Abstract The objective of this stud

Abstract
The objective of this study was aimed to evaluate the fermentability of rice straw hydrolysates by P.stipitis and proposed the fermentation process available. Both of glucose and xylose in mixture of dilute acid hydrolysate and enzymatic hydrolysate were completely utilized with an ethanol yield of 0.47 g/g. This result proved that the hydrolysate mixture was more suitable for ethanol fermentation by P.stipitis and this organism has shown great potential for the development of novel co-fermentation processes designed to obtain lignocellulosic ethanol production.
1. Introduction
The Institute of Nuclear Energy Research (INER) in Taiwan has been funded to develop lignocellulosic ethanol production technology from local raw materials. Rice straw is one of the most abundant lignocellulosic feedstock in the world. In Asia, it is produced about 667.6 million tons annually [1]. Field burning is the major practice for removing rice straw, but it increases the air pollution and consequently affects the public health. With appropriate conversion these rice straw can potentially produce 187.2 billion liters ethanol per year. Based on the route of biochemical conversions, the ethanol production from lignocellulosic materials includes three major steps: biomass pretreatment, enzymatic hydrolysis and ethanol fermentation. Separate Hydrolysis and Fermentation (SHF) is one of the processes that have been tested more extensively for conversion of lignocellulosic materials into ethanol. Dilute acid pretreatment has been
considered to be a promising pretreatment technology up to the present [2]. The feedstock was generally catalyzed with dilute H2SO4 at high temperature. The hemicelluloses fraction was dissolved into aqueous solution and then generated a liquid as the acid hydrolysis hydrolysate. Once pretreatment is completed, the resulting cellulose fraction in solid residues was further hydrolyzed to glucose with cellulase. Afterward, the hydrolysates were fermented by suitable microorganisms and converted into ethanol. Pichia stipitis is a nature microorganism can ferment brand sugar including glucose and xylose into ethanol with higher efficiency. To evaluate the feasibility of cofermentation with Pichia stipitis was needed. Until now, the extensively studies on real hydrolysate fermentation with P.stipitis were still lacking. In the present works, we use rice straw hydrolysates to evaluate the fermentability by P.stipitis and investigated the feasibility of cofermentation process employed. The potential degradation compounds in the hydrolysate were also identified and evaluated the negative effect on ethanol fermentation.
2. Materials and methods
2.1. Raw material
Rice straw used in this study was collected from a field near Longtan in Taoyuan, Taiwan. All of the straw were air-dried and then milled to give a size less than 1.0 cm. The chemical constituent of the raw material contained 36% glucose, 26% xylose, % arabinose, % acetic acid and 13% lignin. These materials were stored in the plastic bags at room temperature until further processed.
2.2. Microorganism and culture conditions
Pichia stipitis BCRC 21777 (CBS 6054) was procured from Bioresource Collection and Research Center (BCRC) in Taiwan. This yeast strain has been selected for adaptive evolution through transferred repeatedly with increasing sugar concentration. Stock cultures were maintained on YPD agar plates containing: 10 g/L of yeast extract, 20 g/L of peptone, 20 g/L of dextrose and 20 g/L of agar at 30°C for two days. Colonies from the plate were transferred by loop to a 250 mL Erlenmeyer flask containing 50 ml of YPD medium. Inoculum was grown at 30°C for 16 h with agitation of 100 rpm in an orbital shaker prior to use. The YPD medium consisted of 10 g/L of yeast extract, 20 g/L of peptone and 20 g/L of dextrose was used for inoculums.
2.3. Preparation of rice straw hydrolysate
The rice straw material was performed using twin-screw extruder accomplished with follow-up hot water extraction. The sliced rice straw was first introduced into the twin-screw extruder at 50% solid content with 3% (w/w) of dilute sulfuric acid. The straw fed was squeezed with 130°C of temperature at 50 rpm and then transferred to a hot water extraction reactor. The straw squeezed in the extraction reactor was further mixed with steam and sustained for 30 min at 160°C of reaction temperature with a nearly 30% of solid content in the end of extraction operation. Under the circumstances the xylose released from the conversion of hemicelluloses and dissolved into aqueous phase as the acid hydrolysis hydrolysate. The solid residues and hydrolysate were then separated by filtration. Afterward, the effluent was treated with overliming method as detoxification process and the details were described elsewhere. The remaining solid residue was then stored until to the use of enzymatic hydrolysis later. The solid residue after dilute acid pretreatment was transferred to 1 L hydrolysis reactor until 1% dry matter (DM). The enzyme loading was set at 6.5 FPU/g DM using a commercial cellulase, Celluclast 1.5L with a filter paper activity of 60 FPU/ml. The hydrolysis test was performed at a constant temperature of 50°C for 72h. Then the hydrolysis mixture was centrifuged at 5000 rpm for 30 min to separate the enzymatic hydrolysis hydrolysates from lignin residue. These rice straw hydrolysates were readjusted to pH 5 and further kept at 4°C before fermentation.
2.4. Fermentation condition
The fermentation experiments were performed on dilute acid hydrolysate, enzymatic hydrolysis hydrolysate and the mixture of these two hydrolysates, respectively. Each hydrolysates in 50 ml were fermented by yeast P. stipitis at 30℃ in 250 ml shake flasks at 100 rpm and pH6. The fermentation broth was inoculated with 10% (v/v) inoculum culture to give an initial cell concentration of 0.4 g/L.
