CZ306795B6 - The complete culture medium for the microbial production of ethanol or butanol, the methods of its production and the methods of production of ethanol and butanol - Google Patents
The complete culture medium for the microbial production of ethanol or butanol, the methods of its production and the methods of production of ethanol and butanol Download PDFInfo
- Publication number
- CZ306795B6 CZ306795B6 CZ2015-102A CZ2015102A CZ306795B6 CZ 306795 B6 CZ306795 B6 CZ 306795B6 CZ 2015102 A CZ2015102 A CZ 2015102A CZ 306795 B6 CZ306795 B6 CZ 306795B6
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- culture medium
- butanol
- ethanol
- hydrolyzate
- producing
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
Abstract
Description
Úplné kultivační médium pro mikrobiální produkci etanolu nebo butanolu, způsoby jeho výroby a způsoby výroby etanolu a butanoluComplete culture medium for microbial production of ethanol or butanol, processes for its production and processes for the production of ethanol and butanol
Oblast technikyTechnical field
Vynález se týká úplného kultivačního média pro mikrobiální produkci etanolu nebo butanolu, způsobů jeho výroby a jeho použití pro mikrobiální výrobu etanolu a butanolu.The invention relates to a complete culture medium for the microbial production of ethanol or butanol, to processes for its production and to its use for the microbial production of ethanol and butanol.
Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION
Výzkum mikrobiální produkce chemikálií, jako jsou alkoholy, z obnovitelných zdrojů je v současnosti soustředěn na využití surovin tzv. druhé generace tj. surovin nepoužitelných pro lidskou výživu. K těmto surovinám patří zemědělské a lesnické odpady (obilná a kukuřičná sláma, piliny, dřevní štěpka atd.) a dále cíleně pěstované tzv. energetické rostliny jako jsou např. ozdobnice (Miscanthus), šťovík nebo rychle rostoucí dřeviny, v podmínkách ČR, topol a vrba. Jako ekonomicky výhodnější se jeví zejména využití zemědělských a lesnických odpadů nebo přebytků. Tyto suroviny obsahují mikrobiálně využitelné sacharidy ve vázané podobě buď v celulóze, nebo v tzv. hemicelulóze. Celulóza je polysacharid, ve kterém jsou glukózové monomery vázány mezi sebou převážně β-1,4 vazbami, zatímco jako hemicelulóza se označují heteropolymery složené z různých monomemích sacharidů, jak hexóz (glukóza, manóza, galaktóza) tak pentóz (xylóza, arabinóza) i dalších látek. V rostlinných buňkách se oba tyto polysacharidy vyskytují vázány s ligninem v podobě tzv. lignocelulózového komplexu. Tento komplex je však velmi obtížně a velmi pomalu využitelný mikroorganismy, a proto se při mikrobiálním využití surovin, obsahujících lignocelulózový komplex, přistupuje k různým typům rozkladu pomocí mechanických, fyzikálních, chemických a enzymových způsobů nebo jejich kombinací, viz například patent US 2014273108 (AI). Výsledkem tohoto rozkladu je získání tzv. hydrolyzátu dané suroviny, který obsahuje směs mikrobiálně využitelných sacharidů, pocházejících jak z celulózy, tak z hemicelulózy, spolu s řadou dalších látek.Research on microbial production of chemicals, such as alcohols, from renewable sources is currently focused on the use of second generation raw materials, ie raw materials not usable for human nutrition. These raw materials include agricultural and forestry wastes (cereal and corn straw, sawdust, wood chips, etc.) as well as purposefully grown so-called energy plants such as ornaments (Miscanthus), sorrel or fast-growing tree species in the Czech Republic, poplar and willow. In particular, the use of agricultural and forestry waste or surpluses seems to be more economical. These raw materials contain microbially useful carbohydrates in bound form either in cellulose or in so-called hemicellulose. Cellulose is a polysaccharide in which glucose monomers are bonded predominantly by β-1,4 bonds, whereas hemicellulose is a heteropolymer composed of different carbohydrate monomers, both hexoses (glucose, mannose, galactose) and pentoses (xylose, arabinose) and others substances. In plant cells, both of these polysaccharides are bound to lignin in the form of a so-called lignocellulose complex. This complex, however, is very difficult and very slow to utilize by microorganisms, and therefore the microbial utilization of raw materials containing the lignocellulose complex entails different types of decomposition by mechanical, physical, chemical and enzyme methods or combinations thereof, see for example US patent 2014273108 (AI) . The result of this decomposition is to obtain a so-called hydrolyzate of a given raw material, which contains a mixture of microbially usable carbohydrates derived from both cellulose and hemicellulose together with a number of other substances.
