In this study, biosugar production by the red-algae Eucheuma cottonii was investigated using dilute sulfuric acid-catalyzed hydrolysis and data analysis by response surface methodology. This approach yielded 25.8 g/l total reducing sugar under the conditions of $160.1^{\circ}C$, 1% (v/v) sulfuric acid, and 13.1 min. The sugar concentration showed a linear inverse correlation with the combined severity factor (CSF) of the reaction conditions. CSF was calculated as $log(t{\cdot}e{xp}[(T_H-T_R)/14.75])-pH$, where t is the coupling reaction time, $T_H$ is the target temperature, and $T_R$ is the reference temperature ($100^{\circ}C$). In addition, levulinic acid production showed a linear positive correlation with CSF. E. cottonii may represent a useful feedstock for sugar production in the field of bioenergy.
In this study, the effects of malonic acid-catalyzed pretreatment on the subsequent enzymatic hydrolysis of red macro-algae Gracilaria verrucosa for production of biosugar (total reducing sugar) were investigated. In the hydrothermal pretreatment condition of 300 mM malonic acid, 1:20 solid-to-liquid ratio at $130^{\circ}C$ for 60 min, a 49.2% biosugar yield was achieved. Moreover, by subsequent enzymatic hydrolysis after pretreatment, maximum yield of 64.5% was achieved.
Jung, Hyun jin;Min, Bora;Kim, Seung Ki;Jo, Jae min;Kim, Jin Woo
Korean Chemical Engineering Research
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v.56
no.2
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pp.229-239
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2018
The purpose of this study was to effectively produce the biosugar from cell wall of lipid extracted microalgae (LEA) by using microwave-assisted pretreatment without enzymatic hydrolysis process. Response surface methodology (RSM) was applied to optimization of microwave-assisted pretreatment conditions for the production of biosugar based on enzyme-free process from LEA. Microwave power (198~702 W), extraction time (39~241 sec), and sulfuric acid (0~1.0 mol) were used as independent variables for central composite design (CCD) in order to predict optimum pretreatment conditions. It was noted that the pretreatment variables that affect the production of glucose (C6) and xylose (C5) significantly have been identified as the microwave power and extraction time. Additionally, the increase in microwave power and time had led to an increase in biosugar production. The superimposed contour plot for maximizing dependent variables showed the maximum C6 (hexose) and C5 (pentose) yields of 92.7 and 74.5% were estimated by the predicted model under pretreatment condition of 700 w, 185.7 sec, and 0.48 mol, and the yields of C6 and C5 were confirmed as 94.2 and 71.8% by experimental validation, respectively. This study showed that microwave-assisted pretreatment under low temperature below $100^{\circ}C$ with short pretreatment time was verified to be an effective enzyme free pretreatment process for the production of biosugar from LEA compared to conventional pretreatment methods.
Suk-Jin Oh;Hong-Ju Lee;Jeong Hyeon Hwang;Hyun Jin Kim;Nara-Shin;Sang-Ho Lee;Seung-Oh Seo;Shashi Kant Bhatia;Yung-Hun Yang
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.34
no.3
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pp.700-709
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2024
Polyhydroxybutyrate (PHB) production from lignocellulosic biomass is economically beneficial. Because lignocellulosic biomass is a mixture rich in glucose and xylose, Escherichia coli, which prefers glucose, needs to overcome glucose repression for efficient biosugar use. To avoid glucose repression, here, we overexpressed a xylose regulator (xylR) in an E. coli strain expressing bktB, phaB, and phaC from Cupriavidus necator and evaluated the effect of xylR on PHB production. XylR overexpression increased xylose consumption from 0% to 46.53% and produced 4.45-fold more PHB than the control strain without xylR in a 1% sugar mixture of glucose and xylose (1:1). When the xylR-overexpressed strain was applied to sugars from lignocellulosic biomass, cell growth and PHB production of the strain showed a 4.7-fold increase from the control strain, yielding 2.58 ± 0.02 g/l PHB and 4.43 ± 0.28 g/l dry cell weight in a 1% hydrolysate mixture. XylR overexpression increased the expression of xylose operon genes by up to 1.7-fold. Moreover, the effect of xylR was substantially different in various E. coli strains. Overall, the results showed the effect of xylR overexpression on PHB production in a non-native PHB producer and the possible application of xylR for xylose utilization in E. coli.
The objective of this work was to investigate the feasibility of acid-catalyzed hydrothermal fractionation for maximum solubilization of the hemicellulosic portion of two typical agricultural residues. The fractionation conditions converted into combined reaction severity (CS) in the range of 1.2-2.9 was used to establish a simple reaction criteria at glance. The hemicellulosic sugar yield of 56.6% was shown when rice straw was fractionated at the conditions at the conditions; 160 ℃ of temperature 0.75% (w/v) of H2SO4, 20 min of reaction time, 1:15 solid/liquid ratio. The hemicellulosic sugar yield of 83.0%, however, was achieved when barley straw was fractionated at the conditions at the conditions; 150 ℃ of temperature 0.75% (w/v) of H2SO4, and 15 min of reaction time, 1:10 solid/liquid ratio. For barley straw, acid-catalyzed hydrothermal fractionation could be effectively performed. After the fractionation process, the remaining fractionated solids were 48.5% and 57.5% from raw rice and barley straws, respectively. The XMG contents in the solid residues decreased from 17.3% and 17.6% to 6.0% and 2.6%, which corresponded to 16.7% and 8.5% on the basis of the raw straws, respectively. In another way, only 5.6% of cellulose and 8.5% of XMG were lost due to excessive decomposition during the acid-catalyzed hydrothermal fractionation of barley straw, compared to cellulose and XMG losses of 6.4% and 26.6% in rice straw. Hemicellulosic sugars from the rice straw were considered more over-decomposed due to the somewhat higher reaction severity at the acid-catalyzed hydrothermal fractionation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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