2.5. Analytical methods
All samples were filtered through a 0.22μm filter and diluted appropriately with eluent (4mM H2SO4). The quantitative analysis for sugars were performed at 45°C using an HPLC system (Agilent 1200 series, Agilent Technologies) equipped with a refractive index detector. The separation involved a polystyrene- sulfonic acid column (Coregel-87H3 column with a length of 30 cm and an inner diameter 7.8 mm, Transgenomic Technologies) at 65°C with 4mM H2SO4 as the eluent at a flow rate of 1.0 ml/min. For qualitatively determining phenolic compounds, 0.5mL filtrate were extracted once with ethylacetate (1.0mL) by vortex, centrifuged (3000 rpm). Take upper layer (ethylacetate phase 0.5 mL) for trimethylsililation derivation reaction. Derivation procedures: after adding BSTFA (Bistrimethylsilyl trifluoroacetamide) 200µL, TMCS (Trimethylchlorosilane) 5µL into 5mL sample of ethylacetate extracted solution, mixed then heated at 75°C for 20min. All derivation reagents and solvent were supplied from Merck, Germany. The derivation solution was analyzed by a gas chromatography with mass spectrometer (GC-MS, Vaiana Inc, USA, Saturn 2000). The injection volume was set at 1µL with a split infector under 208°C with a carrier gas (He, 99.995%) at a flow rate 1 mL/min. The temperature program of separation column as transferline temperature of MSD was 300°C and 70eV for EI.
3. Results and discussion
3.1. Composition of rice straw hydrolysate
The composition of each rice straw hydrolysate was shown in Table 1. In the dilute acid hydrolysate, the xylose monomer was the major sugar at a concentration of 32.5 g/L, which is twice as high as the glucose concentration. In addition, the glucose was the dominant partition of monosaccharide in the enzymatic hydrolysis hydrolysate. Either the glucose concentration 66.2 g/L or the total sugar concentration 80 g/L was higher than that in dilute acid hydrolysate significantly. The trace concentration of cellobiose was generated during enzymatic hydrolysis due to β-glucosidase inhibited from the accumulation of glucose. The lignocellulosic degradation product such as acetic acid, HMF and furfural are also released into hydrolysate after feedstock with a pretreatment and have been demonstrated to show a negative effect on ethanol fermentation[3]. Although a lot of detoxification methods have been developed to remove these potential inhibitors, the overliming process is still considered as the most economical methods and showed a capacity to remove the furan-derived compounds effectively. With overliming detoxification, the concentration of furfural was down to 0.15 g/L and below in the dilute acid hydrolysate, and HMF was not detectable. However, acetic acid is unable to be taken off via this detoxification method.
3.2. Fermentation of hydrolysate by P.stipitis
