Ethanol productions were performed by separate hydrolysis and fermentation (SHF) and simultaneous saccharification and fermentation (SSF) processes using seaweed, Enteromorpha intestinalis (sea lettuce). Pretreatment conditions were optimized by the performing thermal acid hydrolysis and enzymatic hydrolysis for the increase of ethanol yield. The pretreatment by thermal acid hydrolysis was carried out with different sulfuric acid concentrations in the range of 25 mM to 75 mM $H_2SO_4$, pretreatment time from 30 to 90 minutes and solid contents of seaweed powder in the range of 10~16% (w/v). Optimal pretreatment conditions were determined as 75 mM $H_2SO_4$ and 13% (w/v) slurry at $121^{\circ}C$ for 60 min. For the further saccharification, enzymatic hydrolysis was performed by the addition of commercial enzymes, Celluclast 1.5 L and Viscozyme L, after the neutralization. A maximum reducing sugar concentration of 40.4 g/L was obtained with 73% of theoretical yield from total carbohydrate. The ethanol concentration of 8.6 g/L of SHF process and 7.6 g/L of SSF process were obtained by the yeast, Saccharomyces cerevisiae KCTC 1126, with the inoculation cell density of 0.2 g dcw/L.
Ethanol fermentations were carried out using simultaneous saccharification and fermentation (SSF) and separated hydrolysis and fermentation (SHF) processes with monosaccharides from seaweed, Saccharina japonica (sea tangle, Dasima) as the biomass. The pretreatment was carried out by thermal acid hydrolysis with $H_2SO_4$ or HCl. Optimal pretreatment condition was determined at 10% (w/v) seaweed slurry with 37.5 mM $H_2SO_4$ at $121^{\circ}C$ for 60 min. To increase the yield of saccharfication, isolated marine bacteria Bacillus sp. JS-1 was used and 48 g/L of reducing sugar were produced. Ethanol fermentation was performed using SSF and SHF process with Pachysolen tannophilus KCTC 7937. The ethanol concentration was 6.5 g/L by SSF and 6.0 g/L by SHF.
Nguyen, Trung Hau;Ra, Chae Hun;Park, Mi-Ra;Jeong, Gwi-Taek;Kim, Sung-Koo
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.44
no.4
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pp.529-534
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2016
Bioethanol was produced using the separate hydrolysis and fermentation (SHF) method with macroalgal polysaccharides from the seaweed, Undaria pinnatifida as biomass. This study focused on the pretreatment, enzymatic saccharification, and fermentation of yeasts in co-culture. Ethanol fermentation with 14.5% (w/v) seaweed hydrolysate was performed using the yeasts, Saccharomyces cerevisiae KCTC 1126 alone, Pichia angophorae KCTC 17574 alone, and their co-cultures with the yeasts either adapted to mannitol or not. Among the combinations, the co-culture of non-adapted S. cerevisiae and P. angophorae adapted to mannitol showed high bioethanol production of 12.2 g/l and an ethanol yield ($Y_{EtOH}$) of 0.41. Co-culture in the SSF process was employed in this study, to increase the ethanol yields of 35.2% and reduction of 33.3% in fermentation time. These results provide suitable information on ethanol fermentation with marine seaweeds for bioenergy production.
Kim, Sang Won;Gwak, Seung Hee;Ra, Chae Hun;Kim, Sung-Koo
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.45
no.4
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pp.316-321
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2017
Hyperthermal acid hydrolysis pretreatment of Eucheuma denticulatum was carried out using 12% (w/v) seaweed slurry and 90 mM $H_3PO_4$ at $150^{\circ}C$ for 10 min. The use of Candida lusitaniae with adaptive evolution was evaluated for ethanol fermentation. The levels of ethanol production by separate hydrolysis and fermentation (SHF) at 72 h with non-adapted and adapted C. lusitaniae were 10.1 g/l with ethanol yield ($Y_{EtOH}$) of 0.23, and 18.1 g/l with $Y_{EtOH}$ of 0.45, respectively. Adaptive evolution was employed in this study to improve the efficiency of ethanol fermentation. Development of the SHF process could enhance the overall ethanol fermentation yields of the red seaweed E. denticulatum.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.32
no.6
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pp.609-614
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2010
In the present study, bioethanol was produced using batch style reactor from food wastes which has organic characteristics. Pretreatment was required to reduce its particle size and produce fermentable sugar. Two different enzymes such as carbohydrase and gulcoamylase were tested for saccharification of food waste. The efficiency of carbohydrase saccharification (0.63 g/g-TS) has shown higher than glucoamylase saccharification(0.42 g/g-TS). Saccharomyces cerevisiae produced bioethanol via separate hydrolysis & fermentation (SHF) method and simultaneous saccharification fermentation (SSF) method. The production amount of bioethanol was 0.27 g/$L{\cdot}hr$ for SHF and 0.44 g/$L{\cdot}hr$ for SSF.
Nguyen, Trung Hau;Ra, Chae Hun;Sunwoo, In Yung;Jeong, Gwi-Taek;Kim, Sung-Koo
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.7
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pp.1259-1266
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2016
Bioethanol was produced from Kappaphycus alvarezii seaweed biomass using separate hydrolysis and fermentation (SHF). Pretreatment was evaluated for 60 min at 121℃ using 12% (w/v) biomass slurry with 364 mM H2SO4. Enzymatic saccharification was then carried out at 45℃ for 48 h using Celluclast 1.5 L. Ethanol fermentation with 12% (w/v) K. alvarezii hydrolyzate was performed using the yeasts Saccharomyces cerevisiae KCTC1126, Kluyveromyces marxianus KCTC7150, and Candida lusitaniae ATCC42720 with or without prior adaptation to high concentrations of galactose. When non-adapted S. cerevisiae, K. marxianus, and C. lusitaniae were used, 11.5 g/l, 6.7 g/l, and 6.0 g/l of ethanol were produced, respectively. When adapted S. cerevisiae, K. marxianus, and C. lusitaniae were used, 15.8 g/l, 11.6 g/l, and 13.4 g/l of ethanol were obtained, respectively. The highest ethanol concentration was 15.8 g/l, with YEtOH = 0.43 and YT% = 84.3%, which was obtained using adapted S. cerevisiae.
