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.
Kim, Ho-Yong;Hong, Chang-Young;Kim, Seon-Hong;Yeo, Hwanmyeong;Choi, In-Gyu
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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v.43
no.5
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pp.600-612
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2015
We investigated the optimization of the organosolv pretreatment of yellow poplar for bioethanol production. Response surface methodology was used to determine the optimal conditions of three independent variables (reaction temperature, reaction time, and sulfuric acid (SA) concentration). Reaction temperature is the most significant variable in the degradation of xylan and lignin in the presence of an acid catalyst, and ethanol production increased with a decrease in the lignin content. The highest ethanol concentration ($42.80g/{\ell}$) and theoretical ethanol yield (98.76%) were obtained at $152^{\circ}C$ (2.5 bar) with 1.6% SA for 16 min. However, because of excessive degradation of the raw material, the overall ethanol yield was less than under other pretreatment conditions which has approximately 50% of WIS recovery rate after pretreatment. The optimal conditions for the maximum overall ethanol yield ($146^{\circ}C$ with 1.22% SA for 15.9 min) were determined with a predicted yield of 17.11%, and the experimental values were very close (17.15%). Therefore, the quadratic model is reliable.
An ethanol-producing yeast strain, CHFY0201, was isolated from soil in South Korea using an enrichment technique in a yeast peptone dextrose medium supplemented with 5% (w/v) ethanol at $30^{\circ}C$. The phenotypic and physiological characteristics, as well as molecular phylogenetic analysis based on the D1/D2 domains of the large subunit (26S) rDNA gene and the internally transcribed spacer (ITS) 1+2 regions, suggested that the CHFY0201 was a novel strain of Schizosaccharomyces pombe. During shaking flask cultivation, the highest ethanol productivity and theoretical yield of S. pombe CHFY0201 in YPD media containing 9.5% total sugars were $0.59{\pm}0.01$ g/l/h and $88.4{\pm}0.91%$, respectively. Simultaneous saccharification and fermentation for ethanol production was carried out using liquefied cassava (Manihot esculenta) powder in a 5-l lab-scale jar fermenter at $32^{\circ}C$ for 66 h with an agitation speed of 120 rpm. Under these conditions, S. pombe CHFY0201 yielded a final ethanol concentration of $72.1{\pm}0.27$ g/l and a theoretical yield of $82.7{\pm}1.52%$ at a maximum ethanol productivity of $1.16{\pm}0.07$ g/l/h. These results suggest that S. pombe CHFY0201 is a potential producer for industrial bioethanol production.
Kim, Su-Hyun;Yoo, Young-Don;Kang, Kyung-Hun;Park, Jun-Won
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2009.06a
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pp.426-429
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2009
본 연구에서는 바이오에탄올 가격 경쟁력 확보를 위하여 옥수수 및 사탕수수와 같은 식량자원이 아닌 맥주 제조 후 발생되는 폐기물로부터 바이오에탄올을 제조함으로써 기존의 바이오에탄올의 원료로 사용되는 작물의 수급의 불안정 및 곡물가격의 상승에 의한 원료의 가격상승 등에 따른 높은 생산단가에 대한 문제점을 해결할 수 있을 것으로 기대하며, 맥주발효 폐효모액을 이용한 바이오에탄올 제조 특성을 살펴보기 위하여 1일 30톤의 바이오에탄올 제조 공정 해석을 수행하였다.
Bioethanol production from lignocellulose is considered as a sustainable biofuel supply. However, the low cellulose hydrolysis efficiency limits the cellulosic ethanol production. The cellulase is strongly inhibited by the major end product cellobiose, which can be relieved by the addition of ${\beta}$-glucosidase. In this study, three ${\beta}$-glucosidases from different organisms were respectively expressed in Saccharomyces cerevisiae and the ${\beta}$-glucosidase from Saccharomycopsis fibuligera showed the best activity (5.2 U/ml). The recombinant strain with S. fibuligera ${\beta}$-glucosidase could metabolize cellobiose with a specific growth rate similar to the control strain in glucose. This recombinant strain showed higher hydrolysis efficiency in the cellulose simultaneous saccharification and fermentation, when using the Trichoderma reesei cellulase, which is short of the ${\beta}$-glucosidase activity. The final ethanol concentration was 110% (using Avicel) and 89% (using acid-pretreated corncob) higher than the control strain. These results demonstrated the effect of ${\beta}$-glucosidase secretion in the recombinant S. cerevisiae for enhancing cellulosic ethanol conversion.