These hydrolysates in this study were fermented by P. stipitis without any nutritional supplementation. In order to resemble in the practical manipulation for the ethanol industry, a 10 %( v/v) liquid inoculums was preformed at the beginning of fermentation. Fig.1 illustrated the change of sugars and ethanol production during fermentation and the relative parameters were summarized in Table 2. These results indicated that dilute acid hydrolysate fermented with P. stipitis produced 20.8 g/L ethanol with a yield of 0.45 g/g at 60 hr. In previous reports, the ethanol yield from fermentation by P. stipitis was commonly in the range of 0.37-0.42 g/g as hemicellulose hydrolysate was prepared from aspen wood[4], Prosopis juliflora[5], sunflow seed hull[6] and corn stover[7].


With overliming process, most of the furan derivative such as furfural and HMF can be removed completely. Thus, weak acids and phenolic compounds are the dominant inhibitors in the detoxified hydrolysate. Interestingly, the content of acetyl group and lignin in original rice straw are relatively low in comparison with other lignocellulosic feedstock [8]. This characteristic was suggested that the higher ethanol yield maybe ac

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

บทคัดย่อ วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อประเมิน fermentability ของ hydrolysates ฟางข้าว โดย P.stipitis และกระบวนการหมักที่มีการนำเสนอ ทั้งกลูโคสและ xylose ในส่วนผสมของกรด dilute ด้วยและด้วยเอนไซม์ในระบบได้อย่างสมบูรณ์ใช้กับผลผลิตเป็นเอทานอลของ 0.47 g/g ผลลัพธ์นี้พิสูจน์ว่า ผสมด้วยเหมาะสำหรับหมักเอทานอลโดย P.stipitis และสิ่งมีชีวิตนี้ได้แสดงให้เห็นศักยภาพที่ดีสำหรับการพัฒนากระบวนการหมักนวนิยายร่วมออกแบบรับผลิตเอทานอล lignocellulosic 1. บทนำ สถาบันของพลังงานนิวเคลียร์วิจัย (INER) ในไต้หวันมีการสนับสนุนการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตเอทานอ lignocellulosic จากวัตถุดิบท้องถิ่น ฟางข้าวเป็นวัตถุดิบ lignocellulosic มากที่สุดในโลกอย่างใดอย่างหนึ่ง ในเอเชีย จะทำการผลิตประมาณ 667.6 ล้านตันต่อปี [1] ฟิลด์ที่เขียนเป็นการปฏิบัติที่สำคัญสำหรับเอาฟางข้าว แต่เพิ่มมลพิษในอากาศ และจึง ส่งผลกระทบต่อสุขภาพประชาชน แปลงที่เหมาะสม ฟางข้าวเหล่านี้อาจสามารถผลิตเอทานอล 187.2 ล้านลิตรต่อปี ตามกระบวนการของการแปลงชีวเคมี การผลิตเอทานอลจากวัสดุ lignocellulosic ประกอบด้วยขั้นตอนหลัก 3: ชีวมวล pretreatment เอนไซม์ในระบบไฮโตรไลซ์และเอทานอลหมัก แยกไฮโตรไลซ์และหมัก (SHF) เป็นกระบวนการที่ได้รับการทดสอบเพิ่มเติมอย่างกว้างขวางสำหรับแปลง lignocellulosic ผลิตเป็นเอทานอล อย่างใดอย่างหนึ่ง Pretreatment dilute กรดได้ ถือเป็นเทคโนโลยี pretreatment สัญญาจนถึงปัจจุบัน [2] วัตถุดิบมีโดยทั่วไปกระบวน ด้วยกำมะถัน dilute ที่อุณหภูมิสูง เศษ hemicelluloses ถูกส่วนยุบเข้าละลาย และของเหลวตามด้วยไฮโตรไลซ์กรดที่สร้างขึ้นแล้ว เมื่อเสร็จสิ้น pretreatment เศษส่วนเซลลูโลสเกิดในของแข็งตกถูก hydrolyzed ให้กลูโคสด้วย cellulase เพิ่มเติม หลังจากนั้น hydrolysates ถูกหมัก โดยจุลินทรีย์ที่เหมาะสม และแปลงเป็นเอทานอล Pichia stipitis เป็นจุลินทรีย์ธรรมชาติสามารถหมักน้ำตาลแบรนด์รวมทั้งน้ำตาลกลูโคสและ xylose เป็นเอทานอล มีประสิทธิภาพสูง เพื่อประเมินความเป็นไปได้ของ cofermentation กับ Pichia stipitis ถูกต้อง จนถึงขณะนี้ การอย่างกว้างขวางการศึกษาการหมักเหมาะจริงกับ P.stipitis ยังไม่ขาด ในงานนำเสนอ เราใช้ฟางข้าว hydrolysates fermentability โดย P.stipitis การประเมิน และตรวจสอบความเป็นไปได้ของกระบวนการ cofermentation ที่ทำงาน สารย่อยสลายมีศักยภาพด้วยการยังระบุ และประเมินผลกระทบในการหมักเอทานอล 2. วัสดุและวิธีการ 2.1. ดิบ ฟางข้าวที่ใช้ในการศึกษานี้ได้รวบรวมจากเขตใกล้ลองทันในเถาหยวน