We examined butanol fermentation by Clostridium beijerinckii NCIMB 8052 using various hydrolyzates obtained from rice bran, which is one of the most abundant agricultural by-products in Korea and Japan. In order to increase the amount of fermentable sugars in the hydrolyzates of rice bran, various hydrolysis procedures were applied. Eight different hydrolyzates were prepared using rice bran (RB) and defatted rice bran (DRB) with enzyme or acid treatment or both. Each hydrolyzate was evaluated in terms of total sugar concentration and butanol production after fermentation by C. beijerinckii NCIMB 8052. Acid treatment yielded more sugar than enzyme treatment, and combined treatment with enzyme and acid yielded even more sugars as compared with single treatment with enzyme or acid. As a result, the highest sugar concentration (33 g/l) was observed from the hydrolyzate from DRB (100 g/l) with combined treatment using enzyme and acid. Prior to fermentation of the hydrolyzates, we examined the effect of P2 solution containing yeast extract, buffer, minerals, and vitamins on production of butanol during the fermentation. Fermentation of the hydrolyzates with or without addition of P2 was performed using C. beijerinckii NCIMB 8052 in a 1-1 anaerobic bioreactor. Although the RB hydrolyzates were able to support growth and butanol production, addition of P2 solution into the hydrolyzates significantly improved cell growth and butanol production. The highest butanol production (12.24 g/l) was observed from the hydrolyzate of DRB with acid and enzyme treatment after supplementation of P2 solution.
Rare mating was used to select a respiratory deficient mutant of Saccharomyces cerevisiae HDC52 strain. Glucoamylase gene of S. diastaticus K114 was developed into the RD mutant which could uptake maximum amount of non-fermentable sugars through the expression of glu- coamplyase gene and the fermentation characteristics of the developed strain HCS were investigated. The size of HCS yeast and HBD52 yeast strain were 13 $\mu\textrm{m}$ and 10$\mu\textrm{m}$ respectively. HCS strain which can uptake maximum amount of non-fermentable sugar through the expression of glucoamylase gene was developed. By karyotype anal- ysis. HCS stain but not RD mutant HBC52 showed a band of 1150 kb chromosome DNA This band should include glcoamylase gene from Saccharomyces diataticus K114 THis strain has glucoamylase which can degrade starch By transduction and contrnuance of glucoamylase gene HCS strain gegraded strach and formed halo. Also, HCS strain maintained the character after 50 generations. Glucoamylase activities of Saccharomyces diastaticus K114 and HCS yeast strains are 9.5 and 2.7~3.4(unit/ml) HCS and HBC52 strain showed similar sugar fermentation patterns and low flocculation In spore and film forming test, HCS and HBC52 strain formed neither spores nor films. In the limit fermentation test, HBC52 strain showed fermentation level of 68% and HCS strain showed 76~78% As the limit attenuation of HBC52 and HCS were ($2.00^{\circ}$P) and ($0.7~0.93^{\circ}$P) This study demon- strates and HCS strain may be used for low carbohydrate beer fermentation.
In this study, oxalic acid pretreatment of empty fruit bunch (EFB) was performed at different pretreatment temperatures. Also, we evaluated oxalic acid recovery from hydrolysate by electrodialysis. The fermentable sugar concentration in hydrolysate was high at more than $20g/{\ell}$, when pretreatment was carried out at $150^{\circ}C$. At the same time, ethanol production was $3.78g/{\ell}$ after 72 h which correspond to the ethanol yield of 0.21 g/g. On the other hydrolysate (160, $170^{\circ}C$), fermentable sugar was not consumed by Pichia stipitis during fermentation. Most of the oxalic acid was recovered and some of the fermentation inhibitors were removed by electrodialysis. For the electrodialysis treated hydrolysate, ethanol production was increased compared to the original hydrolysate. The highest ethanol production was $5.38g/{\ell}$ after 24 h which correspond to the yield of 0.33 g/g. The ethanol production by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) under all pretreatment conditions was more than $15g/{\ell}$ after 96 h. The highest ethanol production was $20.54g/{\ell}$, when pretreatment was performed at $170^{\circ}C$. In particular, ethanol production was increased, when electrodialysis treated hydrolysate was used for SSF.
