Solubilization of domestic household waste through Steam explosion with Subsequent ethanol production by the microbial saccharifitation and fermentation of the exploded product was studied. The effects of steam explosion on the changes of the density, viscosity, pH, and amounts of extractive components in artificial household waste were determined. The composition of artificial waste used was similar to leftover waste discharged from a typical home in Japan. Consecutive microbial saccharification and fermentation, and simultaneous microbial saccharification and fermentation of the Steam-exploded product were attempted using Aspergillus awamori, Trichoderma viride, and Saccharomyces cerevisiae; the ethanol yields of each process were compared. The highest ethanol yield was obtained with simultaneous microbial saccharification and fermentation of exploded product at a steam pressure of 2 MPa and a steaming time of 3 min.
본 연구에서는 비열 및 열처리에 따른 5종류의 보리 품종별 알코올발효 특성을 조사하였다. 비열처리구에서 알코올 함량은 쌀보리, 찰쌀보리 및 흰찰쌀보리가 각각 1.7, 2.9 및 4.3%로 나타났으며 보리와 찰보리는 발효가 되지 않았다. 열처리구에서 비열처리구에 비해 전반적으로 골은 알코올생성능을 보였다. 당도는 비열처리구의 보리 및 찰보리가 $9.0\;^{\circ}Brix$ 전후의 높은 당도를 나타내었고 쌀보리, 찰쌀보리, 흰찰쌀보리가 $5.0\;^{\circ}Brix$ 전후의 당도로 나타났다. 열처리구의 당도는 알코올생성능과 반비례 경향이었으며 알코올발효 종료 후 쌀보리를 제외하고는 당함량이 50%이상 감소되었다. 비열처리구에서 산도는 흰찰쌀보리가 0.51%로 나타났으며 나머지 시료들은0.80%이상의 수치를 보여 산패의 가능성을 보였고, 열처리구에서는 모든 시료들이 0.3%이하의 수치로 나타났다. 유리당은 비열처리구의 보리와 찰보리가 알코올을 생성하지 않았으므로 유리당 총함량은 4,000.0 mg%전후로 높게 나타났고 쌀보리, 찰쌀보리 및 흰찰쌀보리는 300.0mg%전후의 함량으로 나타났다. 열처리구에서는 당도가 높을수록 유리당 총 함량이 높게 나타났으며 이상의 결과 보리는 열처리에 비해 비열처리 알코올 발효에는 적합하지 않았다.
Anaerobic fermentation was attempted to produce methane from the wood chip (Eucalyptus globulus). By the pretreatment of the wood chip using hot water with high temperature, NaOH, and steam explosion, the production of methane gas was enhanced. The pretreatment using Steam explosion resulted in more amount of methane gas produced than the treatment using either hot water or 1% (w/w) NaOH with high temperature, and the steam explosion at a steam pressure of 25 atm and a steaming time of 3 min was the most effective for the methane production. The amount of methane gas produced depended on the ratio of weight of Klason lignin, a high molecular weight lignin, in the treated wood chip.
The chemical characteristics, enzymatic saccharification, and ethanol fermentation of autohydrolyzed lignocellulosic material that was exposed to steam explosion were investigated using bagasse as the sample. The effects of the steam explosion on the change in pH, organic acids production, degrees of polymerization and crystallinity of the cellulose component, and the amount of extractive components in the autohydrolyzated bagasse were examined. The steam explosion decreased the degree of polymerzation up to about 700 but increased the degree of crystallinity and the micelle width of the cellulose component in the bagasse. The steam explosion, at a pressure of 2.55 MPa for 3 mins, was the most effective for the delignification of bagasse. 40 g/L of glucose and 20 g/L of xylose were produced from 100 g/L of the autohydrolyzed bagasse by the enzymatic saccharification using mixed cellulases, acucelase and meicelase. The maximum ethanol concentration, 20 g/L, was obtained from the enzymatic hydrolyzate of 100 g/L of the autohydrolyzed bagasse by the ethanol fermentation using Pichia stipitis CBS 5773; the ethanol yield from sugars was 0.33 g/g sugars.