ไต้หวัน ทั้งหมดฟางมี air-dried และปลายแล้ว ให้มีขนาดน้อยกว่า 1.0 ซม. วิภาคเคมีของวัตถุดิบที่ประกอบด้วยน้ำตาลกลูโคส 36%, 26% xylose, % arabinose, %กรดอะซิติก และ lignin 13% วัสดุเหล่านี้ถูกเก็บไว้ในถุงพลาสติกที่อุณหภูมิห้องจนกว่าการประมวลผลเพิ่มเติม 2.2. จุลินทรีย์และวัฒนธรรมเงื่อนไข Pichia stipitis BCRC 21777 (CBS 6054) ถูกค้นหาจาก Bioresource เก็บรวบรวมและวิจัยศูนย์ (BCRC) ในไต้หวัน ต้องใช้ยีสต์นี้มีการเลือกสำหรับวิวัฒนาการแบบอะแดปทีฟผ่านโอนซ้ำ ๆ ด้วยความเข้มข้นของน้ำตาลเพิ่มขึ้น วัฒนธรรมหุ้นถูกรักษาไว้บนแผ่น agar YPD ประกอบด้วย: 10 g/L ของยีสต์สกัด 20 g/L ของ peptone, 20 g/L ของขึ้น และ 20 g/L ของ agar ที่ 30° C สองวัน อาณานิคมจากจานถูกโอนย้าย โดยวนไป 250 มล Erlenmeyer หนาวประกอบด้วย 50 ml ของกลาง YPD Inoculum ได้เติบโตที่ 30° C สำหรับ h 16 กับปั่นป่วน 100 rpm ในเชคเกอร์การโคจรของคลื่นก่อนที่จะใช้ สื่อ YPD ประกอบด้วย 10 g/L ของสารสกัดจากยีสต์ 20 g/L ของ peptone และ 20 g/L ของขึ้นใช้สำหรับ inoculums 2.3 การเตรียมด้วยฟางข้าว วัสดุฟางข้าวที่ดำเนินการใช้ extruder twin-screw ที่สำเร็จ ด้วยการสูบน้ำร้อนติดตามผล ฟางข้าวหั่นบาง ๆ ถูกนำมาใช้เข้า extruder twin-screw ที่เนื้อหาของแข็ง 50% กับ 3% (w/w) ของกรดกำมะถัน dilute ก่อน ฟางที่เลี้ยงถูกคั้นกับ 130° C อุณหภูมิที่ 50 รอบต่อนาทีแล้ว โอนย้ายไปยังเครื่องปฏิกรณ์การสกัดร้อน ฟางที่คั้นในเครื่องปฏิกรณ์สกัดถูกผสมกับไอน้ำเพิ่มเติม และยั่งยืนสำหรับ 30 นาทีที่ 160° C อุณหภูมิปฏิกิริยาเกือบ 30% ของเนื้อหาแข็งในตอนท้ายของการดำเนินการสกัด ภายใต้สถานการณ์ xylose ที่ออกจากแปลงของ hemicelluloses และส่วนยุบเป็นตระอควีด้วยไฮโตรไลซ์กรด ตกเป็นของแข็งและด้วยได้แล้วคั่น ด้วยเครื่องกรอง หลัง น้ำที่รักษา ด้วยวิธีการ overliming เป็นกระบวนการล้างพิษ และมีอธิบายรายละเอียดอื่น ๆ สารตกค้างที่เป็นของแข็งที่เหลือแล้วได้ถูกเก็บไว้จนกว่าจะใช้ไฮโตรไลซ์เอนไซม์ในระบบในภายหลัง สารตกค้างแข็งหลัง pretreatment dilute กรดถูกโอนไปเครื่องปฏิกรณ์ไฮโตรไลซ์ 1 L จนกว่า 1% แห้งเรื่อง (DM) โหลดเอนไซม์ถูกตั้ง FPU 6.5 g DM ใช้ cellulase พาณิชย์ Celluclast 1.5L กับกิจกรรมกระดาษกรองของ FPU 60 ml ทำการทดสอบไฮโตรไลซ์คงที่อุณหภูมิ 50° C สำหรับ 72h แล้ว ผสมไฮโตรไลซ์ถูก centrifuged ที่ 5000 rpm สำหรับ 30 นาทีจากสารตกค้าง lignin กัน hydrolysates ไฮโตรไลซ์เอนไซม์ในระบบ Hydrolysates ฟางข้าวเหล่านี้ถูก readjusted ไป pH 5 และเก็บที่ 4° C ต่อไป ก่อนที่จะหมัก 2.4 การเงื่อนไขหมัก ทดลองหมักได้ทำ dilute ด้วยกรด ไฮโตรไลซ์เอนไซม์ในระบบด้วย และส่วนผสมของ hydrolysates เหล่านี้สอง ตามลำดับ แต่ละ hydrolysates ใน 50 ml ถูกหมัก โดยยีสต์ P. stipitis ที่ 30℃ ในน้ำปั่น 250 ml ที่ 100 rpm และ pH6 ซุปหมักถูก inoculated กับวัฒนธรรม inoculum 10% (v/v) ให้เข้มข้นเป็นเซลล์เริ่มต้น 0.4 g/l 2.5 การวิเคราะห์วิธี ตัวอย่างทั้งหมดถูกกรองผ่าน 0.22μm กรอง และผสมกับ eluent (4 มม.กำมะถัน) อย่างเหมาะสม ดำเนินการวิเคราะห์เชิงปริมาณสำหรับน้ำตาลที่ 45° C โดยใช้เป็นระบบ HPLC (Agilent 1200 ชุด เทคโนโลยี Agilent) พร้อมจับดรรชนี แยกที่เกี่ยวข้องกับโฟม - ลกรดคอลัมน์ (Coregel - 87H 3 คอลัมน์ มีความยาว 30 ซม.และมีด้านในเส้นผ่าศูนย์กลาง 7.8 mm, Transgenomic เทคโนโลยีที่ 65° C มี 4 มม.