Mikrobiální využití těchto hydrolyzátu k produkci etanolu nebo butanolu je známé, viz například patent US 2014134692 (AI). Ve většině případů je však k hydrolyzátu potřeba přidávat další látky, sloužící jako zdroj dusíku (amoniak, amonné sole, dusičnany, močovina), fosforu (fosforečnany), minerálních látek (hořečnaté sole a sole dalších prvků) a také komplexní zdroje esenciálních aminokyselin a vitaminů (kvasničný extrakt, pepton), protože samotný hydrolyzát nekryje dostatečně nároky mikroorganismů na výživu. Avšak nutnost přidávat k hydrolyzátu jak čisté chemikálie, tak komplexní látky mikrobiální produkci jakéhokoliv produktu zdražuje.The microbial utilization of these hydrolysates for ethanol or butanol production is known, see for example US 2014134692 (A1). In most cases, however, other substances need to be added to the hydrolyzate as a source of nitrogen (ammonia, ammonium salts, nitrates, urea), phosphorus (phosphates), minerals (magnesium salts and salts of other elements) as well as complex sources of essential amino acids and vitamins (yeast extract, peptone), because the hydrolyzate alone does not sufficiently cover the nutritional requirements of microorganisms. However, the need to add both pure chemicals and complex substances to the hydrolyzate makes microbial production of any product more expensive.
Nejdražší složkou kultivačního média, kterou je často nutné k lignocelulózovému hydrolyzátu přidávat, je komplexní zdroj dusíku, který je potřebný pro tzv. auxotrofní mikroorganismy. Auxotrofní mikroorganismy, ke kterým patří i technologicky významní producenti butanolu, vybrané bakteriální druhy rodu Clostridium, nemají schopnost syntetizovat si některé aminokyseliny nebo vitaminy. Jako komplexní zdroje dusíku pro růst těchto mikroorganismů se nejčastěji používají hydrolyzáty nebo extrakty z kvasinek nebo různé typy tzv. peptonů, což jsou enzymové hydrolyzáty bílkovin, obsahující směs peptidů a aminokyselin. Takto je možné použít jako složku kultivačního média pro mikroorganismy i pepton z odpadního kuřecího peří, jehož výhodou je jak vysoký obsah proteinu, keratinu, tak vysoký obsah minerálních látek, viz například Taskin M., Kurbanoglu E.B. (2011) Evaluation of waste chicken feathers as peptone source for bacterial growth. J. Appl. Microbiol. 111 (4): 826-834.The most expensive component of the culture medium that is often required to be added to the lignocellulose hydrolyzate is the complex nitrogen source that is needed for the so-called auxotrophic microorganisms. Auxotrophic microorganisms, including technologically important butanol producers, selected bacterial species of the genus Clostridium, do not have the ability to synthesize certain amino acids or vitamins. Hydrolysates or extracts of yeast or various types of so-called peptones, which are enzymatic hydrolysates of proteins containing a mixture of peptides and amino acids, are most commonly used as complex nitrogen sources for the growth of these microorganisms. Thus, it is possible to use as a constituent of the culture medium for microorganisms also peptone from waste chicken feathers, which has the advantage of both high protein, keratin and high mineral content, see for example Taskin M., Kurbanoglu E.B. (2011) Evaluation of waste chicken feathers as a peptone source for bacterial growth. J. Appl. Microbiol. 111 (4): 826-834.
