Because of high contents of cellulose (~37 wt%) and hemicellulose (~17%), rice straw seems to be a potential lignocellulosic biomass for production of bioethanol. In this study, Ammonia Recycled Percolation (ARP) pretreatment of rice straw was extensively investigated. In particular, the experimental study included the effects of temperature, reaction time and concentration of ammonia on compositions and enzymatic digestibility of the resulting solid residues; the ranges of pretreatment conditions were, in turn, $150{\sim}190^{\circ}C$, 10~90 min and 0~20 wt%. Through ARP pretreatment, the lignin content was reduced by as high as ~84% while 20~80% of the hemicellulose was also solubilized. The solid residue resulted from the pretreatment with 15 wt% aqueous ammonia solution at $170^{\circ}C$ for 90 mim showed as high as ~90% of digestibility with 15FPU/g of glucan enzyme loading. Supplement of xylanese to cellulase led to a notable enhancement of digestibility, indicating a discernable inhibitory role of hemicellulose. Simultaneous Saccharification and Fermentation (SSF) and Simultaneous Saccharification and Co-Fermentation (SSCF) were performed to obtain ethanol productions of 13.8 g/L (corresponding to 81% yield) and 15 g/L (corresponding to 89% yield), respectively.
The bioethanol for use as a liquid fuel by fermentation of renewable biomass as an alternative to petroleum is important from the viewpoint of global environmental protection. Recently, many scientists have attempted to increase the productivity of bioethanol process by developing specific microorganism as well as optimizing the process conditions. In the present study, which is based on our previous investigation on the pretreatment process, theproductivity of bioethanol obtained from simultaneous saccharification and fermentation (SSF) process was compared between various domestic materials including barley, brown rice, corn and sweet potato. Additionally, Solid glucoamylase (SGA; developed in Changhae Co.), from modified strain with UV, was used. The result was compared to commercial glucoamylase (GA). It was observed that the fermentation rate was increased together with the yield which can be derived from the final ethanol concentration. Especially, in the case of brown rice, compared to the experimental results using GA, the final ethanol concentration was 1.25 times higher and 18.4 g/L of the yield was increased. Also, the time required for reaching 95% of the maximum ethanol concentration is significantly reduced, which is approximately 36 hours, compared to 88 hours using GA. It means that SGA has excellent saccharogenic power.
Cha, Young-Lok;Moon, Youn-Ho;Koo, Bon-Cheol;Ahn, Jong-Woong;Yoon, Young Mi;Nam, Sang-Sik;Kim, Jung Kon;An, Gi Hong;Park, Kwang-Geun
KOREAN JOURNAL OF CROP SCIENCE
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v.58
no.1
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pp.71-77
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2013
The world demand of renewable bioenergy as an alternative transportation fuel is greatly increasing. Research for bioethanol production is currently being progressed intensively throughout the world. Therefore it will be necessary to develop bioethanol production with cellulosic materials. In this study, the yield of ethanol production was evaluated by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) using sodium hydroxide pretreated sorghum ${\times}$ sudangrass hybrids. Composition analysis of 11 varieties of sorghum ${\times}$ sudangrass hybrids was performed for selection of excellent variety to efficiently produce bioethanol. The content of cellulose, hemicellulose, lignin and ash of these varieties were 32~39%, 19~24%, 17~22% and 6~11%, respectively. Among these varieties, 4 varieties of sorghum ${\times}$ sudangrass hybrids were selected for the evaluation of ethanol yield and those were pretreated with 1 M NaOH solution at $150^{\circ}C$ for 30 min using high temperature explosion system. After pretreatment, samples were neutralized with tap water. It contained 52~57% of cellulose. Simultaneous saccharification and fermentation (SSF) was carried out for 48 h at $33^{\circ}C$ by Saccharomyces cerevisiae CHY1011 using Green star variety. The yield of ethanol was 92.4% and the amount of ethanol production was estimated at 6206 L/ha.
Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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2000.11a
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pp.247-251
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2000
지금까지 인류의 생활을 영위하기 위해 사용되어온 에너지 자원은 주로 화석연료가 대부분이었다. 대부분의 화석연료는 석유와 석탄으로 구성되어 있으며 그 중에서 석유는 인류의 생활에 없어서는 안될 매우 중요한 에너지 자원이 되었고 여러 방면에서 사용되고 있다. 그러나 대부분의 석유 매장량은 중동지방에 집중되어 있고 매장량이 한정되어 있다. 특히 석유는 국제 정세에 의해 중동지방으로부터의 원유공급이 불확실해질 수 있고 각 지역으로 석유공급을 할 때 관련되는 비용이 높은 문제점을 가지고 있다.(중략)
For the eventual alcohol production from uncooked starch, an efficient saccharification process was examined by using the combined action of steeping, pectin depolymerase, ${\alpha}-amylase$ and glucoamylase. The total sugar content of rice, sweet potato and tapioka used were 4.53, 4.26, and 3.92 mmole/g sample. $70\;{\pm}\;10%$ of the total sugar was hydrolyzed when cooked starch was saccharified under the condition which is currently used in industry. The smaller starch particle was used, the more saccharification was obtained. Efficient saccharification was obtained by treatment with 5% $H_2SO_4$ (sample: working volume = 1:2) at $60^{\circ}C$ for 12 hr. Optimization was carried out for the saccharification of uncooked starch by the combined action of pectin depolymerase, ${\alpha}-amylase$, and glucoamylase. The conditions are: pectin depolymerase; pH 4.5, $45^{\circ}C$, 2 hr, ${\alpha}-amylase$; pH 6.0, $60^{\circ}C$, 1 hr, and glucoamylase; pH 3.5, $60^{\circ}C$, 1 hr. Simultaneous treatment of the combined action of macerating, liquifying and saccharifying enzymes yielded better result than stepwise treatment of 3 enzymes. Degrees of saccharification of uncooked tapioka, rice and sweet potato were 82, 90.5, and 84.5%, respectively on the basis of total sugar, under the optimized conditions.
