KIM, JUN-SUK;KYUNG-KEUN OH;SEUNG-WOOK KIM;YONG-SEOB JEONG;SUK-IN HONG
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제9권3호
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pp.297-302
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1999
Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) experiments were carried out with a lignocellulosic biomass. The effects of temperature on enzymatic saccharification and the ethanol fermentation were also investigated. The batch SSF process gave a final ethanol concentration of 10.44 g/l and equivalent glucose yield of 0.55 g/g, which was increased by 67% or higher over the saccharification at 42℃. The optimal operating condition was found to vary in several parameters, such as the transmembrane pressure, permeation rate, and separation coefficient, related to the SSF combined with membrane system (semi-batch system). When the fermentation was operated in a semi-batch mode, the efficiency of the enzymes and yeast lasted three times longer than in a batch mode.
효모의 성장 및 에탄을 생산에 미치는 온도의 영향에 대해서 회분식 배양을 실시한 결과 최대의 비효모 성장속도를 나타내는 온도는 36$^{\circ}C$였고 최대의 비에탄을 생산속도를 나타내는 온도는 33$^{\circ}C$임을 알 수 있었다. 온도의 영향에 대한 실험을 토대로 수학적 모델식을 선정했으며 매개변수를 추정하여 모사를 해 본 결과 배양 초기에는 36$^{\circ}C$ 정도의 온도에서 배양하다가 점차로 온도를 낮추어 3$0^{\circ}C$ 정도로 배양하는 것이 최적의 발효공정임을 알 수 있었다.
The quantitative effects of molecular weight and concentrations of two phase-forming polymers-polyethylene glycol and crude dextran on the two phase extractive ethanol fermentation were investigated using a Box-Wilson central composite protocol. The regression model obtained was used in order to determine optimum compositions of aqueous two phase system. In the aqueous two phase extractive ethanol fermentation of Kluyueromyces fragilis CBS 1555 with Jerusalem artichoke juice, it was found from the regression model that the variables influenlcing on ethanol fermentation were PEG concentration, time, Dx concentration, and PEG molecular weight strongly in order. The interaction of PEG concentration and PEG molecular weight was also found, and the effect of PEG concentration decreased with increase in molecular weight of PEG. The ethanol concentration incresed with increase in molecular weight of PEG, and with decrease in concentration of PEG. In conolusion, maximum concentration of ethanol produced was obtained at the following compositions; PEG MW 20000, Dx concentration ranged from 4% to 5%, and PEG concentration ranged from 3% to 7%.
S.cerevisiae에 의한 에딴올 발효에셔 생성되는 부산물 인 acetic acid, acetaldehyde, glycerol, lactic acid, formic acid가 세포성장과 에탄올 생성에 미치는 영향을 고찰하였다. Acetic acid와 acetaldehyde 를 발효액 내에 투입하였을 때, 세포생장은 저해되 었으나, 에탄올 생성은 증가되었다. 한편, glycerol 과 lactic acid는 세포성장과 에탄올 생산에 거의 영 향이 없었다. Acetic acid와 acetaldehyde는 비성장 속도를 줄임과 동시에 정체기를 늘염으로써 세포성장을 저해하였다. 에단올 수율은 첨가된 acetic acid 와 acetaldehyde 농도에 비례하여 증가하였고, acetic acid $3g/\ell$, acetaldehyde $2g/\ell$ 일 때, 최대가 되었다.
A repeated batch fermentation system was used to produce ethanol using $Saccharomyces$$cerevisiae$ strain (NCIM 3640) immobilized on sugarcane ($Saccharum$$officinarum$ L.) pieces. For comparison free cells were also used to produce ethanol by repeated batch fermentation. Scanning electron microscopy evidently showed that cell immobilization resulted in firm adsorption of the yeast cells within subsurface cavities, capillary flow through the vessels of the vascular bundle structure, and attachment of the yeast to the surface of the sugarcane pieces. Repeated batch fermentations using sugarcane supported biocatalyst were successfully carried out for at least ten times without any significant loss in ethanol production from sugarcane juice and molasses. The number of cells attached to the support increased during the fermentation process, and fewer yeast cells leaked into fermentation broth. Ethanol concentrations (about 72.65-76.28 g/L in an average value) and ethanol productivities (about 2.27-2.36 g/L/hr in an average value) were high and stable, and residual sugar concentrations were low in all fermentations (0.9-3.25 g/L) with conversions ranging from 98.03-99.43%, showing efficiency 91.57-95.43 and operational stability of biocatalyst for ethanol fermentation. The results of the work pertaining to the use of sugarcane as immobilized yeast support could be promising for industrial fermentations.