กำมะถันเป็น eluent ที่อัตราการไหลของ 1.0 ml/min สำหรับการกำหนด qualitatively ม่อฮ่อม สารกรอง 0.5mL ถูกสกัดครั้งกับ ethylacetate (1.0 mL) โดย vortex, centrifuged (3000 rpm) ใช้ชั้นบน (ethylacetate ระยะ 0.5 mL) สำหรับปฏิกิริยามา trimethylsililation มาขั้นตอน: หลังจากเพิ่ม BSTFA (Bistrimethylsilyl trifluoroacetamide) 200µL, TMCS (Trimethylchlorosilane) 5µL เป็นตัวอย่าง 5mL ของ ethylacetate สกัด ผสม แล้วความร้อนที่ 75° C สำหรับ 20 นาที Reagents มาและตัวทำละลายทั้งหมดได้มาจากเมอร์ค เยอรมนี แก้ไขปัญหามาถูกวิเคราะห์ โดย chromatography ก๊าซด้วยโดยรวมสเปกโตรมิเตอร์ (GC MS, Vaiana Inc, USA, 2000 ดาวเสาร์) ปริมาณฉีดได้ตั้ง 1µL มี infector แบ่งต่ำกว่า 208° C กับผู้ขนส่งก๊าซ (เขา 99.995%) ในขั้นตอนการประเมินราคา 1 mL/min โปรแกรมอุณหภูมิของคอลัมน์แยกอุณหภูมิ transferline มือถูก 300° C และ 70eV สำหรับ EI 3. ผลลัพธ์ และสนทนา 3.1. ส่วนประกอบของข้าวฟางด้วย องค์ประกอบของแต่ละด้วยฟางข้าวที่แสดงในตารางที่ 1 ใน dilute ด้วยกรด น้ำยา xylose เป็นน้ำตาลหลักที่มีความเข้มข้นของ 32.5 g/L ซึ่งเป็นสองสูงที่ความเข้มข้นกลูโคส นอกจากนี้ น้ำตาลกลูโคสมีพาร์ติชันหลักของ monosaccharide ในด้วยไฮโตรไลซ์เอนไซม์ในระบบ ทั้งกลูโคสความเข้มข้น 66.2 g/L หรือน้ำตาลรวมความเข้มข้น 80 g/L ที่สูงกว่าที่ใน dilute ด้วยกรดมากขึ้น ติดตามความเข้มข้นของ cellobiose ถูกสร้างขึ้นระหว่างไฮโตรไลซ์เอนไซม์ในระบบเนื่องจากβ-glucosidase ห้ามจากการสะสมของน้ำตาลกลูโคส ผลิตภัณฑ์ lignocellulosic ย่อยสลายเช่นกรดอะซิติก HMF และ furfural จะยังปล่อยด้วยหลังจากวัตถุดิบมีการ pretreatment และได้แสดงให้เห็นว่าการแสดงผลกระทบในการหมักเอทานอล [3] แม้ว่าจำนวนมากวิธีการล้างพิษได้รับการพัฒนาเอา inhibitors เหล่านี้อาจเกิดขึ้น กระบวนการ overliming จะถือว่าเป็นวิธีประหยัดที่สุดยัง และแสดงให้เห็นกำลังเอาสารประกอบ furan ได้อย่างมีประสิทธิภาพ Overliming ล้างพิษ ความเข้มข้นของ furfural ถูก ลง 0.15 g/L และด้านล่างด้วยกรด dilute และ HMF ตรวจไม่ อย่างไรก็ตาม กรดอะซิติกไม่สามารถเอาออกได้อย่างง่าย ๆ ด้วยวิธีการล้างพิษนี้ 3.2. หมักด้วยโดย P.stipitis Hydrolysates เหล่านี้ในการศึกษานี้ถูกหมัก โดย stipitis P. ไม่แห้งเสริมคุณค่าทางโภชนาการใด ๆ เพื่อให้มีลักษณะในการปฏิบัติสำหรับอุตสาหกรรมเอทานอล สิบ%(v/v) inoculums เหลวถูก preformed ที่หมัก ภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงของน้ำตาลและเอทานอลผลิตในระหว่างการหมัก และพารามิเตอร์เกี่ยวข้องได้สรุปในตารางที่ 2 ผลลัพธ์เหล่านี้ระบุด้วยกรดที่ dilute หมักกับ P. stipitis ผลิต 20.8 แยกเอทานอลกับผลตอบแทนของ 0.45 g/g ที่ 60 ชั่วโมง ในรายงานก่อนหน้านี้ ผลผลิตเอทานอลจากการหมักโดย P. stipitis อยู่ทั่วไปในช่วง 0.37 0.42 g/g ตามด้วย hemicellulose ถูกซึ่งทำจากไม้แอสเพน [4], Prosopis juliflora [5], ฮัลล์เมล็ด sunflow [6] และข้าวโพด stover [7] ด้วยกระบวนการ overliming อนุพันธ์ furan furfural และ HMF ส่วนใหญ่สามารถเอาออกอย่างสมบูรณ์ ดังนั้น กรดอ่อนและสารฟีนอมี inhibitors ตัวในด้วย detoxified เป็นเรื่องน่าสนใจ เนื้อหาของกลุ่ม acetyl และ lignin ในฟางข้าวเดิมค่อนข้างต่ำเมื่อเปรียบเทียบกับวัตถุดิบอื่น ๆ lignocellulosic [8] ลักษณะนี้แนะนำเอทานอลสูงกว่าอัตราผลตอบแทนที ac

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

บทคัดย่อวัตถุประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อประเมิน fermentability ของไฮโดรไลเซฟางข้าวโดย P.stipitis และเสนอกระบวนการหมักที่มีอยู่
ทั้งสองกลูโคสและไซโลสในส่วนผสมของไฮโดรไลกรดเจือจางและไฮโดรไลเอนไซม์ถูกนำมาใช้อย่างสมบูรณ์กับผลผลิตเอทานอลของ 0.47 กรัม / กรัม ผลที่ได้นี้พิสูจน์ให้เห็นว่าผสมไฮโดรไลเป็นมากขึ้นเหมาะสำหรับการหมักเอทานอลโดย P.stipitis และมีชีวิตชนิดนี้ได้แสดงให้เห็นศักยภาพที่ดีสำหรับการพัฒนาของกระบวนการหมักร่วมนวนิยายที่จะได้รับการออกแบบมาผลิตเอทานอลิกโนเซลลูโลส.