Thermal acid hydrolysis pretreatment of Kappaphycus alvarezii was carried out with 12% (w/v) seaweed slurry and 180 mM H2SO4 at 140°C for 5 min. Utility of the thermotolerant yeast Kluyveromyces marxianus KCTC7150 was evaluated with respect to cell growth and ethanol fermentation at 40°C was close to optimal for enzymatic hydrolysis. This could lead to the integration of both the saccharification and fermentation processes. The levels of ethanol production by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) with non-adapted and adapted K. marxianus KCTC7150 were 9.1 g/l with an ethanol yield (YEtOH) of 0.24 and 10.2 g/l with an ethanol yield (YEtOH) of 0.27 at 156 h, respectively. The two-phase SSF process was employed in this study to improve the efficiency of ethanol fermentation. Adapted K. marxianus KCTC7150 using the two-phase SSF process produced 13.5 g/l with an ethanol yield (YEtOH) of 0.35 at 96 h. Development of the two-phase SSF process could enhance the overall ethanol fermentation yields of the seaweed K. alvarezii.
Kim, Hye-Yun;Lee, Jae-Won;Jeffries, Thomas W.;Gwak, Ki-Seob;Choi, In-Gyu
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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v.37
no.4
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pp.397-405
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2009
In this study, we investigated the potential of producing bioethanol from Liriodendron tulipifera by using oxalic acid pretreatment. Amounts of fermentable sugars, mostly xylose and glucose, in the liquid fraction (hydrolysate) was $40.22g/{\ell}$ after the biomass was pretreated with 0.037 g/g of oxalic acid for 20 minutes at $160^{\circ}C$. Production amounts of ethanol was $8.6g/{\ell}$ from the 72 hours of simultaneous saccharification and fermentation (SSF) on solid fraction of the pretreated sample. At the same condition, when the reaction time increased to 40 minutes, $32.66g/{\ell}$ of fermentable sugars in the hydrolysate and $9.5g/{\ell}$ of ethanol was produced from the process of pretreatment and SSF. As a result of analyzing the fermentation inhibitors, such as acetic acid, 5-HMF, furfural and total phenolic compounds, as the reaction time increased, the amount of the fermentation inhibitors in the hydrolysate increased. Production of the fermentation inhibitors was more affected by initial concentration of oxalic acid rather than reaction time. $3.39{\sim}5.78g/{\ell}$ of acetic acid was produced by pretreatment with 0.013 g/g of oxalic acid, and the amount of furfural produced by decomposition of xylose was 2~3 times higher than the amount of 5-HMF produced by decomposition of glucose. All the hydrolysates contained more than $5g/{\ell}$ of total phenols considered as the degradation product of lignin. Therefore, by analyzing the amount of fermentable sugars and fermentation inhibitors in the hydrolysate, and producing ethanol from SSF of solid fraction of the pretreated sample, the biomass pretreated with 0.037 g/g of oxalic acid for 20 minutes at $160^{\circ}C$ can be expected to produce the most ethanol.
