• 한국미생물·생명공학회지
• /
• 제20권1호
• /
• pp.91-95
• /
• 1992

Xylose와 cellobiose를 모두 발효할 수 있는 효모를 선발한 결과 Pichia stipitis CBS 5775와 5776이 가장 우수하였다. P.stipitis CBS 5776은 glucose, xylose 및 cellobiose에서 각각 0.4, 0.36 및 0.23g/g substrate의 에탄올 수율을 나타내었다. 혼합당에서의 발효 결과 glucose는 xylose와 cellobiose 이용에 대하여 catabolite regulation을 일으켜서 glucose가 다 소비된 후에 다른 기질이 소비되었다. 그러나 xylose와 cellobiose는 동시에 소비되었다. 혼합기질에서의 에탄올 수율은 단일기질에서의 각각의 수율의 합과 거의 유사하였다.

• Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
• /
• 제5권1호
• /
• pp.32-39
• /
• 2000

Simultaneous isomerisation and fermentation (SIF) of xylose and simultaneous isomerisation and cofermentation (SICF) of glucose-xylose mixture was carried out by the yeast Saccharomyces cerevisiae in the presence of a compatible xylose isomerase. The enzyme converted xylose to xylulose and S. cerevisiae fermented xylulose, along with glucose, to ethanol at pH 5.0 and $30^{\circ}C$. This compatible xylose isomerase from Candida boidinii, having an optimum pH and temperature range of 4.5-5.0 and $30-35^{\circ}C$ respectively, was partially purified and immobilized on an inexpensive, inert and easily available support, hen egg shell. An immobilized xylose isomerase loading of 4.5 IU/(g initial xylose) was optimum for SIF of xylose as well as SICF of glucose-xylose mixture to ethanol by S. cerevisiae. The SICF of 30 g/L glucose and 70 g xylose/L gave an ethanol concentration of 22.3 g/L with yield of 0.36 g/(g sugar consumed) and xylose conversion efficiency of $42.8\%$.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제30권12호
• /
• pp.1944-1949
• /
• 2020

Mutant sugar transporter ScGAL2-N376F was overexpressed in Kluyveromyces marxianus for efficient utilization of xylose, which is one of the main components of cellulosic biomass. K. marxianus ScGal2_N376F, the ScGAL2-N376F-overexpressing strain, exhibited 47.04 g/l of xylose consumption and 26.55 g/l of xylitol production, as compared to the parental strain (24.68 g/l and 7.03 g/l, respectively) when xylose was used as the sole carbon source. When a mixture of glucose and xylose was used as the carbon source, xylose consumption and xylitol production rates were improved by 195% and 360%, respectively, by K. marxianus ScGal2_N376F. Moreover, the glucose consumption rate was improved by 27% as compared to that in the parental strain. Overexpression of both wild-type ScGAL2 and mutant ScGAL2-N376F showed 48% and 52% enhanced sugar consumption and ethanol production rates, respectively, when a mixture of glucose and galactose was used as the carbon source, which is the main component of marine biomass. As shown in this study, ScGAL2-N376F overexpression can be applied for the efficient production of biofuels or biochemicals from cellulosic or marine biomass.

• Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
• /
• 제10권6호
• /
• pp.587-592
• /
• 2005

Hydrolyzates from lignocellulosic biomass contain a mixture of simple sugars; the predominant ones being glucose, cellobiose and xylose. The fermentation of such mixtures to ethanol or other chemicals requires an understanding of how each of these substrates is utilized. Candida lusitaniae can efficiently produce ethanol from both glucose and cellobiose and is an attractive organism for ethanol production. Experiments were performed to obtain kinetic data for ethanol production from glucose, cellobiose and xylose. Various combinations were tested in order to determine kinetic behavior with multiple carbon sources. Glucose was shown to repress the utilization of cellobiose and xylose. However, cellobiose and xylose were simultaneously utilized after glucose depletion. Maximum volumetric ethanol production rates were 0.56, 0.33, and 0.003 g/L h from glucose, cellobiose and xylose, respectively. A kinetic model based on cAMP mediated catabolite repression was developed. This model adequately described the growth and ethanol production from a mixture of sugars in a batch culture.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제34권3호
• /
• pp.700-709
• /
• 2024