The simultaneous saccharification and fermentation (SSF) process consists of concurrent enzymatic saccharification and fermentation. In the present cybernetic model, the saccharification process, which is based on the modified Michaelis-Menten kinetics and enzyme inhibition kinetics, was combined with the fermentation process, which is based on the Monod equation. The cybernetic modeling approach postulates that cells adapt to utilize the limited resources available to them in an optimal way. The cybernetic modeling was suitable for describing sequential growth on multiple substrates by Brettanomyces custersii, which is a glucose- and cellobiose-fermenting yeast. The proposed model was able to elucidate the SSF process in a systematic manner, and the performance was verified by previously published data.
A mathematical model is proposed that can depict the kinetics of simultaneous saccharification and fermentation (SSF) using steam-exploded wood(SEW) with a glucose- and cellobiose-fermenting yeast strain. Brettanomyces custersii. An expression to describe the reduction of the relative digestibility during the hydrolysis of the SEW is introduced in the hydrolysis model. The fermentation model also takes two new factors into account, that is, the effects of the inhibitory compounds present in the SEW hydrolysates on the microorganism and the fermenting ability of Brettanomyces custersii, which can use both glucose and cellobiose as carbon sources. The model equations were used to simulate the hydrolysis of the SEW, the fermentation of the SEW hydrolysates, and a batch SSF, and the results were compared with the experimental data. The model was found to be capable of representing ethanol production over a range of substrate concentrations. Accordingly, the limiting factors in ethanol production by SSF under the high concentration of the SEW were identified as the effect of inhibitory compounds present in the SEW, the enzyme deactivation, and a limitation in the digestibility based on the physical condition of the substrate.
Objective: The present study was conducted to examine the gas production, fermentation characteristics, nutrient degradation, and methanogenic community composition of a rumen fluid culture with Broussonetia papyrifera (B. papyrifera) subjected to ensiling or steam explosion (SE) pretreatment. Methods: Fresh B. papyrifera was collected and pretreated by ensiling or SE, which was then fermented with ruminal fluids as ensiled B. papyrifera group, steam-exploded B. papyrifera group, and untreated B. papyrifera group. The gas and methane production, fermentation characteristics, nutrient degradation, and methanogenic community were determined during the fermentation. Results: Cumulative methane production was significantly improved with SE pretreatment compared with ensiled or untreated biomass accompanied with more volatile fatty acids production. After 72 h incubation, SE and ensiling pretreatments decreased the acid detergent fiber contents by 39.4% and 22.9%, and neutral detergent fiber contents by 10.6% and 47.2%, respectively. Changes of methanogenic diversity and abundance of methanogenic archaea corresponded to the variations in fermentation pattern and methane production. Conclusion: Compared with ensiling pretreatment, SE can be a promising technique for the efficient utilization of B. papyrifera, which would contribute to sustainable livestock production systems.