Sheikh, M. Mominul Islam;Kim, Chul-Hwan;Park, Hyun-Jin;Kim, Sung-Ho;Kim, Gyeong-Chul;Lee, Ji-Yong;Kim, Jae-Won
Proceedings of the Korea Technical Association of the Pulp and Paper Industry Conference
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2011.10a
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pp.167-177
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2011
Renewable energy resources and technologies have the potential to provide long-lasting solutions of the global energy-requirements faced by the economic and environmental sectors of a nation. Therefore, waste money bills were used as renewable energy source for the production of bio-ethanol. In this study, different concentrated NaOH 0.5%. 1.0%, 2.0%, 3.0% and 0.0% (as a control) were used for 10, 20 and 30 mins at $121^{\circ}C$/15 psi in an autoclave. Saccharification and fermentation (aerobic and anaerobic) were carried out through commercial enzyme Celluclast 1.5 L, Novozymes 188 and Saccharomyces cerevisiae KCCM 11304 respectively. The results of pretreatment showed that the NaOH pre-treated substrate enhanced enzyme action and released more amount of glucose. The amount of glucose was found with the increasing concentration of NaOH and time $44996.95{\pm}6.30$, $46763.10{\pm}3.56$, $53421.32{\pm}4.72$, $63431.25{\pm}6.95$ and $56850.98{\pm}6.75\;ng/{\mu}l$ for 30 min respectively. As for bioethanol, the conversion rate of NaOH resulted $1010.08{\pm}4.71$, $1050.25{\pm}4.37$, $1109.49{\pm}4.39$, $1139.25{\pm}3.26$ and $1020.77{\pm}3.89$ ppm for aerobic; $16730.54{\pm}6.67$, $17076.45{\pm}6.25$, $17516.17{\pm}4.49$, $19782.68{\pm}6.19$ and $17973.39{\pm}7.50$ ppm for anaerobic and $18935.02{\pm}4.59$, $19895.45{\pm}5.39$, $21912.95{\pm}4.83$, $24895.21{\pm}6.72$ and $18961.21{\pm}4.90$ ppm for anaerobic condition with benzoic acid for respective condition. Thus, the results of the present work clearly revealed that with the increasing of alkali concentration might be more effective for bio-ethanol production from waste money bill, which is economic and environmental friendly.
Yang, Ji Won;Park, Yu Rim;Jeong, Gwi-Taek;Kim, Sung-Koo
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.49
no.1
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pp.88-94
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2021
The seaweed, Gracilaria verrucosa (red seaweed) was fermented to produce bioethanol. Optimal thermal acid hydrolysis conditions were determined as 200 mM H2SO4 and 10% (w/v) seaweed slurry at 130℃ for 60 min yielding 47.5% of pretreatment efficiency (Ep). After the thermal acid hydrolysis, enzymatic saccharification was carried out with 16 U/ml Viscozyme L, Cellic CTec2 or mixture of Viscozyme L and Cellic CTec2 to G. verrucosa hydrolysates. Enzymatic saccharifications with Viscozyme, Cellic CTec2 or mixture of those yielded 7.3 g/l glucose with efficiency of saccharification, Es = 34.9%, 11.6 g/l glucose with Es = 64.4% and the mixture of those 9.6 g/l glucose with Es = 56.6%, respectively. Therefore, based on the Es value, Cellic CTec2 was selected for the optimal enzyme for enzymatic saccharification of G. verrucosa hydrolysate. The ethanol productions with non-adapted S. cerevisiae CEN-PK2 (wild type) and S. cerevisiae CEN-PK2 with adaptive evolution to galactose produced 8.5 g/l ethanol with YEtOH = 0.19 and 21.5 g/l ethanol with YEtOH = 0.50 at 144 h, respectively. From these results, the ethanol production by S. cerevisiae with adaptive evolution showed high concentration of ethanol production using G. verrucosa as a substrate.
Shin, Gyeong Yeon;Choi, Hye Jung;Kang, Yang-Rae;Nam, Ki-Du;Song, Ju Yeong;Joo, Woo Hong
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.45
no.2
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pp.162-167
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2017
For the production of bioethanol by the synchronous saccharification and fermentation (SSF) process, bio-capsule formation was attempted. Many saccharifying fungal strains and fermentative yeast strains were first screened. Aspergillus sp. BCNU 6200, Penicillium sp. BCNU 6201, and P. chrysogenum KACC 44363 were found to be excellent producers of saccharifying enzymes such as ${\alpha}$-amylase and glucoamylase. Saccharomyces cerevisiae IFO-M-07 showed the highest ethanol productivity among the tested strains. Secondly, we determined the optimal conditions for pellet formation, and those for bio-capsule formation. All the tested fungal strains formed pellets, and the optimal conditions for bio-capsule formation were $28^{\circ}C$ and 120 rpm. Lastly, SSF process was performed using a bio-capsule. An ethanol yield of 3.9% was achieved by using the Aspergillus sp. BCNU 6200 bio-capsule (Aspergillus sp. BCNU 6200 + S. cerevisiae IFO-M-07) at $30^{\circ}C$ with shaking at 120 rpm during the 10 days of incubation. The results provide useful information on the application of a bio-capsule in bioethanol production under the SSF process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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