1 บทนำสถาบันพลังงานนิวเคลียร์วิจัย (iner) ในไต้หวันได้รับเงินทุนในการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตเอทานอลลิกโนเซลลูโลสจากวัตถุดิบในท้องถิ่น
ฟางข้าวเป็นหนึ่งในวัตถุดิบลิกโนเซลลูโลสที่มีมากที่สุดในโลก ในเอเชียก็จะผลิตประมาณ 667,600,000 ตันต่อปี [1] การเผาไหม้ที่สนามคือการปฏิบัติที่สำคัญสำหรับการลบฟางข้าว แต่มันจะเพิ่มมลพิษทางอากาศและทำให้มีผลกระทบต่อสุขภาพของประชาชน ที่เหมาะสมกับการแปลงฟางข้าวเหล่านี้อาจจะสามารถผลิตเอทานอล 187,200,000,000 ลิตรต่อปี ขึ้นอยู่กับเส้นทางของการแปลงทางชีวเคมีการผลิตเอทานอลจากวัสดุลิกโนเซลลูโลสรวมถึงสามขั้นตอนที่สำคัญ: การปรับสภาพชีวมวลเอนไซม์ย่อยสลายและการหมักเอทานอล แยกย่อยและหมัก (SHF) เป็นหนึ่งในกระบวนการที่ได้รับการทดสอบอย่างกว้างขวางมากขึ้นสำหรับการแปลงของวัสดุลิกโนเซลลูโลสเอทานอล การปรับสภาพกรดเจือจางได้รับการพิจารณาให้เป็นเทคโนโลยีการปรับสภาพสัญญาจนถึงปัจจุบัน [2]
วัตถุดิบที่ถูกเร่งโดยทั่วไปกับ H2SO4 เจือจางที่อุณหภูมิสูง ส่วนเฮมิเซลลูโลสกำลังละลายลงไปในสารละลายแล้วสร้างของเหลวที่เป็นกรดไฮโดรไลจองจำ เมื่อปรับสภาพเสร็จสมบูรณ์แล้วส่วนเซลลูโลสส่งผลให้สารตกค้างที่เป็นของแข็งเป็นไฮโดรไลซ์ต่อไปเป็นน้ำตาลกลูโคสที่มีเซลลูเลส หลังจากนั้นไฮโดรไลเซถูกหมักโดยจุลินทรีย์ที่เหมาะสมและแปลงเป็นเอทานอล Pichia stipitis เป็นจุลินทรีย์ธรรมชาติที่สามารถหมักน้ำตาลแบรนด์รวมทั้งกลูโคสและไซโลสเอทานอลได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สูงขึ้น เพื่อประเมินความเป็นไปได้ของ cofermentation กับ Pichia stipitis เป็นสิ่งที่จำเป็น จนถึงขณะนี้การศึกษาอย่างกว้างขวางในการหมักไฮโดรไลจริงกับ P.stipitis ยังขาด ในการทำงานปัจจุบันที่เราใช้ไฮโดรไลเซฟางข้าวเพื่อประเมิน fermentability โดย P.stipitis และการตรวจสอบความเป็นไปได้ของกระบวนการ cofermentation ลูกจ้าง การย่อยสลายสารที่มีศักยภาพในการไฮโดรไลที่ถูกระบุและยังได้รับการประเมินผลกระทบทางลบต่อการหมักเอทานอล.
2 วัสดุและวิธีการ
2.1 วัตถุดิบฟางข้าวที่ใช้ในการศึกษาครั้งนี้ได้เก็บรวบรวมจากทุ่งใกล้ Longtan ในเถาหยวนไต้หวัน
ทั้งหมดของฟางถูกอากาศแห้งแล้วบดเพื่อให้มีขนาดน้อยกว่า 1.0 ซม. ส่วนประกอบทางเคมีของวัตถุดิบที่มีน้ำตาลกลูโคส 36%, 26% ไซโล% arabinose% กรดอะซิติกและลิกนิน 13% วัสดุเหล่านี้ถูกเก็บไว้ในถุงพลาสติกที่อุณหภูมิห้องจนดำเนินการต่อไป.
2.2 จุลินทรีย์และวัฒนธรรมเงื่อนไข
Pichia stipitis BCRC 21777 (CBS 6054) ได้รับการจัดหาจาก Bioresource เก็บและศูนย์วิจัย (BCRC) ในไต้หวัน ยีสต์สายพันธุ์นี้ได้รับเลือกสำหรับการวิวัฒนาการปรับตัวผ่านการโอนซ้ำ ๆ ที่มีความเข้มข้นของน้ำตาลที่เพิ่มขึ้น วัฒนธรรมหุ้นไว้บนจานอาหารเลี้ยงเชื้อที่มี YPD: 10 กรัม / ลิตรของสารสกัดจากยีสต์ 20 กรัม / ลิตรของเปปโตน 20 กรัม / ลิตรของเดกซ์โทรสและ 20 กรัม / ลิตรของอาหารเลี้ยงเชื้อที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียสเป็นเวลาสองวัน อาณานิคมจากแผ่นถูกย้ายโดยวงขวด 250 มิลลิลิตร Erlenmeyer มี 50 มลของกลาง YPD ปลูกเชื้อที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 16 ชั่วโมงกับการกวน 100 รอบต่อนาทีของการปั่นวงโคจรก่อนที่จะใช้ กลาง YPD ประกอบด้วย 10 กรัม / ลิตรของสารสกัดจากยีสต์ 20 กรัม / ลิตรของเปปโตนและ 20 กรัม / ลิตรขององุ่นที่ใช้สำหรับหัวเชื้อแบคทีเรีย.