Zaky, Abdelrahman Saleh;Greetham, Darren;Louis, Edward J.;Tucker, Greg A.;Du, Chenyu
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.11
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pp.1891-1907
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2016
Yeasts that are present in marine environments have evolved to survive hostile environments that are characterized by high exogenous salt content, high concentrations of inhibitory compounds, and low soluble carbon and nitrogen levels. Therefore, yeasts isolated from marine environments could have interesting characteristics for industrial applications. However, the application of marine yeast in research or industry is currently very limited owing to the lack of a suitable isolation method. Current methods for isolation suffer from fungal interference and/or low number of yeast isolates. In this paper, an efficient and non-laborious isolation method has been developed and successfully isolated large numbers of yeasts without bacterial or fungal growth. The new method includes a three-cycle enrichment step followed by an isolation step and a confirmation step. Using this method, 116 marine yeast strains were isolated from 14 marine samples collected in the UK, Egypt, and the USA. These strains were further evaluated for the utilization of fermentable sugars (glucose, xylose, mannitol, and galactose) using a phenotypic microarray assay. Seventeen strains with higher sugar utilization capacity than the reference terrestrial yeast Saccharomyces cerevisiae NCYC 2592 were selected for identification by sequencing of the ITS and D1/D2 domains. These strains belonged to six species: S. cerevisiae, Candida tropicalis, Candida viswanathii, Wickerhamomyces anomalus, Candida glabrata, and Pichia kudriavzevii. The ability of these strains for improved sugar utilization using seawater-based media was confirmed and, therefore, they could potentially be utilized in fermentations using marine biomass in seawater media, particularly for the production of bioethanol and other biochemical products.
Wu, Chien-Hui;Chien, Wei-Chen;Chou, Han-Kai;Yang, Jungwoo;Lin, Hong-Ting Victor
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.24
no.9
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pp.1245-1253
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2014
One-step sulfuric acid saccharification of the red alga Pterocladiella capillacea was optimized, and various detoxification methods (neutralization, overliming, and electrodialysis) of the acid hydrolysate were evaluated for fermentation with the thermotolerant yeast Kluyveromyces marxianus. A proximate composition analysis indicated that P. capillacea was rich in carbohydrates. A significant galactose recovery of $81.1{\pm}5%$ was also achieved under the conditions of a 12% (w/v) biomass load, 5% (v/v) sulfuric acid, $121^{\circ}C$, and hydrolysis for 30 min. Among the various detoxification methods, electrodialysis was identified as the most suitable for fermentable sugar recovery and organic acid removal (100% reduction of formic and levulinic acids), even though it failed to reduce the amount of the inhibitor 5-HMF. As a result, K. marxianus fermentation with the electrodialyzed acid hydrolysate of P. capillacea resulted in the best ethanol levels and fermentation efficiency.
Jeong, Kyung Hun;Israr, Beenish;Shoemaker, Sharon P.;Mills, David A.;Kim, Jaehan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.7
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pp.1182-1189
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2016
Lactobacillus brevis ATCC 14869 exhibited a carbon catabolite derepressed phenotype that has ability to consume fermentable sugars simultaneously with glucose. To evaluate this unusual phenotype under harsh conditions during fermentation, the effects of lactic acid and hydrogen ion concentrations on L. brevis ATCC 14869 were examined. Kinetic equations describing the relationship between specific cell growth rate and lactic acid or hydrogen ion concentration were deduced empirically. The change of substrate utilization and product formation according to lactic acid and hydrogen ion concentration in the media were quantitatively described. Although the simultaneous utilization has been observed regardless of hydrogen ion or lactic acid concentration, the preference of substrates and the formation of two-carbon products were changed significantly. In particular, acetic acid present in the medium as sodium acetate was consumed by L. brevis ATCC 14869 under extreme pH of both acid and alkaline conditions.