Pepton z kuřecího peří, používaný jako složka kultivačního média pro mikroorganismy byl však dosud ve všech případech připravován, jako enzymový hydrolyzát tj. k jeho výrobě bylo nutné použít enzym s proteolytickou aktivitou. Neexistuje žádná zmínka o tom, že by byl někdy tento pepton připravován pouze alkalickou hydrolýzou ani, že by byl používán společně s hydrolyzáHowever, the chicken feather peptone used as a component of the culture medium for microorganisms has so far been prepared in all cases, as an enzyme hydrolyzate, i.e. it was necessary to use an enzyme with proteolytic activity to produce it. There is no mention that this peptone is ever prepared solely by alkaline hydrolysis or that it is used in conjunction with hydrolysis.
-1 CZ 306795 B6 tem materiálu, obsahujícího celulózu. Rovněž není známo, že by bylo někdy peří hydrolyzováno společně s rostlinným materiálem pro přípravu úplného kultivačního média.Cellulose-containing material. It is also not known that feathers are sometimes hydrolyzed together with plant material to prepare a complete culture medium.
Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION
Podstatou vynálezu je společné zpracování a/nebo využití slámy a kuřecího peří, které je výhodnější než jejich zpracování a využití oddělené. Oba typy odpadů, zpracované buď jednotlivě, nebo společně, se použijí jako substrát pro vhodné mikroorganismy, produkující alkoholy. Hlavní výhodou tohoto řešení je skutečnost, že odpady z rostlinné a živočišné výroby se vzájemně doplňují z hlediska nutričních nároků mikroorganismů a k jejich směsi není nutné pro růst mikroorganismů a produkci žádaných metabolitů přidávat žádné další čisté chemikálie.The present invention is based on the joint processing and / or use of straw and chicken feathers, which is preferable to separate processing and use. Both types of waste, treated either individually or together, are used as a substrate for suitable alcohol-producing microorganisms. The main advantage of this solution is that the plant and animal wastes complement each other in terms of the nutritional requirements of the microorganisms and there is no need to add any other pure chemicals to the microorganisms' growth and production of the desired metabolites.
Prvním aspektem předmětu vynálezu je úplné kultivační médium pro mikrobiální produkci etanolu nebo butanolu, které se připraví alkalickou a následnou enzymovou hydrolýzou ze směsi slámy a kuřecího peří v hmotnostním poměru sušiny obou materiálů 0,5 až 1 díl slámy k 0,06 až 0,25 dílu peří.A first aspect of the present invention is a complete culture medium for microbial production of ethanol or butanol, which is prepared by alkaline and subsequent enzymatic hydrolysis from a mixture of straw and chicken feathers in a dry weight ratio of both materials of 0.5 to 1 part straw to 0.06 to 0.25 piece of feather.
Druhým aspektem předmětu vynálezu je způsob výroby uvedeného média, při němž se směs slámy a peří podrobí alkalické hydrolýze při pH v rozmezí 12,0 až 13,0, následně se pH hydrolyzátu upraví na hodnotu v rozmezí 4,5 až 5,5 a celulóza obsažená v hydrolyzátu se enzymaticky rozloží zpracováním hydrolyzátu celulolytickým enzymem.A second aspect of the present invention is a process for producing said medium, wherein the mixture of straw and feathers is subjected to alkaline hydrolysis at a pH of 12.0 to 13.0, followed by adjusting the pH of the hydrolyzate to a value of 4.5 to 5.5 and cellulose contained in the hydrolyzate is enzymatically decomposed by treating the hydrolyzate with a cellolytic enzyme.
Přednostní provedení způsobu představujících druhý aspekt předmětu vynálezu představuje způsob, při němž se alkalická hydrolýza provádí při pH 12,0 až 13,0 při teplotě 60 až 80 °C po dobu 12 až 24h za současného třepání nebo míchání a při němž se rozklad celulózy provádí přidáním 1 až 2% hmotn. celulolytického enzymu, který se nechá působit 12 až 24h, při teplotě 45 až 55 °C, za současného třepání nebo míchání.A preferred embodiment of the method of the second aspect of the present invention is a process wherein the alkaline hydrolysis is carried out at pH 12.0-13.0 at 60-80 ° C for 12-24h with shaking or stirring, and wherein the decomposition of the cellulose is carried out by adding 1 to 2 wt. of a cellulolytic enzyme, which is allowed to act for 12-24 hours, at a temperature of 45-55 ° C, with shaking or stirring.