An ethanol-producing yeast strain, CHFY0201, was isolated from soil in South Korea using an enrichment technique in a yeast peptone dextrose medium supplemented with 5% (w/v) ethanol at $30^{\circ}C$. The phenotypic and physiological characteristics, as well as molecular phylogenetic analysis based on the D1/D2 domains of the large subunit (26S) rDNA gene and the internally transcribed spacer (ITS) 1+2 regions, suggested that the CHFY0201 was a novel strain of Schizosaccharomyces pombe. During shaking flask cultivation, the highest ethanol productivity and theoretical yield of S. pombe CHFY0201 in YPD media containing 9.5% total sugars were $0.59{\pm}0.01$ g/l/h and $88.4{\pm}0.91%$, respectively. Simultaneous saccharification and fermentation for ethanol production was carried out using liquefied cassava (Manihot esculenta) powder in a 5-l lab-scale jar fermenter at $32^{\circ}C$ for 66 h with an agitation speed of 120 rpm. Under these conditions, S. pombe CHFY0201 yielded a final ethanol concentration of $72.1{\pm}0.27$ g/l and a theoretical yield of $82.7{\pm}1.52%$ at a maximum ethanol productivity of $1.16{\pm}0.07$ g/l/h. These results suggest that S. pombe CHFY0201 is a potential producer for industrial bioethanol production.
Rice straw is the main grain straw and is produced in large quantities every year in Korea. Pretreatment of lignocellulosic biomass using soaking process was carried out mild conditions at atmospheric pressure and temperature of $60^{\circ}C$. We found enzymatic hydrolysis condition of pretreated biomass. In case of a rice straw, compared with previous lignocellulosic biomass, we found that hydrolysis time was a shorter than others. Hydrolysis of SAA-treated rice straw has shown conversion rate was higher at $50^{\circ}C$. Hydrolysis was ended between 40~48 hour. Glucose conversion rate was higher when enzyme loading is 65 FPU/ml and 32 CbU/ml. When substrate concentration was 5%(w/v), it was that conversion rate was 83.8% after hydrolysis for 72 hr. In simultaneous saccharification and fermentation(SSF) experiment about SAA-treated rice straw, ethanol productive yield was highest from $40^{\circ}C$. The yield of that time was 33.05% from 48 hour.
The Simultaneous Saccharification and Fermentation(SSF) of ethanol production from potato starch studied with respect to growth pH, temperature, substrate concentration. The glucoamylase and Saccharomyceses cerevisiae have a capacity to carry out a single stage SSF process for ethanol production. The characteristics, termed as starch hydrolysis, accumulation of glucose, ethanol production and biomass formation, were affected with variation in pH, temperature and starch concentration. The maximum ethanol concentration of 12.9g/l was obtained using a starch concentration 30g/l, which represent an ethanol yield of 86%. The optimum conditions for the maximum ethanol yield were found to be a temperature of 38, pH of 4.0 and fermentation time of 18hr. Thus by using the control composite design, it is possible to determine the accurate values of the fermentation parameters where maximum production of ethanol occurs.
The optimal condition of the ethanol fermentation from raw cassava starch by simultaneous saccharification - fermentation (SSF) was studied using glucoamylase from Aspergillus sp. and a yeast strain. The rate and yield of ethanol production were optimum at pH 3.6 with shaking. The fine milling treatment was effective for both saccharification and SSF of raw cassava starch. The presaccharification at 6$0^{\circ}C$ for 1 hr before SSF increased the rate and yield of ethanol production, as well. To increase the ethanol concentration after fermentation the substrate concentration could be increased up to 2195 without the problem of viscosity. The use of high concentration ethanol tolerant yeast strains and high substrate concentration produced ethanol higher than 10%(W/V) after fermentation for 5 days.
Thermal acid hydrolysis pretreatment of Kappaphycus alvarezii was carried out with 12% (w/v) seaweed slurry and 180 mM H2SO4 at 140°C for 5 min. Utility of the thermotolerant yeast Kluyveromyces marxianus KCTC7150 was evaluated with respect to cell growth and ethanol fermentation at 40°C was close to optimal for enzymatic hydrolysis. This could lead to the integration of both the saccharification and fermentation processes. The levels of ethanol production by simultaneous saccharification and fermentation (SSF) with non-adapted and adapted K. marxianus KCTC7150 were 9.1 g/l with an ethanol yield (YEtOH) of 0.24 and 10.2 g/l with an ethanol yield (YEtOH) of 0.27 at 156 h, respectively. The two-phase SSF process was employed in this study to improve the efficiency of ethanol fermentation. Adapted K. marxianus KCTC7150 using the two-phase SSF process produced 13.5 g/l with an ethanol yield (YEtOH) of 0.35 at 96 h. Development of the two-phase SSF process could enhance the overall ethanol fermentation yields of the seaweed K. alvarezii.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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