The possibility of employing biomass of Salix viminalis cv. Q683 as a resource of bio-energy was evaluated. The chemical analysis of S. viminalis cv. Q683 leaf biomass showed components such as, extractives (2.57%), lignin (39.06%), hemicellulose (21.61%), and cellulose (37.83%), whereas, its stem was composed of extractives (1.67%), lignin (23.54%), hemicellulose (33.64%), and cellulose (42.03%). The biomass of S. viminalis cv. Q683 was saccharified using two enzymes celluclast and viscozyme. The saccharification of S. viminalis cv. Q683 biomass was influenced by enzymes and their strengths. The optimal enzyme combination was found to be celluclast (59 FPU/g substrate) and viscozyme (24 FBG/g substrate). On saccharification the glucose from leaf and stem biomass was 7.5g/L and 11.7g/L, respectively after 72 hr of enzyme treatment. The biomass and enzyme-treated biomass served as the feedstock for ethanol production by fermentation. The ethanol production from stem and leaf biomass was 5.8 g/L and 2.2 g/L respectively, while the fermentation of the enzymatic hydrolysates yielded 5 g/L to 8 g/L bioethanol in 72 hours.
In this paper experimental results are presented for the rheological behavior of high-solids saccharification of mixed northeast hardwood as a model feedstock. The experimental determination of the viscosity, shear stress, and shear rate relationships of the 10 to 20 percent slurry concentrations with constant enzyme concentrations were performed under variable rotational speed of a viscometer (2.0 to 200 RPM) at combined temperatures (50 to $30^{\circ}C$) for the initial four hours. The viscosities of saccharification slurries observed were in the ranges of 0.024 to 0.028, 0.401 to 0.058, and 0.840 to 0.087 Pa s for shear rates up to 100 reciprocal seconds at 10, 15, and 20 percent initial solids (w/v) respectively. The fluid behavior of the suspensions was modeled using the power-law, the Herschel-Bulkley, the Casson, and the Bingham model. The results showed that broth slurries were pseudoplastic with a yield stress. The model slope increased and the model intercept decreased with increasing fermentation time at shear rates normal for the fermentor. The broth slurries exhibited Newtonian behavior at high and low shear rates during initial saccharification process. The solid particle size ranged from 57.8 to $70.0{\mu}m$ for $40^{\circ}C$ and from 44.0 to 57.5 11m for combined temperatures at 10, 15, and 20 percent initial solids (w/v) respectively.
Ra, Chae Hun;Choi, Jin Gyu;Kang, Chang-Han;Sunwoo, In Yung;Jeong, Gwi-Taek;Kim, Sung-Koo
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.43
no.1
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pp.9-15
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2015
The seaweed, Gracilaria verrucosa, was fermented to produce bioethanol. Optimal pretreatment conditions were determined to be 12% (w/v) seaweed slurry and 270 mM sulfuric acid at 121℃ for 60 min. After thermal acid hydrolysis, enzymatic saccharification was carried out with 16 U/ml of mixed enzymes using Viscozyme L and Celluclast 1.5 L to G. verrucosa hydrolysates. A total monosaccharide concentration of 50.4 g/l, representing 84.2% conversion of 60 g/l total carbohydrate from 120 g dw/l G. verrucosa slurry was obtained by thermal acid hydrolysis and enzymatic saccharification. G. verrucosa hydrolysate was used as the substrate for ethanol production by separate hydrolysis and fermentation (SHF). Ethanol production by Candida lusitaniae ATCC 42720 acclimated to high-galactose concentrations was 22.0 g/l with ethanol yield (YEtOH) of 0.43. Acclimated yeast to high concentrations of specific sugar could utilize mixed sugars, resulting in higher ethanol yields in the seaweed hydrolysates medium.