Třetím aspektem předmětu vynálezu je způsob výroby etanolu fermentací kultivačního média mikroorganismem produkujícím etanol jako kvasinky Saccharomyces cerevisiae, při němž se jako kultivačního média použije úplného kultivačního média podle kteréhokoliv z provedení, prostého jakýchkoliv dalších přísad.A third aspect of the present invention is a process for producing ethanol by fermentation of a culture medium with an ethanol producing microorganism such as Saccharomyces cerevisiae yeast, wherein the culture medium is a complete culture medium according to any of the embodiments, free of any other additives.
Konečně, čtvrtým aspektem předmětu vynálezu je způsob výroby butanolu fermentací kultivačního média mikroorganismem produkujícím butanol jako bakterie Clostridium pasteurianum, při němž se jako kultivačního média použije úplného kultivačního média podle kteréhokoliv z provedení, prostého jakýchkoliv dalších přísad.Finally, a fourth aspect of the present invention is a process for producing butanol by fermentation of a culture medium with a butanol producing microorganism such as Clostridium pasteurianum, wherein the culture medium is a complete culture medium according to any of the embodiments, free of any other additives.
Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Příklad 1 Společná hydrolýza slámy a kuřecího peří a využití hydrolyzátu k produkci etanoluExample 1 Joint hydrolysis of straw and chicken feathers and utilization of the hydrolyzate to produce ethanol
Společná hydrolýza: Množství 7,5 g pšeničné slámy o sušině 94 % hmotn. se námele na střižném mlýnku (GRINDOMIX GM 200, Retsch, USA) (podmínky mletí: 10 000 ot/s, 20 s) na částice, které propadnou sítem o velikosti ok 3 mm. Množství 1 g vysušeného a odmaštěného peří se také námele na střižném mlýnku (podmínky mletí: 10 000 ot/s, 20 s). Uvedená množství namleté slámy a namletého peří se smíchají a přelijí se 100 ml 0,6% roztoku hydroxidu draselného v Erlenmeyerově baňce o objemu 250 ml. Baňka se uzavře vatovou zátkou, a ta se překryje alobalem. Následně probíhá společná alkalická hydrolýza obou materiálů na rotační třepačce (otáčky 150 min“1) při teplotě 70 °C po dobu 24 h. Dále se upraví pH na hodnotu 5,0 ± 0,2 přídavkem 4 ml 10% roztoku H3PO4 a přidá se 1,5 ml celulolytického enzymu Cellic CTec2 (NovozymesCo-hydrolysis: An amount of 7.5 g of wheat straw with a dry matter content of 94% by weight. Grind mill (GRINDOMIX GM 200, Retsch, USA) (grinding conditions: 10,000 rpm, 20 s) to particles that pass through a 3 mm sieve. A quantity of 1 g of dried and degreased feathers is also ground on a shearing mill (grinding conditions: 10,000 rpm, 20 s). The quantities of ground straw and ground feathers are mixed and poured into 100 ml of a 0.6% potassium hydroxide solution in a 250 ml Erlenmeyer flask. The flask is closed with a cotton plug and covered with aluminum foil. Subsequently undergoes alkaline hydrolysis of both materials on a rotary shaker (150 revolutions min "1) at 70 ° C for 24 hour. The pH is adjusted to 5.0 ± 0.2 by adding 4 ml of 10% H3PO4 solution was added 1.5 ml Cellic CTec2 (Novozymes
A/S, Dánsko). Enzymová hydrolýza celulózy probíhá 24 h, při teplotě 50 °C, na rotační třepačce (otáčky 150 min’1).A / S, Denmark). Enzymatic hydrolysis of cellulose proceeds for 24 h at 50 ° C on a rotary shaker (speed 150 min -1).
Příprava inokula: Kvasinka Saccharomyces cerevisiae se skladuje v podobě tzv. kryokonzerv v Ependorfových mikrozkumavkách při teplotě -70 °C. Jedna kryokonzerva o objemu 1 ml se použije na přípravu inokula tím způsobem, že se po rozmražení přelije v očkovacím boxu do 100 ml sterilního YPD média (složení média v g/1: kvasničný extrakt 10, pepton 20, glukóza 20) v Erlenmeyerově baňce o objemu 250 ml. Inokulum se kultivuje v termostatu při teplotě 30 °C po dobu 24 h.Inoculum preparation: Saccharomyces cerevisiae is stored as cryopreserved in Ependorf microtubes at -70 ° C. One 1 ml cryopreservative is used to prepare the inoculum by pouring in a seed box 100 ml of sterile YPD medium (medium composition in g / l: yeast extract 10, peptone 20, glucose 20) in an Erlenmeyer flask, 250 ml. The inoculum is cultured in a thermostat at 30 ° C for 24 h.