Among the samples prepared by various pre-treatment methods, the one pretreated by dilute sulfuric acid showed the highest glucose yield in the enzymatic hydrolysis. Statistical analysis of enzymatic hydrolysis revealed that the glucose yield was in proportion to the enzyme dosage, the ratio of the pre-treated sample to the buffer solution, and the reaction time and that the effect of enzyme dosage was predominant in the experiment range. In addition, the glucose yield was estimated to be 76.1% at an optimal enzymatic hydrolysis condition. In a separate hydrolysis and fermentation (SHF), Saccharomyces cerevisiae converted over 80% of glucose from the enzymatic hydrolysis of pre-treated wasted corn stalk by dilute sulfuric acid to bioethanol with 37% of ethanol yield and 0.42 $g/L{\cdot}hr$ of productivity. In the simultaneous saccharification and fermentation (SSF), 59.5% of conversion from glucan to ethanol and 0.20 $g/L{\cdot}hr$ of productivity were achieved. In both SHF and SSF, approximately 88 g of bioethanol could be obtained from 1 kg of wasted corn stalk. The possible amount of bioethanol in Gangwon province were estimated to be 1.9 kiloton with the assumption of the 50% of collection ratio.
Kim, Min-Ji;Kim, Jung-Soo;Ra, Chae Hun;Kim, Sung-Koo
KSBB Journal
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v.28
no.5
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pp.315-318
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2013
Ethanol fermentations were performed using separate hydrolysis and fermentation (SHF) processes with monosaccharides from pretreated seaweed, Eucheuma spinosum as the biomass. The pretreatment was carried out with 11% (w/v) seaweed slurry and 150 mM $H_2SO_4$ at $121^{\circ}C$ for 40 min. Enzyme hydrolysis after $H_2SO_4$ pretreatment was performed with Celluclast 1.5 L at $45^{\circ}C$ for 24 h. Five % active charcoal were added to hydrolysate to removed 5-hydroxy methylfurfural. Ethanol fermentation with 11% (w/v) seaweed hydrolysate was performed for 72~96 h using Kluyvermyces marxianus, Pichia stipits, Saccharomyces cervisiae and Candida tropicalis. Ethanol concentration was reached to 18 g/L by K. marxianus, 16 g/L by P. stipitis, 15 g/L by S. cerevisiae and 10 g/L by C. tropicalis, respectively. The ethanol yield from total monosugar was obtained 0.50 and ethanol productivity was obtained 0.38 g/L/h by K. marxianus.
This study was conducted to evaluate the yield of bio-ethanol produced by separate hydrolysis and fermentation (SHF) with the pretreated rapeseed straw (RS) using crude enzyme of Cellulomonas flavigena and Saccharomyces cereviase. Crude enzyme of C. flavigena showed enzymatic activity of 14.02 U/mL for CMC 133.40 U/mL, for xylan 15.21 U/mL, for locust gum and 15.73 U/mL for rapeseed straw at pH 5.0 and $40^{\circ}C$, respectively. The hemicellulose contents of RS was estimated to compromise 36.62% of glucan, 43.20% of XMG (xylan + mannan + galactan), and 2.73% of arabinan by HPLC analysis. The recovering ratio of rapeseed straw were investigated to remain only glucan 75.2% after 1% $H_2SO_4$ pretreatment, glucan 45.44% and XMG 32.13% after NaOH, glucan 44.75% and XMG 5.47% after $NH_4OH$, and glucan 41.29% and XMG 41.04% after hot water. Glucan in the pretreatments of RS was saccharified to glucose of 45.42 - 64.81% by crude enzyme of C. flavigena while XMG was made into to xylose + mannose + galactose of 58.46 - 78.59%. Moreover, about 52.88 - 58.06 % of bio-ethanol were obtained from four kinds of saccharified solutions by SHF using S. cerevisiae. Furthermore, NaOH pretreatment was determined to show the highest mass balance, in which 21.22 g of bio-ethanol was produced from 100 g of RS. Conclusively, the utilization of NaOH pretreatment and crude enzyme of Cellulomonas flavigena was estimated to be the best efficient saccharification process for the production of bio-ethanol with rapeseed straw by SHF.
The Simultaneous Saccharification and Fermentation(SSF) of ethanol production from potato starch studied with respect to growth pH, temperature, substrate concentration. The glucoamylase and Saccharomyceses cerevisiae have a capacity to carry out a single stage SSF process for ethanol production. The characteristics, termed as starch hydrolysis, accumulation of glucose, ethanol production and biomass formation, were affected with variation in pH, temperature and starch concentration. The maximum ethanol concentration of 12.9g/l was obtained using a starch concentration 30g/l, which represent an ethanol yield of 86%. The optimum conditions for the maximum ethanol yield were found to be a temperature of 38, pH of 4.0 and fermentation time of 18hr. Thus by using the control composite design, it is possible to determine the accurate values of the fermentation parameters where maximum production of ethanol occurs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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