2.3
เตรียมความพร้อมของฟางข้าวไฮโดรไลวัสดุฟางข้าวได้รับการดำเนินการโดยใช้เครื่องอัดรีดสกรูคู่ที่ประสบความสำเร็จกับการติดตามการสกัดน้ำร้อน ฟางข้าวหั่นเป็นครั้งแรกเข้ามาในเครื่องอัดรีดสกรูคู่ 50% ปริมาณของแข็งที่มี 3% (w / w) กรดกำมะถันเจือจาง เฟดฟางถูกบีบ 130 ° C อุณหภูมิที่ 50 รอบต่อนาทีและจากนั้นก็ย้ายไปสกัดน้ำร้อนเครื่องปฏิกรณ์ ฟางเส้นบีบในเครื่องปฏิกรณ์สกัดได้ผสมต่อไปด้วยการอบไอน้ำและยั่งยืนเป็นเวลา 30 นาทีที่ 160 องศาเซลเซียสอุณหภูมิปฏิกิริยาที่มีเกือบ 30% ของปริมาณของแข็งในท้ายที่สุดของการดำเนินการสกัด ภายใต้สถานการณ์ไซโลสที่ปล่อยออกมาจากการเปลี่ยนแปลงของเฮมิเซลลูโลสและหายเข้าไปในเฟสน้ำเป็นไฮโดรไลย่อยสลายกรด ตกค้างที่เป็นของแข็งและไฮโดรไลถูกแยกออกโดยการกรองแล้ว หลังจากนั้นน้ำเสียได้รับการรักษาด้วยวิธีการ overliming เป็นกระบวนการล้างสารพิษและรายละเอียดอื่น ๆ กำลังอธิบาย ที่เหลือเป็นของแข็งที่เหลือเก็บไว้แล้วจนถึงการใช้เอนไซม์ย่อยสลายได้ในภายหลัง ที่เหลือเป็นของแข็งหลังจากปรับสภาพกรดเจือจางถูกย้ายไป 1 ลิตรเครื่องปฏิกรณ์จองจำจนถึง 1% วัตถุแห้ง (DM) โหลดเอนไซม์ตั้งอยู่ที่ 6.5 FPU / g DM ใช้เซลลูเลสในเชิงพาณิชย์ Celluclast 1.5L กับกิจกรรมกระดาษกรอง 60 FPU / ml การทดสอบการย่อยสลายเป็นที่อุณหภูมิคงที่ 50 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 72H จากนั้นผสมจองจำถูกหมุนเหวี่ยงที่ 5000 รอบต่อนาทีเป็นเวลา 30 นาทีที่จะแยกย่อยโปรตีนไฮโดรไลเซสารตกค้างจากลิกนิน ไฮโดรไลเซฟางข้าวเหล่านี้ถูกปรับค่าพีเอช 5 และเก็บไว้อีกที่ 4 ° C ก่อนที่จะหมัก.
2.4
หมักสภาพการทดลองหมักได้ดำเนินการเกี่ยวกับการไฮโดรไลกรดเจือจางไฮโดรไลย่อยโปรตีนและมีส่วนผสมของทั้งสองไฮโดรไลเซตามลำดับ ไฮโดรไลเซในแต่ละ 50 มลถูกหมักโดยยีสต์พี stipitis วันที่ 30 ℃ 250 มล. เขย่าขวดที่ 100 รอบต่อนาทีและ pH6 น้ำซุปหมักได้รับเชื้อด้วย 10% (v / v) วัฒนธรรมเชื้อที่จะให้ความเข้มข้นของเซลล์เริ่มต้นของ 0.4 กรัม / ลิตร.
2.5 วิธีการวิเคราะห์ตัวอย่างทั้งหมดถูกกรองผ่านตัวกรอง0.22μmและเจือจางเหมาะสมกับตัวชะ (4mm H2SO4)
การวิเคราะห์เชิงปริมาณน้ำตาลได้ดำเนินการที่ 45 ° C ใช้ระบบ HPLC (Agilent 1200 ชุด Agilent Technologies) การติดตั้งเครื่องตรวจจับดัชนีหักเห ที่เกี่ยวข้องกับการแยกคอลัมน์กรดซัลโฟ polystyrene- (Coregel-87H3 คอลัมน์ที่มีความยาว 30 ซมและเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 7.8 มม Transgenomic เทคโนโลยี) ที่ 65 ° C กับ 4mm H2SO4 เป็นตัวชะในอัตราการไหล 1.0 มล. / นาที สำหรับการกำหนดคุณภาพสารประกอบฟีนอลกรอง 0.5mL สกัดครั้งเดียวกับ ethylacetate (1.0ml) โดยน้ำวนหมุนเหวี่ยง (3000 รอบต่อนาที) ใช้ชั้นบน (ระยะ ethylacetate 0.5 มิลลิลิตร) สำหรับปฏิกิริยามา trimethylsililation ขั้นตอนที่มา: หลังจากที่เพิ่ม BSTFA (Bistrimethylsilyl trifluoroacetamide) 200μL, TMCs (Trimethylchlorosilane) 5μLเข้า 5ml ตัวอย่างของการแก้ปัญหา ethylacetate สกัดผสมร้อนแล้วที่ 75 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 20 นาที น้ำยามาทั้งหมดและตัวทำละลายที่ถูกจัดมาจากเมอร์คประเทศเยอรมนี วิธีการแก้ปัญหาที่มาที่ได้รับการวิเคราะห์โดยโคก๊าซที่มีมวลสเปกโตรมิเตอร์ (GC-MS, Vaiana Inc, อเมริกา, ดาวเสาร์ 2000) ปริมาณการฉีดเป็นที่ตั้ง1μLกับแยกติดเชื้อภายใต้ 208 ° C ที่มีก๊าซ (เขา 99.995%) ในอัตราการไหล 1 มิลลิลิตร / นาที โปรแกรมอุณหภูมิของคอลัมน์แยกอุณหภูมิ transferline ของเอ็มเอส 300 องศาเซลเซียสและ 70eV สำหรับ EI.