Fermentace: Hodnota pH hydrolyzátu se upraví na 6,0 ± 0,2 pomocí 20% roztoku NaOH. Obsah baňky se zaočkuje 10 ml inokula kvasinky Saccharomyces cerevisiae a inkubuje se v termostatu při teplotě 30 °C, po dobu 48 h. Po skončení kultivace se odebere vzorek, ve kterém se po odstředění a filtraci, stanoví koncentrace etanolu jako produktu fermentace a glukózy jako zbytkového substrátu. Stanovení se provádí pomocí HPLC (podmínky HPLC analýzy: H+ kolona temperovaná na 60 °C, mobilní fáze 5mM H2SO4 o průtoku 0,5 ml/min, refraktometrický detektor). Koncentrace etanolu po fermentaci je 10 g/1, koncentrace zbytkové glukózy 0 g/1.Fermentation: Adjust the pH of the hydrolyzate to 6.0 ± 0.2 using a 20% NaOH solution. The contents of the flask are inoculated with 10 ml of yeast Saccharomyces cerevisiae and incubated in a thermostat at 30 ° C for 48 h. residual substrate. Determination is by HPLC (HPLC analysis conditions: H + column tempered to 60 ° C, mobile phase 5mM H 2 SO 4 at a flow rate of 0.5 ml / min, refractometric detector). Ethanol concentration after fermentation is 10 g / l, residual glucose concentration 0 g / l.
Příklad 2 Společná hydrolýza slámy a kuřecího peří a využití hydrolyzátu k produkci butanoluExample 2 Co-hydrolysis of straw and chicken feathers and use of the hydrolyzate to produce butanol
Společná hydrolýza: Množství 7,5 g pšeničné slámy o sušině 94 % hmotn. se námele na střižném mlýnku (GRINDOMIX GM 200, Retsch, USA) (podmínky mletí: 10 000 ot/s, 20 s) na částice, které propadnou sítem o velikosti ok 3 mm. Množství 1 g vysušeného a odmaštěného peří se také námele na střižném mlýnku (podmínky mletí: 10 000 ot/s, 20 s). Uvedená množství namleté slámy a namletého peří se smíchají a přelijí se 100 mi 0,6% roztoku hydroxidu draselného v Erlenmeyerově baňce o objemu 250 ml. Baňka se uzavře vatovou zátkou a ta se překryje alobalem. Následně probíhá společná alkalická hydrolýza obou materiálů na rotační třepačce (otáčky 150 rpm) při teplotě 70 °C po dobu 24 h. Dále se upraví pH na hodnotu 5,0 ± 0,2 přídavkem 4 ml 10% roztoku H3PO4 a přidá se 1,5 ml celulolytického enzymu Cellic CTec2 (Novozymes A/S, Dánsko). Enzymová hydrolýza celulózy probíhá 24 h, při teplotě 50 °C, na rotační třepačce (otáčky 150 rpm).Co-hydrolysis: An amount of 7.5 g of wheat straw with a dry matter content of 94% by weight. Grind mill (GRINDOMIX GM 200, Retsch, USA) (grinding conditions: 10,000 rpm, 20 s) to particles that pass through a 3 mm sieve. A quantity of 1 g of dried and degreased feathers is also ground on a shearing mill (grinding conditions: 10,000 rpm, 20 s). Mix the specified amounts of ground straw and ground feathers and pour into 100 ml of a 0,6% potassium hydroxide solution in a 250 ml conical flask. The flask is closed with a cotton plug and covered with aluminum foil. Subsequently, the alkaline hydrolysis of the two materials is carried out on a rotary shaker (150 rpm) at 70 ° C for 24 h. Next, the pH is adjusted to 5.0 ± 0.2 by addition of 4 ml of a 10% H3PO4 solution and 1. 5 ml of Cellic CTec2 (Novozymes A / S, Denmark). Enzymatic hydrolysis of the cellulose is carried out for 24 hours at 50 ° C on a rotary shaker (150 rpm).