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.
Schwanniomyces castellii NRRL Y-2477에 의한 전분의 직접 알콜발효에 대한 연구를 수행하였다. 이 균주의 150g/l glucose에 대한 알콜발효능력은 사용기질의 94%를 이용하여 ethanol를 63.9g/l를 생성하였으며, 이때의 ethanol yeild를 0.45g-ethanol/g-glucose로서 일반적인 알콜발효 효모인 Sacch. cerevisiae보다는 약간 낮았다. 전분이 상온에서 최대로 용해될 수 있는 20g/l전분의 직접알콜 발효에서는 통기인 경우 ethanol의 생성없이 세포성장만이 이루어졌으며, 통기를 하지 않은 경우는 9.1g/l의 ethanol를 생성하여 ethanol yeild는 이론값의 88%를 나타내었다. 반면 100g/l의 dextrin을 이용한 알콜발효에서는 통기에 의하여 ethanol의 생성이 1.8배 증가하였으며, 또한 $CaCO_3$첨가에 의한 pH를 조절한 경우 조절하지 않은 경우보다 ethanol생성이 2.1배 증가한 34.5g/l의 농도로서 이때의 기질에 대한 발효능력은 82%이고 ethanol yeild는 이론값의 약 84%였다. 또한 150g/l dextrin의 알콜발효에서는 약 79%의 기질을 소모하면서 52.1g/l의 ethanol을 생성하였다. 따라서 Schwanniomyces castellii NRRL Y-2477 에 의한 전분의 직접 알콜발효에서의 율속단계는 전분의 가수분해 과정임을 확인하였다.
The influences of glucose concentration, initial medium acidity (pH), and temperature on the growth and ethanol production of Saccharomyces cerevisiae NK28, which was isolated from kiwi fruit, were examined in shake flask cultures. The optimal glucose concentration, initial medium pH, and temperature for ethanol production were 200 g/l, pH 6.0, and $35^{\circ}C$, respectively. Under this growth condition, S. cerevisiae NK28 produced $98.9{\pm}5.67$ g/l ethanol in 24 h with a volumetric ethanol production rate of $4.12{\pm}0.24g/l{\cdot}h$. S. cerevisiae NK28 was more tolerant to heat and ethanol than laboratory strain S. cerevisiae BY4742, and its tolerance to ethanol and fermentation inhibitors was comparable to that of an ethanologen, S. cerevisiae D5A.
고온 알코올 발효에 필요한 새로운 내열성 효모 균주를 개발할 목적으로, 당밀에서 분리하였다. 내열성 효모중 높은 온도에서 알코올 생산능을 검토하여 알코올 생산능이 우수한 3균주를 얻었다. 이들 균주는 pH5.0, 34$^{\circ}C$에서 알코올 발효를 하였을 때 기질로서 포도당을 함유한 합성배지에서 평균 75g/ι의 알코올을 얻을 수 있었다. 이들 균주는 Saccharomyces cerevisiae와 Kluveromyces marxianus로 동정되었다.
본 연구에서는 옥살산 전처리 바이오매스의 액상가수분해산물에 포함된 발효저해물질을 전기투석과 XAD 수지 처리하여 제거한 후 에탄올을 생산하였다. 전기투석 과정에서 아세트산은 대부분 제거되었으며(95.6%), 비이온성 발효저해물질(Total phenolic compound: TPC, 5-hydroxymethyl furfural: HMF, furfural)은 XAD 수지 처리에 의해 효과적으로 제거되었다. 전기투석과 XAD 수지 처리된 액상가수분해산물로 발효를 수행한 결과 XAD 수지의 침지시간이 짧을수록 에탄올 생산이 향상되었다. 최대 에탄올 생산은 발효 72시간 후 $6.16g/{\ell}$로 전기투석 후 액상가수분해산물을 XAD-4 수지에서 5분 침지하였을 때 나타났다. 리그닌 유래 발효저해물질 중 syringaldehyde는 저농도(1 mM, 2 mM)에서 에탄올 생산을 향상시켰으며 5 mM에서는 발효에 부정적인 영향을 주었다. 리그닌 유래 발효저해물질의 시너지 효과를 확인하고자 합성배지로 발효를 수행하였으며, Syringaldehyde (1 mM)와 ferulic acid (1 mM) 합성배지를 이용하여 발효를 수행한 결과 syringaldehyde보다 ferulic acid의 영향으로 에탄올 생산이 감소했다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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