As the final experiment to assess the possibility of industrial application of FSC14-75, ethanol productivity from liquefied sweet potato starch was examined in a pilot scale of 300 liters. FSC14-75 produced 6.6%(v/v) of ethanol from 13.3% of liquefied sweet potato starch in 8 days, and the residual sugar was 3.15%. The corresponding efficiency was 70% of the theoretical maximum. Since we could isolate unicellular cell and flocculent cell from the fermentation broth, we designated them FSC14-75(S) and FSC14-75(F), respectively. We investigated ethanol productivity of FSC14-75(F) compared with that of FSC14-75(S) from liquefied potato starch in a mini·tar tormentor scale of 2.5 liters. FSC14-75(F) was found more favorable than the counterpart in terms of ethanol productivity, and produced 8.1%(v/v) of ethanol from 15% of liquefied potato starch with an efficiency of 75%. In a pilot scale fermentation with 15% of liquefied sweet potato starch, ethanol productivity of FSC14-75(F) reached maximum level of 7.7%(v/v) after 8 days, and the residual sugar was 1.9%. However, the ethanol productivity was not enhanced by a supplementary addition of Thermamyl to the fermentation broth after sterilization.
The optimum conditions for ethanol fermentation and ethanol productivity of the fusant ESC-14-15 were examined in a mini-jar formentor scale (working volume : 2.5 liters) to assess the possibility of practical application. Addition of yeast extract to fermentation broth greatly enhanced the ethanol productivity and shortened the period of fermentation. The pH 4.2 was more favorable than pH 5.5 with respect to ethanol productivity and fermentation speed. The optimum concentration of liquefied potato starch for ethanol fermentation of FSC-14-15 was 15%(w/v) and the corresponding productivity was 8.7%(v/v) of ethanol with an efficiency of 80.6% to the theoretical maximum. When the fresh fermentation broth containing 20% of liquefied potato starch was inoculated with love(v/v) of inoculum, the fusant FSC-14-75 produced 11.0%(v/v) of ethanol in 4 days, which is considered comparable to that from an industrial process. From the liquefied cassava starch or the equal mixture of liquefied barley and sweet potato starch prepared according to the same method as in the industrial process except saccharification step, the fusnnt FSC-14-75 produced 8.5%(v/v) or 7.6%(v/v) of ethanol in 4 days, respectively.
Direct conversion of raw starch without liquefaction to maltose using maltose-forming fungal a-amylase (Fungamyl) was carried out in an agitated bead enzyme reactor (bioattritor). The reaction rate in bioattritor was comparable with conventional method which utilized liquefied soluble starch. Moreover the extent of maltose formation increased substantially compared with conventional method; from 150 g / I of raw starch, around 95 g/l of maltose was formed and 72% of maltose content in sugar mixture was achieved. Especially, pH influenced greatly not only on total sugar formation from raw starch in bioattritor but also on maltose content in sugar mixture. The optimal pH for maltose formation from raw starch was shifted into the weak alkaline pH, the optimal pH of 8.0~9.0 in bioattritor contrast to pH of 5.0~5.5 for liquefied starch. The maltose formation and content were also affected by the amounts of Fungamyl added and raw starch concentration. Consumption of maltose-forming Fungamyl can be substantially reduced by supplementary addition of starch liquefying a-amylase (Termamyl).
Transglycosylation reaction of cyclodextrin glucanotransferase (CGTase) was analyzed in the attrition coupled heterogeneous reaction system using raw starch as a donor` and mono-, di-saccharide, and glycoside as acceptors. For transglycosylation reaction of stevioside, the transglycosylation rate was similar and the transglycosylation yield was increased compare with conventional process using liquefied starch as the donor. Also the accumulation of maltooligosaccharides in reaction mixture was minimized.
The activity of glucoamylase and pullulanase, properties of glucoamylase and ethanol productivities of fusants were studied. Glucoamylase and pullulanase activity of fusants were higher than parents. The optimal pH and temperature of glucoamylase of fusants were very similar to the those produced by S. diastaticus. In alcohol fermentation. fermenting ability and fermentation rate of fusants were higher and faster than either of its parental strain. The maximum of alcohol yield in 15% of liquefied potato starch was 7.8% (v/v)
The catalytic activities of immobilized gIucoamylase in a packed bed column and a continuous stirred tank reactor have been compared. Rapid production of glucose from liquefied starch have been studied through, the continuous liquefaction and saccharification using settling chamber. The immobilized glucoamylase with chitin gave the saccharification yield of 20% with the dextrin concentration of 100 g/l in a residence of 20 min. in a packed bed column. The half-life of immobilized glucoamylase with chitin was 19 days. The glucoamyalse immobilized in chitin and encapsulated with Ca-alginate gave the saccharification yield of 6% with the dextrin concentration of 50 g/l in a residence of 20 min. in a packed bed column. The Ca-alginate encapsulated and chitin immobilized glucomylase had a half-life of 25 days, which is 6 day larger than that of the immobilized glucoamylase with chitin only. In continuous liquefaction and saccharification, the glucose yield was 17% for the liquefied starch with naked barley concentration of 50gA in a residence of 20 min.