Příprava inokula: Bakterie Clostridiumpasteurianum se skladuje v podobě tzv. sporových konzerv v Ependorfových mikrozkumavkách, v lednici, při teplotě 4 °C. Jedna sporová konzerva o objemu 1 ml se použije na přípravu inokula tím způsobem, že se po tepelném šoku (80 °C, 30s) přelije v očkovacím boxu do 100 ml sterilního TYA média (složení média v g/1: kvasničný extrakt 2, trypton 6, glukóza 20, KH2PO4 0,5, octan amonný 3; MgS04.7H20 0,3; FeSO4.7H20 0,01) v Erlenmeyerově baňce o objemu 250 ml. Inokulum se kultivuje v anaerobní komoře při teplotě 37 °C po dobu 24 h.Preparation of the inoculum: Clostridiumpasteurianum is stored in so-called spore cans in Ependorf microtubes, refrigerated, at 4 ° C. One can of 1 ml cans is used to prepare the inoculum by pouring into a 100 ml sterile TYA medium (composition in g / l: yeast extract 2, trypton 6) after heat shock (80 ° C, 30s) in a seed box. , glucose 20, KH 2 PO 4 0.5, ammonium acetate 3; MgSO 4 .7H 2 0 0.3; FeSO 4 .7H 2 0 0.01) in a 250 ml Erlenmeyer flask. The inoculum is cultured in an anaerobic chamber at 37 ° C for 24 h.
Fermentace: Hodnota pH hydrolyzátu se upraví na 6,0 ± 0,2 pomocí 20% roztoku NaOH. Obsah baňky se zaočkuje 10 ml inokula bakterie Clostridium pasteurianum a inkubuje se v anaerobní komoře při teplotě 37 °C, po dobu 48 h. Po skončení kultivace se odebere vzorek, ve kterém se po odstředění a filtraci, stanoví koncentrace butanolu a acetonu jako produktů fermentace a glukózy jako zbytkového substrátu. Stanovení se provádí pomocí HPLC (podmínky HPLC analýzy: H' kolona temperovaná na 60 °C, mobilní fáze 5mM H2SO4 o průtoku 0,5 ml/min, refraktometrický detektor). Koncentrace butanolu a acetonu po fermentaci jsou 5,0 a 3,8 g/1, koncentrace zbytkové glukózy 2 g/1.Fermentation: Adjust the pH of the hydrolyzate to 6.0 ± 0.2 using a 20% NaOH solution. The flask contents are inoculated with 10 ml of Clostridium pasteurianum inoculum and incubated in an anaerobic chamber at 37 ° C for 48 h. After completion of the culture, a sample is taken after centrifugation and filtration to determine butanol and acetone concentrations as fermentation products. and glucose as a residual substrate. The determination is carried out by HPLC (HPLC analysis conditions: H 'column tempered to 60 ° C, mobile phase 5mM H 2 SO 4 at a flow rate of 0.5 ml / min, refractometric detector). The concentrations of butanol and acetone after fermentation are 5.0 and 3.8 g / l, the residual glucose concentration is 2 g / l.