3 และการอภิปรายผล
3.1 องค์ประกอบของฟางข้าวไฮโดรไลองค์ประกอบของแต่ละไฮโดรไลฟางข้าวถูกนำมาแสดงในตารางที่ 1 ในการไฮโดรไลกรดเจือจางโมโนเมอร์ไซโลสเป็นน้ำตาลที่สำคัญที่มีความเข้มข้นของ 32.5 กรัม / ลิตรซึ่งเป็นสองเท่าสูงเป็นความเข้มข้นของน้ำตาลกลูโคส
นอกจากนี้ยังมีน้ำตาลกลูโคสเป็นพาร์ทิชันที่โดดเด่นของโมโนแซ็กคาไรด์ในไฮโดรไลย่อยโปรตีน ทั้งความเข้มข้นของน้ำตาลกลูโคส 66.2 กรัม / ลิตรหรือความเข้มข้นของน้ำตาลทั้งหมด 80 กรัม / ลิตรสูงกว่าในการไฮโดรไลกรดเจือจางอย่างมีนัยสำคัญ ความเข้มข้นร่องรอยของ cellobiose ถูกสร้างขึ้นในระหว่างการย่อยของเอนไซม์เนื่องจากการเบต้ากลูโคยับยั้งจากการสะสมของน้ำตาลกลูโคส ผลิตภัณฑ์ที่ย่อยสลายลิกโนเซลลูโลสเช่นกรดอะซิติก HMF และเฟอร์ฟูรัลยังมีการเปิดตัวเข้าสู่ไฮโดรไลหลังจากที่วัตถุดิบที่มีการปรับสภาพและได้รับการแสดงที่จะแสดงผลกระทบต่อการหมักเอทานอล [3] แม้ว่าจำนวนมากวิธีการล้างพิษได้รับการพัฒนาเพื่อเอาสารยับยั้งที่มีศักยภาพเหล่านี้กระบวนการ overliming ก็ยังถือว่าเป็นวิธีที่ประหยัดที่สุดและแสดงให้เห็นความสามารถในการเอาสาร furan มาได้อย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยการล้างพิษ overliming ความเข้มข้นของเฟอร์ฟูรัลลดลง 0.15 กรัม / ลิตรและด้านล่างในการไฮโดรไลกรดเจือจางและ HMF ไม่ได้ตรวจพบ แต่กรดอะซิติกไม่สามารถที่จะถูกถอดออกจากการล้างพิษด้วยวิธีนี้.
3.2 การหมักโดยไฮโดรไล P.stipitis
ไฮโดรไลเซเหล่านี้ในการศึกษาครั้งนี้ได้รับการหมักโดยพี stipitis โดยไม่มีอาหารเสริมใด ๆ เพื่อที่จะมีลักษณะคล้ายกับการจัดการในทางปฏิบัติสำหรับการอุตสาหกรรมเอทานอล 10% (v / v) หัวเชื้อแบคทีเรียเหลว preformed ที่จุดเริ่มต้นของการหมัก รูปที่ 1 แสดงการเปลี่ยนแปลงของน้ำตาลและเอทานอลในช่วงการผลิตและการหมักพารามิเตอร์ญาติสรุปในตารางที่ 2 ผลการศึกษานี้ชี้ให้เห็นว่ากรดไฮโดรไลเจือจางหมักด้วยพี stipitis ผลิตเอทานอล 20.8 กรัม / ลิตรมีอัตราผลตอบแทน 0.45 กรัม / g ที่ 60 ชั่วโมง ในรายงานก่อนหน้านี้อัตราผลตอบแทนจากการหมักเอทานอลโดยพี stipitis ได้ทั่วไปในช่วง 0.37-0.42 กรัม / g เป็นไฮโดรไลเฮมิเซลลูโลสถูกจัดทำขึ้นจากไม้แอสเพน [4], Prosopis juliflora [5] เรือเมล็ด sunflow [6] ซังข้าวโพด [7]. ด้วยกระบวนการ overliming ส่วนใหญ่ของอนุพันธ์ furan เช่นเฟอร์ฟูรัลและ HMF สามารถลบออกได้อย่างสมบูรณ์ ดังนั้นกรดอ่อนแอและสารประกอบฟีนอมีสารยับยั้งการที่โดดเด่นในไฮโดรไลพิษ ที่น่าสนใจเนื้อหาของกลุ่ม acetyl และลิกนินในฟางข้าวเดิมที่มีค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับวัตถุดิบลิกโนเซลลูโลสอื่น ๆ [8] ลักษณะนี้ได้ชี้ให้เห็นว่าผลผลิตเอทานอลที่สูงขึ้นอาจจะ ac

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

คุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลยคุณดูดีมากเลย