The selection of ethanol-tolerant strains was applied to enrichment culture of YPD broth medium containing various concentrations of ethanol. Isolates were identified to be Saccharomyces cerevisiae, the others as S. dairensis, S. exiguus, S. telluris, Saccharomycodes ludwigii, Schwanniomyces occidentalis var. occidentalis and Zygosaccharomyces florentinus. Among isolates S. cerevisiae YO-1 was screened as having the highest ethanol tolerance and produced 18% (v/v) ethanol after 4 days fermentation. The change of fatty-acyl residues represents that a progressive decrease in fatty-acyl unsaturation and a proportional increase in saturation in phospholipids of yeast cells during fermentation affected the yeast viability. Supplementation ethanol to the cultures led to an increase of unsaturated fatty-acyl residues, especially $C_{16}$ or $C_{18}$ residues, along with a decrease in the proportion of saturated residues in cellular phospholipids. Increasing the amount of soy flour led to an increase in the maximum number of viable yeast cells and ethanol production. It was possible in 4 days to reach 21% (v/v) ethanol by adding 4% soy flour as source of unsaturated fatty-acyl residues to the fermentation medium. Soy flour not only increased yeast population but also enhanced the physiological properties of yeast cells to be ethanol tolerant in the anaerobic culture.
In ethanol fermentations with Saccharomyces sake, phosphatidylcholine-egg albumin as a supplement in fermentation media was much more effective in enhancing ethanol production than linoleic acid-ergosterol. It came from the differences in alcohol-tolerance between egg albumin and ergosterol. The egg albumin was supposed to function as a nutrient rather than to form protective layers around the cells against ethanol.
Tolerant corn cultivars to bentazon were selected and tolerance mechanism of corn cultivars to bentazon was studied by determining bentazon 6-hydroxylase(B6H) activity which was known to detoxify bentazon to 6-hydroxy bentazon at induced enzyme conditions with treatments of 1,8-naphthalic anhydride, ethanol and phenobarbital. Tolerant cultivars to bentazon were selected by growth response of corn by foliar application of bentazon to corn cultivars. Kwanganok, GA 209, IK 2, DB 544, and Suwon 19 were tolerant to bentazon, but KSS 3, KSS 4, KS 5, and Danok 2 were susceptible. Pretreating corn seeds with 1,8-naphthalic anhydride increased B6H activity at all cultivars, but the tendencies were more remarkable at Suwon 19 and GA 209, tolerant cultivars, than at Danok 2 and KS 5, susceptible cultivars. Treating corn shoots with ethanol increased B6H activity at Suwon 19 and GA 209. B6H activity was enhanced by treatments of ethanol at 1.0 or 2.5%, but decreased at ethanol 2.5 or 5.0% at Danok 2 and KS 5. Treating corn shoots with phenobarbital increased B6H activity at Suwon 19, GA 209, Danok 2, and KS 5 by treatments of phenobarbital at 2.0mM, but decreased at 4.0 or 8.0mM at all cultivars. Therefore, the tolerant mechanism of corn cultivars to bentazon may be explained partially by the activity of bentazon 6-hydroxylase which detoxifies bentazon to 6-hydroxy bentazon.
This study aimed to enhance ethanol productivity of Saccharomyces cerevisiae through genome editing using CRISPR/CAS9. To increase ethanol productivity, ACC1, ELO1, and OLE1 were overexpressed in S. cerevisiae using the CRISPR/CAS9 system. The strains overexpressing ACC1, ELO1, and OLE1 survived up to 24 h in YPD medium supplemented with 18% ethanol. Moreover, the ethanol yields in strains overexpressing ACC1 (428.18 mg ethanol/g glucose), ELO1 (416.15 mg ethanol/g glucose), and OLE1 (430.55 mg ethanol/g glucose) were higher than those in the control strains (400.26 mg ethanol/g glucose). In conclusion, the overexpression of these genes increased the viability of S. cerevisiae at high ethanol concentrations and the ethanol productivity without suppressing glucose consumption.