We improved on a unified saccharification and fermentation (USF) system for the direct production of ethanol from agarose by increasing total agarase activity. The pGMFα-NGH plasmid harboring the NABH558 gene encoding neoagarobiose hydrolase and the AGAG1 and AGAH71 genes encoding β-agarase was constructed and used to transform Saccharomyces cerevisiae 2805. NABH558 gene transcription level was increased and total agarase activity was increased by 25 to 40% by placing the NABH558 gene expression cassette upstream of the other gene expression cassettes. In the 2805/pGMFα-NGH transformant, three secretory agarases were produced that efficiently degraded agarose to galactose, 3,6-anhydro-L-galactose (AHG), neoagarobiose, and neoagarohexaose. During the united cultivation process, a maximum of 2.36 g/l ethanol from 10 g/l agarose was produced over 120 h.
In the previous research about ethanol production, we confirmed that SFW(saccharified foodwastes) medium(0.56g-ethanol/g-glucose) is mere efficient than YM medium(0.538g-ethanol/g-glucose). Ethanol production using SFW needs large enzyme cost due to the enzymatic hydrolysis of foodwastes, although the enzymes was obtained from our economical enzyme production methods, using the intact whole culture broth of Trichoderma harzianum FJ1. Therefore, in this research we used synchronous saccharification and fermentationmethod to produce ethanol using foodwastes. Ethanol production yield was 0.45g-ethanol/g-reducing sugar in synchronous saccharification and for-mentation by a fed-batch mode.
Kim, Sung Bong;Kim, Jun Seok;Lee, Sang Jun;Lee, Ja Hyun;Gang, Seong-U;Kim, Seung Wook
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2010.06a
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pp.253-253
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2010
Rice straw was pretreated with aqueous ammonia in order to enhance enzyme digestibility. Soaking in ammonia aqueous (SAA) was conducted with 15% ammonia, at $60^{\circ}C$. for 24 h. Optimization of both saccharification conditions and enzyme loading of SAA rice straw was carried out. Especially enzyme loading test was performed using statistical method. Moreover proton beam irradiation (PBI) was also performed to overcome the problem which inhibit the enzyme digestibility at 1-25 kGy doses with 45 MeV of beam energy. Optimal condition for enzymatic saccharification was follows; pH 4.8, $50^{\circ}C$, 60 FPU of enzyme activity, 1:4 ratio of celluase and ${\beta}$-glucosidase. Also, optimal doses of PBI on rice straw and SAA-treated rice straw for efficient sugar recovery were found to be 3 kGy, respectively. When saccharification was performed with optimal condition, glucose conversion yield was 89% of theocratical maximum in 48 h, and 3 kGy of PBI was applied to SAA-treated rice straw, approximately 90% of the theoretical glucose yield was obtained in 12 h. The results of X-ray diffractometry (XRD) support the effect of both SAA and PBI on sugar recovery, and scanning electron microscopy (SEM) images unveiled the physical change of the rice straw surface since rugged rice straw surface was observed.
To lower the cost of ethanol distillation of fermentation broths, a high initial glucose concentration is desired. However, an increase in the substrate concentration typically reduces the ethanol yield because of insufficient mass and heat transfer. In addition, different operating temperatures are required to optimize the enzymatic hydrolysis (50$^{\circ}C$) and fermentation (30$^{\circ}C$). Thus, to overcome these incompatible temperatures, saccharification followed by fermentation (SFF) was employed with relatively high solid concentrations (10% to 20%) using a portion loading method. In this study, glucose and ethanol were produced from Solka Floc, which was first digested by enzymes at 50$^{\circ}C$ for 48 h, followed by fermentation. In this process, commercial enzymes were used in combination with a recombinant strain of Zymomonas mobilis (39679:pZB4L). The effects of the substrate concentration (10% to 20%, w/v) and reactor configuration were also investigated. In the first step, the enzyme reaction was achieved using 20 FPU/g cellulose at 50$^{\circ}C$ for 96 h. The fermentation was then performed at 30$^{\circ}C$ for 96 h. The enzymatic digestibility was 50.7%, 38.4%, and 29.4% after 96 h with a baffled Rushton impeller and initial solid concentration of 10%, 15%, and 20% (w/v), respectively, which was significantly higher than that obtained with a baffled marine impeller. The highest ethanol yield of 83.6%, 73.4%, and 21.8%, based on the theoretical amount of glucose, was obtained with a substrate concentration of 10%, 15%, and 20%, respectively, which also corresponded to 80.5%, 68.6%, and 19.1%, based on the theoretical amount of the cell biomass and soluble glucose present after 48 h of SFF.
