The whole cells of Actinoplanes missouriensis KCTC 1780 which produce glucose isomerase was immobillized by flocculation method for the effective production of high fructose syrup using packed-bed bioreactor system. Among the flocculation methods used In this study, the glucose Isomerase activity of flocculated cells using 5% polyethylenimmine and 0.2% glutaraldehyde was the highest as 46.3 unit, and the flocculant was 10.3g(wet weight) per 100m1 of broth, and the residual activity was 92.5%. In the batch operation of glucose isomerization using the flocculated cells, the optimum pH, temperature and isomerization ratio were 7.0, 75$^{\circ}C$ and 31%, respectively. The optimum concentration of Mg2+ which was activator on the glucose isomerization of flocculated cells was 0.1M, and glucose isomerase activity was increased by about 40% compared to none of Mg2+. In the packed-bed bioreactor system with 1.2 hour of residence time at 7$0^{\circ}C$, the reaction stability maintained until 96 hour without toss of activity, and the equilibrium was kept up to 120 hours of the operation.
The whole cell of alkalophilic Streptomyces sp. B-2 which produce glucose isomerase was immobilized by entrapment method for the effective production of high fructose syrup. The highest immobilized activity was achieved when the enzyme was bound to 2% $textsc{k}$-carrageenan. Immobilized glucose isomerase the pH optimum was about pH 7.5~8.5. Immobilization of alkalophilic Streptomyces sp. B-2 on 2% $textsc{k}$-carrageenan at 7$0^{\circ}C$ showed an increase in glucose isomerase activity. GI activity of immobilized cells was maximum Co2+ concentration 10-3M, Mg2+ concentration 10-3M.
By way of paper chromatography, free sugars in pycnial drops of Gymnosporangium haraeanum Sydow were investigated in regard of their biochemical interrelation with free sugars of Chinese juniper and pear leaf. The free sugar in pycnial drops of Gynnosporangium haraeanum Sydow were identified to only Fructose spot. Free sugars in Chinese juniper leaf were identified to Glucose. Galactose and two unknown spots. Free sugars of another sample in pear leaf were identified to spots of Glucose, Furctose and Galactose. The Arbutin from pear leaf was crystalized and its structure was identified to Glucose and Hydroquinone. The acetone powder of Emulsin was incubated for 1 hour at $40^{\circ}C$ with 0.05 M Arbutin substrate in test tube and purified by general method with the purpose of analysis of its. metabolic products. And the paper chromatographic analysis showed it to be Glucose spot. From the above results, this Fructose in pycinal drops of Gymnosporangium haraeanum Sydow is presumed to be the exchangeable from free sugars in pear leaf or to be the hydrolyzed of $\beta-glycoside$ (Arbutin)-the metabolic isomerization of Glucose into Fructose by pycnia isomerase.
An innovative process for high fructose corn syrup (HFCS) production coupled with direct saccharification of raw corn starch in the agitated bead enzyme reactor (bioattitor) was investigated. The required high concentration/purity of glucose solution suitable for isomerization was produced directly in a bioattritor. without condensation of hydrolyzate, 398 g glucose/$\ell$ and 98% glucose content from 400 g/$\ell$ (w/v) of raw corn starch after 24 hours. The unsaccharified residual starch could be separated easily upon centrifugation, and resaccharified. The obtained solution also possessed other desirable requirements as substrate for isomerization, such as. low concentrations of denatured protein and calcium ions, thereby, simplified the purification step. The obtained glucose solution was isomerized in an enzyme reactor paked with immobilized glucose isomerase to evaluate the suitability as a substrate. The proposed new HFCS process seems to have many advantages over the conventional process via liquefaction-saccharification steps. The follow-up investigations of the proposed process need to be conducted to evaluate the feasibility of industrial application.
Journal of Korea Technical Association of The Pulp and Paper Industry
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v.46
no.3
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pp.37-43
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2014
Kinetics of holocellulose hydrolysis in concentrated sulfuric acid was analyzed using $^1H$-NMR spectroscopy with different reaction time, temperature and acid concentration in secondary hydrolysis. In this work, reaction condition of secondary hydrolysis was similar to concentrated sulfuric acid process with electrodialysis or simulated moving bed chromatography process for sulfuric acid recycling. By $^1H$-NMR spectroscopy, acid hydrolyzates from higher secondary acid hydrolysis (25-35% acid concentration) was successfully analyzed without any difficulties in neutralization or adsorption of acid hydrolyzate to solid salt. Higher acid concentration, higher temperature and longer reaction time led to more cellulose for glucose conversion but accompanied with glucose to galactose isomerization, glucose to unknown compounds and degradation of glucose to organic acid via furans.