Misun Yun;Hee Eun Jo;Namhee Kim;Hyo Kyeong Park;Young Seo Jang;Ga Hee Choi;Ha Eun Jo;Jeong Hyun Seo;Ji Ye Mok;Sang Min Park;Hak-Jong Choi
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.34
no.4
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pp.838-845
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2024
Excessive alcohol consumption can have serious negative consequences on health, including addiction, liver damage, and other long-term effects. The causes of hangovers include dehydration, alcohol and alcohol metabolite toxicity, and nutrient deficiency due to absorption disorders. Additionally, alcohol consumption can slow reaction times, making it more difficult to rapidly respond to situations that require quick thinking. Exposure to a large amount of ethanol can also negatively affect a person's righting reflex and balance. In this study, we evaluated the potential of lactic acid bacteria (LAB) to alleviate alcohol-induced effects and behavioral responses. Two LAB strains isolated from kimchi, Levilactobacillus brevis WiKim0168 and Leuconostoc mesenteroides WiKim0172, were selected for their ethanol tolerance and potential to alleviate hangover symptoms. Enzyme activity assays for alcohol dehydrogenase (ADH) and acetaldehyde dehydrogenase (ALDH) were then conducted to evaluate the role of these bacteria in alcohol metabolism. Through in vitro and in vivo studies, these strains were assessed for their ability to reduce blood alcohol concentrations and protect against alcohol-induced liver damage. The results indicated that these LAB strains possess significant ethanol tolerance and elevate ADH and ALDH activities. LAB administration remarkably reduced blood alcohol levels in rats after excessive alcohol consumption. Moreover, the LAB strains showed hepatoprotective effects and enhanced behavioral outcomes, highlighting their potential as probiotics for counteracting the adverse effects of alcohol consumption. These findings support the development of functional foods incorporating LAB strains that can mediate behavioral improvements following alcohol intake.
In order to improve the productivity of ethanol by sugar-alcohol-tolerant Saccharomyces cerevisiae D1, the effect of addition of $Ca^{2+}$ on the alcohol fermentation was investigated. The addition of $Ca^{2+}$led to both the improvement of ethanol productivity and the increase of viable cell concentration. The optimal concentration of $Ca^{2+}$ was 0.8 mM. The higher was initial concentration of glucose, the greater effect of $Ca^{2+}$ was observed. Ethanol inhibition of growth, specific death rate in lethal concentration of ethanol, and extracellular final pH decreased by the addition of $Ca^{2+}$. The effect of $Ca^{2+}$ supplementation was explained by the increase of its ethanol tolerance.
Two strains of yeast (RA-74-2 and RA-912) showing superior fermenting ability at a high temperature were isolated from soils and wastewaters by an enrichment culture method. Based on the morphological and physiological charateristics, the two strains were identified as Saccharomyces cerevisiae and Kluyveromyces marxianus, respectively. RA-74-2 was able to grow upto $43^{\circ}C$ and sustain similar fermenting ability in the temperatures range from 30 to $40^{\circ}C$. In addition, the sugar- and ethanol-tolerance of RA-74-2 were 30% (w/v) glucose and 10% (v/v) ethanol, which appeared to be higher than those of nine other industrial yeast strains currently being used in the alcohol factories. The thermotolerant ethanol fermenting yeast RA-912 showed identical growth in the temperatures range from 35 to $45^{\circ}C$ and was resistant to various heavy metals. The quality and quantity of byproducts of the isolated yeast strains in fermentation broth after fermentation at $40^{\circ}C$ and $45^{\circ}C$ were similiar with those obtained at $30^{\circ}C$. These results show that RA-74-2 can be adopted for the ethanol fermentation process where the expenses for cooling system is significant, and suggest that RA-912 may be applied in either SSF(simultaneous saccharification and fermentation) or Flash-fermentation process and RA-912 may be used as a gene donor for the development of thermotolerant ethanol-fermenting yeasts.
