculated simultaneously, it was observed that strain 7126 produced bioethanol as well as strain 96581, although the concentration of inhibitor cocktail was 18.2% (v/v). Finally, throughout this co-cultivation of strains 96581 and 7126, bioethanol was produced about 6.0 (g/L), and bioethanol yield reached at 0.4 (g-bioethanol/g-reducing sugar) (78.4% of theoretical value).
본 연구에서는 목질계 바이오매스로부터 옥살산 전처리 액상 가수분해산물을 이용하여 바이오에탄올을 생산하였다. 생산된 바이오에탄올은 투과증발에 의해 분리, 농축하였으며 투과증발 잔류물에 대한 항산화 활성을 측정하였다. 옥살산 전처리 후 액상 가수분해산물에는 자일로스($37.28g/{\ell}$)가 대부분을 차지하고 있었으며 발효저해물질인 초산, 푸르푸랄 및 페놀성 화합물을 포함하고 있었다. 전기투석에 의해 초산을 제거하였으며 전기투석 후 가수분해산물로 발효를 수행한 결과 $12.21g/{\ell}$의 에탄올을 생산하였다. 에탄올 농축 후 투과증발 잔류물의 에틸아세테이트 분획에서는 86.81 mg/100 g(추출물)의 페놀성 화합물을 함유하고 있었으며 DPPH, ABTS 라디칼 소거활성 및 환원력에 대한 $IC_{50}$ 값은 각각 $0.87mg/m{\ell}$, $0.85mg/m{\ell}$, $0.59mg/m{\ell}$로 나타났다. GC-MS로 구성성분을 확인한 결과 당 분해산물과 페놀 유도체들이 검출되었다.
In this study, we investigated the feasibility of producing bioethanol from the hydrolysate of rape stem. Specifically, the most ideal yeast strain was screened, and the microaeration was performed by surface aeration on a liquid medium surface. Among the yeast strains examined, Pichia stipitis CBS 7126 displayed the best performance in bioethanol production during the surface-aerated fermentor culture. Pichia stipitis CBS 7126 produced maximally 9.56 g/l of bioethanol from the initial total reducing sugars (about 28 g/l). The bioethanol yield was 0.397 (by the DNS method). Furthermore, this controlled surface aeration method holds promise for use in the bioethanol production from the xylose-containing lignocellulosic hydrolysate of biomass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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