Streptomyces sp. No.8, which produced glucose isomerase was isolated from soil samples. The isolated strain, No.8, was identified as belonging to the Genus Streptomyces. A mutant strain, SM 805, showed the greatest ability to produce glucose isomerase. It was developed from the strain, No.8, by mutagenesis induced by NTG and UV treatment. The mutant strain, SM 805, produced about 7 times more glucose isomerase than the parental strain, No.8. This enzyme catalyzed the isomerization of D-xylose, D-glucose and D-ribose. It was inactive in the absence of metal ions, but was activated by the addition of $Mg^{2+}$ or $Co^{2+}$. The optimum temperature and pH for enzyme activity were $80^\circ{C}$ and pH 8.5, respectively. The enzyme was stable in a pH range of 6.0 to 10.0, and it was highly thermostable. There was no activity loss below $80^\circ{C}$, and even above $90^\circ{C}$ about 45% of its activity was retained. The reaction equilibrium was reached when about 53% fructose was present in the reaction mixture. Whole cells containing glucose isomerase from Streptomyces sp. SM 805 were immobilized by glutaraldehyde treatment. The resultant immobilized enzyme pellets showed a relatively long stability during the isomerizing reaction. The half-life of the immobilized enzyme during the operating was 45 days in the presence of 10mM $Mg^{2+}$.
Enzymatic characteristics of glucose isomerase from Streptomyces spp. K-14 were studied. The optimum pH and temperature of the enzyme reaction are $pH\;7.5{\sim}8.0$ and $70^{\circ}{\sim}75^{\circ}C$, respectively, in the presence of 5 mM $MgSO_4{\cdot}7H_2O$ and 2 mM $CoCl_2{\cdot}6H_2O$. The enzyme activity was activated by both $Mg^{++}$ and $Co.^{++}\;Mg^{++}$ is required for the initial activation of the isomerization reaction, whereas $Co^{++}$ was essential for the increased stability of the enzyme protein. Glucose concentration up to 60% did not affect the reaction velocity as well as the equilibrium conversion of the enzyme.
Since 1950 there has been a dramatic progress in rationalization of the production of sweet potato and potato starch in Japan. This enabled dextrose industry by enzymatic process to develop rapidly due to the success of enzymatic liquefaction and saccharification. Isomerization of glucose to fructose has been studied, and the immobilization of isomerases prompted its products on industrial scale in 1970. Another advance is the development of effective methods of producing high purity maltose. A malto-hexaose forming amylase was discovered in 1971 and attempts are being made for its pharmaceutical utilization. Saccharification of cellulose by cellulase has been studied. Conversion of starch to other polysaccharides is another example for the numerous Japanese activities.
Using the whole cell immobilized glucose isomerase which was prepared in the previous work (Korean J. Food Sci. & Technol., 11(3), 192 (1979), the specific activity of the immobilized enzyme was 48.1 units in the batch reaction system and 114 units in the continuous reaction system per g of matrix, respectively. In the continuous reactor the voidity was 0.36, which was suitable for the packed bed reactor. This immobilized enzyme showed a good operational stability of 115 days of half life which was sufficient for the continuous operation. The experimental result showed that 55 % of the substrate was converted to the product in the packed bed reactor. The productivity was dependent on the flow rate, column geometry, enzyme loading, and substrate concentration. An intrapaticle diffusion was observed by the effectiveness factor of 0.75 and interparticle diffusion by the decrease of Km' with increasing the superficial velocity.
Lee, Ja Hyun;Yoo, Hah Young;Jung, Da Un;Park, Charnho;Song, Yoon Seok;Park, Chulhwan;Kim, Seung Wook
Korean Chemical Engineering Research
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v.52
no.4
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pp.407-412
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2014
Lactulose is well known for functional component in the food and pharmaceutical field and utilized in a wide variety of foods as a bifidus factor or functional ingredient for intestinal regulation. Lactulose synthesis can be classified into chemical and biological methods. In chemical methods, lactulose is synthesized by alkaline isomerization, but it has many disadvantages such as including product purification, lactulose degradation, side reactions and waste management. Therefore, the enzymatic synthesis methods were recently studied to solve these problems. ${\beta}$-galactosidase is a important enzyme in the dairy industry, because of the production of lactose-hydrolyzed products. Also, ${\beta}$-galactosidases can be utilized to synthesize lactulose from lactose by a trans-galactosylation reaction, using fructose as a galactosyl acceptor. However, the synthesis of lactulose from lactose is economically not suitable due to high levels of lactose price. This review summarizes the current state of lactulose production by chemical and biological processes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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