In order to investigate the ethanol fermentation properties of alcohol yeasts a laboratorial strain (CEN.PK2-1D) and two industrial alcohol yeasts (JHS100 and JHS200) of Saccharomyces cerevisiae were cultured in a pure YP medium with 300 g/L glucose and cassava hydrolysate. Spot assay and cell viability tests showed that both the JHS100 and JHS200 strains exhibited higher ethanol tolerance than the CEN.PK2-1D strain. The JHS100 strain demonstrated the highest cell growth, glucose consumption and ethanol production. In particular, an anaerobic batch fermentation of the JHS100 strain using cassava hydrolysate with 250 g/L glucose resulted in a 106.1 g/L ethanol concentration, 0.42 g/g ethanol yield and 3.15 g/L-hr ethanol productivity, which were 53%, 13%, 53% higher than the corresponding values for the CEN.PK2-1D strain. By changing the pure YP medium to cassava hydrolysate, 19% and 17% decreases in ethanol yield and productivity for the CEN.PK2-1D strain were observed, whereas the cultures of the JHS100 and JHS200 stains showed similar ethanol productivities and only an 8% decrease in ethanol yield. Furthermore, the JHS100 and JHS200 stains produced lower levels of glycerol and acetate byproducts than the CEN.PK2-1D strain. Consequently, the outstanding ethanol fermentation performance of the industrial strains might be owing to rapid cell growth, high ethanol tolerance, low nitrogen requirements and the low formation of by-products.
Lee Tae-Young;Kim Myoung-Dong;Kim Kyu-Yong;Park Kyungmoon;Ryu Yeon-Woo;Seo Jin-Ho
Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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v.5
no.1
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pp.27-31
/
2000
Characteristics of ethanol production by a xylose-fermenting yeast, Pichia stipitis Y-7124, were studied. The sugar consumption rate and specific growth rate were higher in the glucose-containing medium than in the xylose-containing medium. Specific activities of xylose reductase and xylitol dehydrogenase were higher in the medium with xylose than glucose, suggesting their induction by xylose. Maximum specific growth rate and ethanol yield were achieved at 30 g xylose/L concentration without formation of by-products such as xylitol and acetic acid whereas a maximum ethanol concentration was obtained at 130 g/L xylose. Adding a respiratory inhibitor, rotenone, increased a maximum ethanol concentration by $10\%$ compared with the control experiment. In order to evaluate the pattern of ethanol inhibition on specific growth rate, a kinetic model based on Luong's equations was applied. The relationship between ethanol concentration and specific growth rate was hyperbolic for glucose and parabolic for xylose. A maximum ethanol concentration at which cells did not grow was 33.6 g/L for glucose and 44.7 g/L for xylose.
Zymomonas mobilis has been recognized as a potential industrial ethanologen for many decades due to its outstanding fermentation characteristics, including high ethanol tolerance, fast sugar uptake rate, and high theoretical ethanol yield. With the emergence of the postgenomic era and the recent announcement of DuPont's world largest cellulosic ethanol production process, research on this bacterium has become even more important to harness successful application not only for use in the bioethanol process but also in other biochemical processes, which can be included in bio-refinery. As an important industrial microorganism, Z. mobilis will likely be exposed to various stressful environments, such as toxic chemicals, including the end-product ethanol and fermentative inhibitory compounds (e.g., furan derivatives, organic acids, and lignin derivatives in pretreatment steps), as well as physical stresses, such as high temperature during large-scale ethanol fermentation. This review focuses on recent information related to the industrial robustness of this bacterium and strain development to improve the ethanol yield and productivity in the lignocellulosic ethanol process. Although several excellent review articles on the strain development of this bacterium have been published, this review aims to fill gaps in the literature by highlighting recent advances in physiological understanding of this bacterium that may aid strain developments and improve the ethanol productivity for lignocellulosic biomass.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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