Shin, Soo-Jeong;Cho, Dae Haeng;Han, Sim-Hee;Kim, Young Hwan;Cho, Nam-Seok
Journal of Korean Society of Forest Science
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v.98
no.3
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pp.305-310
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2009
Yellow poplar was selected a promising biomass resources for bio-ethanol production through alkali prehydrolysis, enzymatic saccharification and fermentation using commercial cellulase mixtures (Celluclast 1.5L and Novozym 342 mixtures) and fermenting yeast. In alkali prehydrolysis, 51.1% of Yellow poplar biomass remained as residues, which chemical compositions were 82.2% of cellulose, 17.6% of xylan and 2.0% of lignin. In alkali prehydrolysis process, 96.9% of cellulose, 38.0% of xylan and 5.7% of lignin were remained. Enzymatic saccharification by commercial cellulases led to 87.0% of cellulose to glucose and 87.2% of xylan to xylose conversion. Produced glucose and xylose were fermented with fermenting yeast (Saccharomycess cerevisiae), which resulted in selective fermentation of glucose only to bio-ethanol. Residual monosaccharides after fermentation were consisted to 0.4-1.4% of glucose and 92.1-99.5% of xylose. Ethanol concentration was highest for 24 h fermentation as 57.2 g/L, but gradually decreased to 56.2 g/L for 48 h fermentation and 54.3 g/L for 72 h fermentation, due to the ethanol consumption by fermenting yeast.
Lignocellulosic biomass has recalcitrant characteristics against chemical and biological conversion due to its structural heterogeneity and complexity. The pretreatment process to overcome these recalcitrant properties is essential, especially for the biochemical conversion of lignocellulosic biomass. In recent years, pretreatment methods using ionic liquids (ILs) and deep eutectic solvents (DESs) as the green solvent has attracted great attention because of their advantages such as easy recovery, chemical stability, temperature stability, nonflammability, low vapor pressure, and wide liquids range. However, there are some limitations such as high viscosity, poor economical feasibility, etc. to be solved for practical use. This paper reviewed the research activities on the pretreatment effect of various ILs including DESs and their co-solvents with organic solvents on the enzymatic saccharification efficiency of lignocellulosic biomass and the nanocellulose preparation from the pretreated products.
Sunwoo, In Yung;Nguyen, Trung Hau;Sukwong, Pailin;Jeong, Gwi-Teak;Kim, Sung-Koo
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.28
no.3
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pp.401-408
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2018
The waste seaweed from Gwangalli beach, Busan, Korea was utilized as biomass for ethanol production. Sagassum fulvellum (brown seaweed, Mojaban in Korean name) comprised 72% of the biomass. The optimal hyper thermal acid hydrolysis conditions were obtained as 8% slurry contents, 138 mM sulfuric acid, and $160^{\circ}C$ of treatment temperature for 10 min with a low content of inhibitory compounds. To obtain more monosaccharides, enzymatic saccharification was carried out with Viscozyme L for 48 h. After pretreatment, 34 g/l of monosaccharides were obtained. Pichia stipitis and Pichia angophorae were selected as optimal co-fermentation yeasts to convert all of the monosaccharides in the hydrolysate to ethanol. Co-fermentation was carried out with various inoculum ratios of P. stipitis and P. angophorae. The maximum ethanol concentration of 16.0 g/l was produced using P. stipitis and P. angophorae in a 3:1 inoculum ratio, with an ethanol yield of 0.47 in 72 h. Ethanol fermentation using yeast co-culture may offer an efficient disposal method for waste seaweed while enhancing the utilization of monosaccharides and production of ethanol.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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