Three experiments were conducted to investigate the effects of polyurethane coated urea on in vitro ruminal fermentation, ammonia release dynamics and lactating performance of Holstein dairy cows fed a steam-flaked corn-based diet. In Exp. 1, a dual-flow continuous culture was run to investigate the effect of polyurethane coated urea on nutrient digestibility, rumen fermentation parameters and microbial efficiency. Three treatment diets with isonitrogenous contents (13.0% CP) were prepared: i) feedgrade urea (FGU) diet; ii) polyurethane coated urea (PCU) diet; and iii) isolated soy protein (ISP) diet. Each of the diets consisted of 40% steam-flaked corn meal, 58.5% forages and 1.5% different sources of nitrogen. PCU and FGU diets had significantly lower digestibility of NDF and ADF (p<0.01) than the ISP diet. Nitrogen source had no significant effect (p = 0.62) on CP digestibility. The microbial efficiency (expressed as grams of microbial N/kg organic matter truly digested (OMTD)) in vitro of the PCU diet (13.0 g N/kg OMTD) was significantly higher than the FGU diet (11.3 g N/kg OMTD), but comparable with the ISP diet (14.7 g N/kg OMTD). Exp. 2, an in vitro ruminal fermentation experiment, was conducted to determine the ammonia release dynamics during an 8 h ruminal fermentation. Three treatment diets were based on steam-flaked corn diets commonly fed to lactating cows in China, in which FGU, PCU or soybean meal (SBM) was added to provide 10% of total dietary N. In vitro $NH_3-N$ concentrations were lower (p<0.05) for the PCU diet than the FGU diet, but similar to that for the SBM diet at all time points. In Exp. 3, a lactation trial was performed using 24 lactating Holstein cows to compare the lactating performance and blood urea nitrogen (BUN) concentrations when cows were fed PCU, FGU and SBM diets. Cows consuming the PCU diet had approximately 12.8% more (p = 0.02) dietary dry matter intake than those consuming the FGU diet. Cows fed the PCU diet had higher milk protein content (3.16% vs. 2.94%) and lower milk urea nitrogen (MUN) concentration (13.0 mg/dl vs. 14.4 mg/dl) than those fed the FGU diet. Blood urea nitrogen (BUN) concentration was significantly lower for cows fed the PCU (16.7 mg/dl) and SBM (16.4 mg/dl) diets than the FGU (18.7 mg/dl) diet. Cows fed the PCU diet had less surplus ruminal N than those fed the FGU diet and produced a comparable lactation performance to the SBM diet, suggesting that polyurethane coated urea can partially substitute soybean meal in the dairy cow diet without impairing lactation performance.
벼와 보리를 팽화시켜 당화와 알코올 발효 효율을 자숙처리와 비교하였다. 쌀의 경우 가수분해 효소에 의한 당화는 팽화처리가, 보리의 경우 자숙처리가 유리하였다. 당화효율은 찰벼의 팽화미가 91.28%로 메벼에 비하여 높았다. 쌀과 보리의 알코올 발효는 팽화처리가 자숙처리에 비해 알코올 생성량이 약간증가 되었으나 발효기간이 단축되었다. 발효 효율은 팽화처리 쌀이 90.72%, 자숙처리 쌀이 87,77% 이었다. 발효 후 술덧 중의 비발효성당은 보리가 많았고 술덧의 pH는 발효기간 중에 서서히 증가하였으며 팽화처리구에서 높았다.
This study was conducted to determine effects of whole (intact), coarsely-ground (4 mm), finely-ground (1 mm), steam-flaked and steam-flaked-ground (1 mm) corns on in vitro and in situ DM digestibilities and also in vitro fermentation characteristics. After 48 h incubation, in vitro dry matter digestibilities of whole, steam-flaked, coarsely-ground, steam-flaked-ground, and finely-ground corns were 6.79, 61.68, 76.48, 85.72 and 90.31%, respectively. Steam-flaked-ground corn showed the highest digestibility until 24 h incubation (p<0.01). After 48 h incubation, pH of whole corn decreased with a small range. However the values of pH of other media significantly decreased (p<0.01). The gas productions of finely-ground and steam-flaked-ground corns were higher than those of the other corns (p<0.01). After 24 h incubation, $NH_3$-N concentration of finely-ground and steam-flaked-ground corns increased rapidly. Total VFA was the highest in finely-ground corn, followed by steam-flaked-ground, steam-flaked, coarsely-ground and whole corns. Incorporating steam-flaked corn resulted in the highest propionate concentration (p<0.01) and the lowest acetate : propionate value (p<0.05). Finely-ground corn showed the highest in situ DM digestibility throughout the incubation period (p<0.01), followed by coarsely-ground, steam-flaked and whole corns, respectively. Overall, DM of whole corn was merely digested in vitro as well as in situ.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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