Application of pervaporative extraction of ethanol to simultaneous saccharification and fermentation(SSF) of cellulose was investigated. From batch experiments, optimum cellulose substrate and enzyme loadings were found to be 10% and 15 IFPU/g cellulose, respectively. The cellulose conversion was lowered in fed-batch system due to the ethanol accumulation. The activity of the yeast Saccharomyces uvarum used in this study was significantly reduced at ethanol concentrations above around 40 g/L. From pervaporation experiments using PDMS membrane, ethanol was efficiently separated at 38$^\circ C$ and 10 mmHg of a down stream pressure. The pervaporation unit with 240 cm$^2$ of surface area was combined into the SSF reactor. The continuous removal of ethanol by pervaporation during SSF resulted in an improved cellulose conversion. Within the scope of this experiment, ethanol yields in the pervaporative SSF and simple SSF were 68.3% and 56.6%, respectively. The permeate flux for SSF broth pervaporation was about one-half that for the pervaporation of aqueous ethanol solution. Accordingly, the development of a membrane with higher ethanol selectivity and flux will increase the feasibility of this technology.
Yeast cells of a fusant strain constructed by protoplast fusion of Saccharomyces cerevisiae and Kluyveromyces frugilis were immobilized on calcium alginate beads. The increment of the ethanol tolerance of this strain to 8.0%, when compared with the parent K, fragilis, was confirmed. Based on the results from jar fermentation, a packed-bed reactor of theh immobilized yeast cells was operated. The optimal performance of the immobilized yeast reactor for ethanol production was achieved when supplying 10% lactose (suplemented 1.0% yeast extract) at a temperature of 30.deg.C. The maximal ethanol productivity was obtained as 13.3 g/I/hr at a dilution rate of $0.76 hr^{-1}$.
Ethanol fermentation by Scccharomyces cervisiae was carried out in the cell recycle filter system with a cheap fabric filter having a pore size of 10${\mu}$m. Maximum biomass concentrations up to 85g/1 were obtained, but in practice operational concentrations were between 50 and 80g/1. Ethanol productivity was 42g/1-hr, with an ethanol concentration of 66g/1 and an ethanol yield of over 86%. Continuous operation was possible by applying periodic backflushing. The ethanol fermentation could be carried out without difficulty at a dilution rate up to 0.8h-1 In order to obtain a high cell concentration and ethanol productivity, development of filter module with the larger filtration area is required.
Zhengwu Lu;Zhiqun Chen;Yunguo Liu;Xuexue Hua;Cuijuan Gao;Jingjing Liu
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.34
no.6
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pp.1197-1205
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2024
Filamentous fungi are important cell factories for the production of high-value enzymes and chemicals for the food, chemical, and pharmaceutical industries. Under submerged fermentation, filamentous fungi exhibit diverse fungal morphologies that are influenced by environmental factors, which in turn affect the rheological properties and mass transfer of the fermentation system, and ultimately the synthesis of products. In this review, we first summarize the mechanisms of mycelial morphogenesis and then provide an overview of current developments in methods and strategies for morphological regulation, including physicochemical and metabolic engineering approaches. We also anticipate that rapid developments in synthetic biology and genetic manipulation tools will accelerate morphological engineering in the future.
Kim, Dong-Seon;Roh, Joo-Hwan;Cho, Chang-Won;Ma, Jin-Yeul
The Korea Journal of Herbology
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v.27
no.1
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pp.35-39
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2012
Objectives : The purpose of this study was to investigate the changes in the contents of constituents in Samultang and its fermentations with 10 species of lactic acid bacteria. Methods : Ten strains of lactic acid bacteria, Lactobacillus casei, L. acidophilus, L. casei, L. plantarum, L. amylophilus, L. curvatus, L. delbruekil subsp. lactis, L. casei, B. breve, and B. thermophilum, were used for the fermentation of Samultang. The increased and decreased constituents were identified using HPLC/DAD and various liquid chromatographic techniques, and the structure was elucidated using NMR and MS. These compounds were quantitatively analyzed using an HPLC/DAD system. Results : A remarkably increased component was identified to be nodakenetin and a decreased component was determined to be nodakenin. The fermentation of the ten lactic acid bacteria demonstrated that the decomposable rate of these two compounds in fermented Samultang were different. Samultang fermented by L. plantarum showed the most remarkable changes. Conclusion : Nodakenetin was identified as bioconversion component after fermentation and L. plantarum was discovered the best bacteria to increase the component.
