Hong, Chae-Hwan;Kim, Se Won;Kim, Yong-Woon;Park, Hyun-Dal;Shin, Hyun-Jae
KSBB Journal
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v.29
no.5
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pp.307-315
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2014
Recently seaweed polysaccharides have been extensively studied for alternative energy application. Because their producing cost is high and efficiency low, their industrial applications have been limited. The main component of cell wall of red algae represented by Gelidiales and Gracilariales is agar. Red-algae agar or galactan, consisting of D-galactose and 3, 6-anhydro-L-galactose, is suitable for bio-product application if hydrolyzed to monomer unit. For the hydrolysis of algae, chemical or enzymatic treatment can be used. A chemical process using a strong acid is simple and efficient, but it generates together with target sugar and toxic compounds. In an enzymatic hydrolysis process, target sugar without toxic compounds generation. The objective of this review is to summary the recent data of saccharification by chemical and enzymatic means from red seaweed for especially focused on automobile industry.
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.
Park, Jae-Bum;Kim, Jin-Seong;Jang, Seung-Won;Hong, Eunsoo;Ha, Suk-Jin
KSBB Journal
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v.30
no.3
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pp.125-131
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2015
Kluyveromyces marxianus is a well-known thermotolerant yeast. Although Saccharomyces cerevisiae is the most commonly used yeast species for ethanol production, the thermotolerant K. marxianus is more suitable for simultaneous saccharification and fermentation (SSF) processes. This is because enzymatic saccharification usually requires a higher temperature than that needed for the optimum growth of S. cerevisiae. In this study, we compared the fermentation patterns of S. cerevisiae and K. marxianus under various temperatures of fermentation. The results show that at a fermentation temperature of $45^{\circ}C$, K. marxianus exhibited more than two fold higher growth rate and ethanol production rate in comparison to S. cerevisiae. For SSF using starch or corn stover as the sole carbon source by K. marxianus, the high temperature ($45^{\circ}C$) fermentations showed higher enzymatic activities and ethanol production compared to SSF at $30^{\circ}C$. These results demonstrate the potential of the thermotolerant yeast K. marxianus for SSF in the industrial production of biofuels.
Ethanol productions were performed by separate hydrolysis and fermentation (SHF) and simultaneous saccharification and fermentation (SSF) processes using seaweed, Enteromorpha intestinalis (sea lettuce). Pretreatment conditions were optimized by the performing thermal acid hydrolysis and enzymatic hydrolysis for the increase of ethanol yield. The pretreatment by thermal acid hydrolysis was carried out with different sulfuric acid concentrations in the range of 25 mM to 75 mM $H_2SO_4$, pretreatment time from 30 to 90 minutes and solid contents of seaweed powder in the range of 10~16% (w/v). Optimal pretreatment conditions were determined as 75 mM $H_2SO_4$ and 13% (w/v) slurry at $121^{\circ}C$ for 60 min. For the further saccharification, enzymatic hydrolysis was performed by the addition of commercial enzymes, Celluclast 1.5 L and Viscozyme L, after the neutralization. A maximum reducing sugar concentration of 40.4 g/L was obtained with 73% of theoretical yield from total carbohydrate. The ethanol concentration of 8.6 g/L of SHF process and 7.6 g/L of SSF process were obtained by the yeast, Saccharomyces cerevisiae KCTC 1126, with the inoculation cell density of 0.2 g dcw/L.
For fuel alcohol production, enzymatic liquefaction and saccharification of tapioca starch by ${\alpha}$-amylase and glucoamylase were studied. The thermophilic ${\alpha}$-amylase Termamyl produced from Bacillus licheniformis gave a better liquefaction than the relalively low temperature enzyme BAN from B. subtilis. Oplimal temperature and pH with Termamyl were $90∼95^{\circ}C$ and 5.8, respectively. Minimal amount of Termamyl 240uc for a satisfactory liquefaction for a two-hour reaction was about 0.0125% (v/w) with respect to the mass of tapioca used. For saccharification experiments two enzymes, Novo AMG and Do-I1 enzymes were compared. The enzymatic activity of each enzyme was a little different depending on the substrate used and the latter was found to have a significant amount of ${\alpha}$-amylase activity. With Novo AMG optimal temperature was about $58^{\circ}C$ The pH optimum was 4.3 with maltose, however, with tapioca, no difference was observed between pH 4.3 and 5.7 which is a natural, unadjusted pH of liquefied tapioca. For 85% of completion of saccharification, it was necessary to use 0.0625% (v/w) of Novo AMG 400L for tapioca and to run the reaction for more than 10 hr, Packed volume of solid particles in tapioca slurry remained at around 30% during liquefaction and saccharification. This indicates that the removal of the solid particle before fermentation is not economically feasible at all, even though the solid particles make it very difficult to operate the bioreactor in a continuous mode with cell-recycle.
The saccharification and sensory characteristics of Sikhe, Korean traditional beverage of saccharified rice, made of three cultivars of pigmented rice (Suwon 415, Iksan 427, Suwon 432) were examined. During saccharification, sweetness and reducing sugar of Sikhe made of pigmented rice were observed to be lower by $0.5{\sim}2%$ and by 20%, respectively, than those of Sikhe made of white rice. The changes in pH during saccharification were not much different between Sikhe made of white rice and those made of pigmented rice. For color changes, the redness (a value) of Sikhe was measured as -0.26, 10.45, 0.88 and 0.13 for those in Sikhe made of white rice, Suwon 415, Iksan 427 and Suwon 432, respectively, when rice was saccharified for 6 hours. Sensory evaluation showed that sweetness and flavor of Sikhe made of 50% or 25% pigmented rice were similar with those of Sikhe of white rice. The overall acceptability of Sikhe made of pigmented rice was slightly lower than that of Sikhe made of white rice.