Transglycosylation of stevioside in the attrition coupled heterogeneous reaction system using raw starch as a glycosyl donor has significant advantages over conventional reaction systems using liquefied starch as a donor. The transglycosylation of stevioside under the presence of organic solvent showed that transglycosylation reaction occurs via two steps ; initially from raw starch to cyclodextrin(CD), and then followed by transglycosylation of produced CD. Comparison of the transglycosylation efficiency of c$\alpha $-, $\beta $, $\gamma $-CDs indicated that $\alpha $-, $\beta $-CD are mainly utilized as a glycosyl donor for following reaction. The reaction mechanism of transglycosylation between stevioside and CD proceeded according to random sequential bireactant mechanism. The equilibrium constant of transglycosylation reaction of cyclodextrin glucanotransferase wase also evaluated. The structure of transglycosylated stevioside was confirmed by TLC, and it was found that glycosyl group(G$_{1}, $ ~ G$_{4}$-glycosidic bond.
Production of cyclodextrin (CD) directly from raw corn starch without liquefaction using cyclodextrin glucanotransferase (CGTase) was carried out in an agitated bead reaction system. Similar CD yield and production rate comparable with those of conventional method using liquefied starch were obtained. Especially high purity-CD in the reaction mixture without accumulation of malto-oligosaccharides was obtained. The maximum 54g/l of CD was obtained at raw starch concentration of 200g/l. CD yield was inversely proportional to raw starch concentration, and conversion yield was 0.48 at substrate concentration of 100g/l. The optimal amount of enzyme (CGTase unit/g raw starch) was found to be around 6.0. Granular structure of raw starch degraded by CGTase was observed by SEM in order to investigate the enhancing mechanism, along with those of acid or alkali pretreated raw starch, amylose, and amylopectin. Kinetic constants of CGTase on raw starch in an agitated bead reaction system were evaluated, and CGTase was competitively inhibited by CD.
A novel method for production of concentrated purity maltose using swollen extruded corn starch was investigated. Degree of gelatinization of extruded starch suitable for maltose formation was found to be around 70%. The optimal amiunt of enzyme was 400 unit fungal $\alpha $-amylase per g of starch, and the reaction time was 12 hours. At extruded starch concentration of 300 g/l(w/v), maltose concentration and content were reached up to 220 g/l(w/v) and 77%(w/w), respectively. The maltose forming reaction was also successfully proceeded at high starch concentration of 700 g/l(w/v), however, the conversion yield and content were decreased. By the addition of extruded starch by fed-batch wise, the maltose concentration, purity, and conversion yield could be improved up to 465 g/l(w/v), 70%(w/w), and 0.63, respectively. The investigated maltose production process seems to have many potential advantages over the conventional process utilizing liquefied starch, and the feasibility for industrial application needs to be evaluated.
Kim, Dong-Sun;Park, Dong-Chan;Cho, Myung-Jin;Lee, Yong-Hyun
Microbiology and Biotechnology Letters
/
v.22
no.3
/
pp.283-289
/
1994
The production of maltose utilizing swollen extrusion starch seems to have many technical advantages, such as, high reaction rate and high yield, production of high purity concentrated maltose, and low energy consumption, over the conventional method utilizing liquefied starch. The characteristics of maltose formation in heterogeneous enzyme reaction system comtaining swollen extrusion starch was investigated using fungal $\alpha $-amylase. The influence of extrusion conditions on structure of extruded starch, such as, degree of gelatinization, water absorption index, and water solubility index was analyzed. The relationship between the structural features and maltose forming reaction was investigated, and the result was analyzed in terms of surface reaction of insoluble extruded swollen starch. The characteristics of maltose formation from swollen sxtrusion starch was compared using endo-type fungal $\alpha $-amylase and exo-type $\beta $anylase, and the structural trasformation of extruded starch was also observed to clarify the reaction mechanism.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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