The initial growth of Clostridium acetobutylicum was not inhibited by 1 atm of H$_2$ while H$_2$ reduced glucose consumption in a solventogenic culture of a phosphate limited 2-stage chemostat. Under 1 atm of H$_2$, a solventogenic culture consumed hydrogen, but an acidogenic culture produced hydrogen. H$_2$ consumption by the solventogenic culture was enhanced by the addition of 5 mM neutral red, an artificial electron carrier with a redox potential of -325 mV. Hydrogenase activity, measured in both directions of production and consumption, showed that activity coupled with methyl viologen is higher in an acidogenic culture than in a solventogenic culture, and that the two cultures have similar activities for methylene blue reduction. The solventogenic culture showed a higher activity coupled with neutral red than the acidogenic culture. From these results, it is hypothesized that hydrogen producing hydrogenase activity is high during the acidogenic phase, and decreases as solventogenesis starts, and that the solventogenic culture produces a second hydrogenase which uses an electron carrier other than ferredoxin. This hypothesis was supported by the fact that enzyme activities involved in electron flow can be coupled to neutral red, indepedent of ferredoxin, and that neutral red addition to the fermentation system increased butanol yield, with a decrease in production of less reduced fermentation products, and $H^2$.
Ethanol fermentation of the enzymatic hydrolysates from the products pretreated using 1-ethyl-3-methyl-imidazolium acetate ([EMIM]Ac) and its co-solvents with dimethylformamide (DMF) was conducted using Saccharomyces cerevisiae (D452-2). The optical density change due to the yeast cell growth, the consumption amount of monosugars (glucose, xylose), the concentration of acetate, and ethanol production yield were investigated. The co-solvent system lowered inhibition of the growth of the cells. The highest concentration of glucose (7.8 g/L) and xylose (3.6 g/L) was obtained from the enzymatic hydrolysates of the pretreated product by pure [EMIM]Ac. The initial concentration of both monosugars in the enzymatic hydrolysates was decreased with increasing fermentation time. Ethanol of Approximately 3 g/L was produced from the enzymatic hydrolysates by pure [EMIM]Ac and co-solvent with less than 50% DMF.
Waste activated sludge (WAS) was thermally pretreated to enhance hydrolysis and ultimately methane yield. Batch and semi-continuous anaerobic digestion were conducted to evaluate the performance of methane fermentation of the hydrolyzed sludge and to investigate the kinetics of sludge fermentation. Thermal pretreatment remarkably enhanced digestion performances particularly the methane fermentation with three times more methane production than before the pretreatment. Gas production and kinetic parameters in the semi-continuous anaerobic digestion were estimated using Chen Hashimoto model. The model simulation fitted well the experimental results and the model was shown to be suitable for evaluating the effects of disintegration of WAS in anaerobic digestion. Three parameters ($B_o$, K, and ${\mu}_m$) determined by model simulation were $0.0807L-CH_4/g-VS$, 0.453 and $0.154d^{-1}$ for control sludge, and $0.253L-CH_4/g-VS$, 0.835 and $0.218d^{-1}$ for thermally pretreated sludge, respectively.
The Gustatory system enables animals to detect toxic bitter chemicals, which is critical for insects to survive food induced toxicity. Cucurbitacin is widely present in plants such as cucumber and gourds that acts as an anti-herbivore chemical and an insecticide. Cucurbitacin has a harmful effect on insect larvae as well. Although various beneficial effects of cucurbitacin such as alleviating hyperglycemia have also been documented, it is not clear what kinds of molecular sensors are required to detect cucurbitacin in nature. Cucurbitacin B, a major bitter component of bitter melon, was applied to induce action potentials from sensilla of a mouth part of the fly, labellum. Here we identify that only Gr33a is required for activating bitter-sensing gustatory receptor neurons by cucurbitacin B among available 26 Grs, 23 Irs, 11 Trp mutants, and 26 Gr-RNAi lines. We further investigated the difference between control and Gr33a mutant by analyzing binary food choice assay. We also measured toxic effect of Cucurbitacin B over 0.01 mM range. Our findings uncover the molecular sensor of cucurbitacin B in Drosophila melanogaster. We propose that the discarded shell of Cucurbitaceae can be developed to make a new insecticide.
In order to develop more economic processes, continuous ethanol fermentation from starchy raw materials in a pilot scale multi-stage CSTR was investigated. Ethanol fermentation could be successfully operated for 30 days with naked barley and 60 days with cassava, respectively. Starchy raw materials used for this study were ground and passed through a 20-mesh sieve for low temperature cooking. Under the optimized conditions, the overall productivity of cassava was $1.27g/{\ell}{\cdot}h$ with an ethanol concentration of 9.51% (v/v), which was higher about 2 times than that obtained from a conventional batch system in industrial scale.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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