Kim, Ji Hyun;Ha, Jeong Hyub;Choi, Suk Soon;Park, Jong Moon
Applied Chemistry for Engineering
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v.30
no.5
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pp.627-632
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2019
In this study, Laminaria japonica was used as a substrate for a mixed aerobic microbial consortium. Laminaria japonica is well-known as a representative brown algal biomass possessing advantages of cheap cost, and high productivity and carbohydrate content. A biological saccharification system was established by inoculating and enriching the mixed aerobic microbial consortium. Production of the soluble carbohydrate and reducing sugar at different hydraulic retention times (HRT) was observed. The efficiency of saccharification increased according to the decrease of HRT. The maximum saccharification yield in a continuous biological pretreatment process was 17.96 and 4.30 g/L/day for the soluble carbohydrate and reducing sugar, respectively at the HRT of 1 day. In contrast, the staccharification yield decreased drastically at the HRT of 0.5 day. Experimental results indicate that Laminaria japonica is a promising material for the production of useful products, in particular for the saccharification through a biorefinery process. It can thus be concluded that a continuous biological pretreatment process using a mixed cultivation system can be successfully employed for the biorefinery technology.
The aim of this study was to determine the effects of different extrusion conditions on the saccharification characteristics( initial reaction velocity, reaction rate constant, yield) of extruded corn starch. Extruded corn starch-water slurries were mixed with alpha-amylase for the enzymatic saccharification. The saccharification yield of extruded corn starch was high at lower feed moisture content and higher barrel temperature. The solubility of extrudates increased with increase in the SME input which increased with increase in the feed moisture content. Starch hydrolysates having DE 63.8 was obtained after 2 hr reaction. The initial reaction velocity of the extrudate slurry with alpha-amylase was higher with decrease in the feed moisture content. The initial reaction velocity of extruded corn starch was the highest ($2.26{\times}10^{-3}mmol/mL{\cdot}min$) at 25% feed moisture content and $120^{\circ}C$ barrel temperature, 250 rpm screw speed. The pregelatinized starch was $1.83{\times}10^{-3}mmol/mL{\cdot}min$ as a control. Reaction rate constant was a similar trend to initial reaction velocity.
An enzymatically saccharified tapioca and hulled barley (TB) raw mixed solution was used to examine alcohol fermentation characteristics. The TB mixture was liquefied with 0.04% ${\alpha}-amylase$ "Spezyme-Fred" and saccharified using an enzyme mixture (GPB), which consisted of glucoamylase (G), protease (P), and ${\beta}-glucanase$ (B). After the TB mixture (7:3, w/w) saccharified for 150 min at $50^{\circ}C$, its glucose content was 12.9% and viscosity was 26 cp. The use of GPB for the saccharification of TB was appropriate because the addition of ${\beta}-glucanase$ increases the glucose yield and decreases the viscosity of the saccharification liquid. The TB ratio was optimized to 7:3 (w/w) on the basis of the lower viscosity and the higher glucose content after saccharification. After TB mixture with 300% (w/w) water content was better condition than others for alcohol fermentation when it was carried out at $30^{\circ}C$. The alcohol and glucose contents of the TB mixture fermented for 72 h were 9.0 and 0.02%, respectively, and the pH and total acidity were 4.3 and 0.3%, respectively.
Kim, Seul-Ki;Hwang, Hyun-Jin;Kim, Jae-Deog;Ko, Eun-Hye;Choi, Jung-Sup;Kim, Jin-Seog
Korean Journal of Weed Science
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v.32
no.2
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pp.85-97
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2012
To investigate the usefulness of freshwater alga Water-net (Hydrodictyon reticulatum, HR) as resources for production of fermentable sugars, the easiness of enzymatic saccharification was evaluated at first. When 6 plant materials (HR, Spirulina, Chlorella, Scenedesmus, Cladophora, Corn stover) were enzymatically hydrolyzed with 2% solid loading at the same condition, HR showed the highest ratio of saccharification based on glucose production. No milled HR was also completely saccharified at the amounts of optimal enzyme mixture. Glucose yield was not changed though the citrate buffer strength for saccharification was decreased from 0.1 M to 0.1 mM. Only about 10% yield reduction was observed compared to that of $120^{\circ}C$ treatment when HR was enzymatically hydrolyzed at room temperature. The saccharification was normally occurred at $37^{\circ}C$ and pH 6.5 which is general growth condition of fermentable microrganisms, suggesting that HR have a biomass characteristics applicable for the simultaneous saccharification and fermentation. The saccharification was occurred by more than 70~80% of one of the best condition although the supplied enzyme amounts was reduced to 1/10 volume. And the glucose yield by enzymatic hydrolysis was not decreased by 10% HR solid loading and began to decrease at more than 15% solid contents. Above these results show that HR is an interesting algal biomass which is relatively easy to be saccharified by hydrolyzing enzymes. In addition, HR is a flilamentous alga and very easy to be collected. Therefore, HR seems to be an useful and valuable resources in the economical production of fermentable sugars for manufacture of bio-chemical products.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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