Polyhydroxybutyrate (PHB) production from lignocellulosic biomass is economically beneficial. Because lignocellulosic biomass is a mixture rich in glucose and xylose, Escherichia coli, which prefers glucose, needs to overcome glucose repression for efficient biosugar use. To avoid glucose repression, here, we overexpressed a xylose regulator (xylR) in an E. coli strain expressing bktB, phaB, and phaC from Cupriavidus necator and evaluated the effect of xylR on PHB production. XylR overexpression increased xylose consumption from 0% to 46.53% and produced 4.45-fold more PHB than the control strain without xylR in a 1% sugar mixture of glucose and xylose (1:1). When the xylR-overexpressed strain was applied to sugars from lignocellulosic biomass, cell growth and PHB production of the strain showed a 4.7-fold increase from the control strain, yielding 2.58 ± 0.02 g/l PHB and 4.43 ± 0.28 g/l dry cell weight in a 1% hydrolysate mixture. XylR overexpression increased the expression of xylose operon genes by up to 1.7-fold. Moreover, the effect of xylR was substantially different in various E. coli strains. Overall, the results showed the effect of xylR overexpression on PHB production in a non-native PHB producer and the possible application of xylR for xylose utilization in E. coli.

• KSBB Journal
• /
• 제21권6호
• /
• pp.493-497
• /
• 2006

볏짚 가수분해물의 조성과 유사한 xylose/glucose 혼합배지를 이용하여 Candida mogii ATCC 18364에 의한 xylitol 생산성 및 수율에 관한 연구를 수행하였다. 통기량을 생육단계 (약 10시간)는 호기적인 2 vvm, 300 rpm에서, 생산단계는 반호기적 조건인 1 vvm, 300 rpm으로 조절한 결과 균체의 농도가 10시간 만에 약 $4.7\;g/{\ell}$까지 증가하여 농축균을 사용한 것과 같은 효과를 얻을 수 있었으며, 4일 후에 $0.58\;g/{\ell}$의 수율과 $0.25\;g/{\ell}{\cdot}h$의 생산성으로 약 $24\;g/{\ell}$의 자일리톨이 생산되어 농축균을 이용한 것보다 약간 더 우수하였다. 또한 생산단계에서 xylose를 이용한 세포의 성장을 감소시키기 위해 생산단계에서 포도당을 $6.8\;g/{\ell}{\cdot}day$로 공급한 결과 4일 후에 0.8 g/g의 수율과 $0.31\;g/{\ell}{\cdot}h$의 생산성으로 약 $29.4\;g/{\ell}$의 자일리톨을 생산하여, 포도당 공급을 하지 않았을 때보다 약 $20{\sim}30%$의 증가를 보여주었다.

• KSBB Journal
• /
• 제7권4호
• /
• pp.265-270
• /
• 1992

자연계에 널리 존재하는 저렴한 기질들은 대부분 여러 종류의 탄소원들을 함유한다. 이러한 혼합기질을 이용하는 효율적인 발효공정을 개발하기 위해서는 이들 기질들이 서로 어떻게 이용되는가를 알아야 하며, 사용되는 미생물의 생육과 생성물 생산을 잘 표현할 수 있는 동력학적 모델이 필요하다. P. stipitis에 의해 혼합기질에서 에탄오릉ㄹ 생산할 때 glucose는 xylose와 cellobiose 이용에 대해 ca-tabilite repression을 일으켰으며, 초기 glucose농도가 높을수록 xylose이용에서 균체의 생육속도는 감소하였으며 xylose이용시간도 길어졌다. 또한 glucose/xylose발효시 xylose이용에서 감소된 생육속도는 glucose가 xylose이용에 permenant repression을 야기시킨다는 것을 알 수 있었다. Cyclic AMP가 중개하는 catabolite repression mechanism에 기초하여 혼합기질에서 생육하는 P. stipitis의 생육모델을 발전시켰다 이 보텔식들을 이용하여 컴퓨터 simulation한 결과는 혼합기질로부터 P. stipitis에 의한 생육 및 에탄올 생성 실험결과와 비교적 잘 일치하였다.