The autoclaving assisted by an irradiation pretreatment method was developed without toxic chemicals to produce fermentable sugars for their conversion to bioethanol. In the first step, electron beam irradiation (EBI) of rice straw was performed at various doses. The electron beam-irradiated rice straw was then autoclaved with DI water at $120^{\circ}C$ for 1 h. A total sugar yield of 81% was obtained from 300 kGy electron beam-irradiated rice straw after 72 h of enzymatic hydrolysis by Cellulase 1.5L (70 FPU/mL) and Novozyme-188 (40 CbU/mL). Also, the removal of hemicellulose and lignin was 32.0% and 32.5%, respectively. This result indicates that the environmentally-friendly pretreatment method of rice straw by an electron beam irradiation could be applied for bioethanol production in plant.
Amylolytic filamentous fungus, Aspergillus oryzae and nonamylolytic sugar fermentable yeast, Saccharomyces cerevisiae were fused by protoplast fusion in order to develope microorganisms having their intergrated function. Aminoacid auxotrophic properties were used as a genetic marker of protoplast fusion, and 35% PEG 4000 was used as a fusogenic agent. Complementation frequengy of fusion was $4.6\times 10^{-6}$ Obtained fusants showed the morphology of yeast strains, the amylase activity and the ethanol productivity. Among the properties of the fusants, morphology and prototrophic property were sustained stably but their ethanol productivity from starch was reduced. Although fusant strains had 0.5-fold ethanol productivity compared to that of S. cerevisiae in glucose medium, they produced ethanol from strach by direct fermentation.
Kim, Se Won;Hong, Chae-Hwan;Yun, Na Kyong;Shin, Hyun-Jae
Journal of Marine Bioscience and Biotechnology
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v.8
no.1
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pp.1-9
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2016
The hydrolysis of biomass to fermentable sugar (saccharification) and to oligosaccharide is an essential process in biotechnology including biorefinery and biofood. Various macroalgae are commercially cultivated in several Asian countries as a useful resource for food and agar production. Agar is a major component of the cell walls of red algae that can be hydrolyzed by agarase. Agarases are classified into ${\alpha}$-agarase (E.C. 3.2.1.158) and ${\beta}$-agarase (E.C. 3.2.1.81) according to the cleavage pattern and grouped in the glycoside hydrolase (GH) family (GH-16, GH-58, GH-86, GH-96, and GH-118) based on the amino acid sequences of the proteins. Agarases have been isolated from various bacteria found in seawater and marine sediments. To increase productivity of the enzyme, a research on recombinant enzymes has been done. The application of recombinant agarase can be possible in the various filed such as energy, food, cosmetics, medical and so on. This paper reviews the source, biochemical characteristics and production system of recombinant agarases for further study.
Jung, Ji Young;Ha, Si Young;Park, Jai Hyun;Yang, Jae-Kyung
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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v.45
no.2
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pp.182-194
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2017
The optimum alkali pretreatment parameters (reaction time, reaction temperature and potassium hydroxide concentration) for facilitate the conversion into fermentable sugar (glucose) from steam exploded (severity log Ro 2.45) barley husk were determined using Response Surface Methodology (RSM) based on a factorial Central Composite Design (CCD). The prediction of the response was carried out by a second-order polynomial model and regression analysis revealed that more than 88% of the variation can be explained by the models. The optimum conditions for maximum cellulose content were determined to be 201 min reaction time, $124^{\circ}C$ reaction temperature and 0.9% potassium hydroxide concentration. This data shows that the actual value obtained was similar to the predicted value calculated from the model. The pretreated barley husk using acid hydrolysis resulted in a glucose conversion of 94.6%. This research of steam explosion and alkali pretreatment was a promising method to improve cellulose-rich residue for lignocellulosic biomass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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