• KSBB Journal
• /
• 제9권4호
• /
• pp.395-399
• /
• 1994

Pichia stiJitis CBS5776를 이용하여 6탄당과 5 탄당을 함유한 혼합당 배지에서의 에탄올 발효 특성 을 알아 보기 위한 실험을 수행하였다. 탄소원으로 사용된 당 중 에탄올 수율변에셔는 포도당, man­n nose, galactose, xylose 순으로 5탄당보다는 6탄당 이 우수한 기절로 판명되었다. 포도당의 에탄올 수 율이 O.376g ethanol/g glucose로 제 일 높았으며, 다음으로 mannose의 에탄올 수율은 O.326g etha­nnol/g mannose이였다. Spent sulfite liquor와 같은 조성을 가진 혼합당 함유 배지에서 6탄당인 mannose, 포도당이 먼저 이용된 후 galactose와 5탄당인 xylose가 이용됨을 알 수 있었다. Arabinose가 단일 탄소원으로 존재할 경우, 일부가 균체 성장에 이용되였으나 혼합당 배지 에셔는 전혀 이용되지 못하였다. 발효 결과 최대 에 탄올 농도는 $12.2g/\ell$ 이었고, 에탄올 생산 수율은 0.332g ethanol/g sugar이었다.

• 한국미생물·생명공학회지
• /
• 제24권4호
• /
• pp.385-392
• /
• 1996

Bacillus stearotheymophilus, a potent xylanolytic bacterium isolated from soil, was tested for the strain's strategies of pentose utilization and the evidence of substrate preferences. The strain metabolized glucose, xylose, ribose, maltose, cellobiose, sucrose, arabinose and xylitol. The efficacy of the sugars as a carbon and energy source in this strain was of the order named above. The organism, however, could not grow on glycerol as a sole growth substrate. During cultivation on a mixture of glucose and xylose or arabinose, the major hydrolytic products of xylan, B. stearothermophilus displayed classical diauxic growth in which glucose was utilized during the first phase. On the other hand, the pentose utilization was prevented immediately upon addition of glucose. Cellobiose was preferred over xylose or arabinose. In contrast, maltose and pentose were co-utilized, and also no preference on between xylose and arabinose. Enzymatic studies indicated that B. stearothermophilus possessed constitutive hexokinase, a key enzyme of the glucose metabolic system. While, the production of $^{D}$-xylose isomerase, $^{D}$-xylulokinase and $^{D}$-arabinose isomerase essential for pentose phosphate pathway were induced by xylose, xylan, and xylitol but repressed by glucose. Taken together, the results suggested that the sequential utilization of B. stearothermophilus would be mediated by catabolite regulatory mechanisms such as catabolite inhibition or inducer exclusion.

• KSBB Journal
• /
• 제25권4호
• /
• pp.351-356
• /
• 2010

리르노셀룰로오스로부터 생산된 글루코오스와 자일로 오스의 혼합당을 동시에 발효하여 에탄올 생산을 증가시키며, 또한 에탄올 생산에서의 세포고정화의 영향과 ICR (immobilized cell reactor)을 이용한 혼합당에서의 에탄올 연속생산을 수행하였다. 고정화 P. stipitis를 이용한 플라스크에서 에탄올을 생산에 대한 혼합당과 질소원의 영향으로부터 5% 혼합당 (글루코오스/자일로오스 = 3:1)과 1% 질소원이 최적으로 타나났으며, 이때 생산된 에탄올 농도는 약 19-20 g/L이었다. 고정화된 P. stipitis을 이용하여 반복적 유가식배양 (repeated fed-batch)으로 에탄올을 생산하였을 때는 모든 당 농도에서 글루코오스는 빠르게 소비되었지만, 혼합당의 농도가 높아질수록 자일로오스의 소비속도는 점차적으로 감소하였다. 즉 혼합당 농도가 증가하면서 더불어 당 소비속도는 감소하였다. 또한 ICR에서 1% 혼합당을 연속적으로 공급하면서 에탄올을 안정적으로 생산하여, 에탄올 농도는 5.6 g/L이었고 에탄올 생산 속도는 0.13 g/$L{\cdot}h$이었다.