- 3 CZ 306795 B6- 3 GB 306795 B6
Příklad 3 Oddělená hydrolýza slámy a kuřecího peří a využití směsného hydrolyzátu k produkci etanoluExample 3 Separate hydrolysis of straw and chicken feathers and utilization of the mixed hydrolyzate to produce ethanol
Hydrolýza pšeničné slámy: Množství 10 g pšeničné slámy o sušině 94 % hmotn. se namele na střižném mlýnku (GRINDOMIX GM 200, Retsch, USA) (podmínky mletí: 10 000 ot/s, 20 s) na částice, které propadnou sítem o velikosti ok 1 mm. K uvedenému množství slámy se přidá 1,8 g NaOH a 0,6 g Ca(OH)2 a 100 ml vody v Erlenmeyerově baňce o objemu 250 ml. Baňka se uzavře vatovou zátkou a ta se překryje alobalem. Následně probíhá alkalická hydrolýza na rotační třepačce (otáčky 150 rpm) při teplotě 80 °C po dobu 39 min. Po hydrolýze se kapalný podíl oddělí filtrací, k pevnému podílu se přidá 100 ml vody, upraví se pH na hodnotu 5,0 ± 0,2 pomocí 10% roztoku H3PO4 a přidá se 2 ml celulolytického enzymu Cellic CTec2 (Novozymes A/S, Dánsko). Enzymová hydrolýza celulózy probíhá 24 h, při teplotě 5CJPC, na rotační třepačce (otáčky 150 rpm).Hydrolysis of wheat straw: An amount of 10 g of wheat straw with a dry matter content of 94% by weight. Grind on a shearing mill (GRINDOMIX GM 200, Retsch, USA) (grinding conditions: 10,000 rpm, 20 s) to particles that pass through a 1 mm sieve. To the indicated amount of straw were added 1.8 g NaOH and 0.6 g Ca (OH) 2 and 100 ml water in a 250 ml Erlenmeyer flask. The flask is closed with a cotton plug and covered with aluminum foil. Subsequently, the alkaline hydrolysis proceeds on a rotary shaker (150 rpm) at 80 ° C for 39 min. After hydrolysis, the liquid was collected by filtration, 100 ml of water was added to the solid, the pH was adjusted to 5.0 ± 0.2 with 10% H3PO4 solution, and 2 ml of Cellic CTec2 (Novozymes A / S, Denmark) was added. ). The enzymatic hydrolysis of the cellulose is carried out for 24 h at 5 ° C on a rotary shaker (150 rpm).
Hydrolýza kuřecího peří: Množství 1,25 g vysušeného a odmaštěného peří se námele na střižném mlýnku (GRINDOMIX GM 200, Retsch, USA) (podmínky mletí: 10 000 ot/s, 20 s). Namleté peří se přelije se 100 ml 0,6% roztoku hydroxidu draselného v Erlenmeyerově baňce o objemu 250 mi. Baňka se uzavře vatovou zátkou a ta se překryje alobalem. Následně probíhá alkalická hydrolýza na rotační třepačce (otáčky 150 rpm) při teplotě 70 °C po dobu 24 h.Hydrolysis of chicken feathers: A quantity of 1.25 g of dried and degreased feathers is ground on a shearing mill (GRINDOMIX GM 200, Retsch, USA) (grinding conditions: 10,000 rpm, 20 s). Pour the ground feather with 100 ml of a 0,6% potassium hydroxide solution in a 250 ml Erlenmeyer flask. The flask is closed with a cotton plug and covered with aluminum foil. Subsequently, alkaline hydrolysis is carried out on a rotary shaker (150 rpm) at 70 ° C for 24 h.
Příprava inokula: Kvasinka Saccharomyces cerevisiae se skladuje v podobě tzv. kryokonzerv v Ependorfových mikrozkumavkách při teplotě -70 °C. Jedna kryokonzerva o objemu 1 ml se použije na přípravu inokula tím způsobem, že se po rozmražení přelije v očkovacím boxu do 100 ml sterilního YPD média (složení média v g/1: kvasničný extrakt 10, pepton 20, glukóza 20) v Erlenmeyerově baňce o objemu 250 ml. Inokulum se kultivuje v termostatu při teplotě 30 °C po dobu 24 h.Inoculum preparation: Saccharomyces cerevisiae is stored as cryopreserved in Ependorf microtubes at -70 ° C. One 1 ml cryopreservative is used to prepare the inoculum by pouring in a seed box 100 ml of sterile YPD medium (medium composition in g / l: yeast extract 10, peptone 20, glucose 20) in an Erlenmeyer flask, 250 ml. The inoculum is cultured in a thermostat at 30 ° C for 24 h.
Fermentace: Hydrolyzát slámy a kuřecího peří se smíchají v poměru 1:1 a hodnota pH vzniklého směsného hydrolyzátu se upraví na 6,0 ± 0,2 pomocí 20% roztoku NaOH. Směsný hydrolyzát o objemu 100 ml se zaočkuje 10 ml inokula kvasinky Saccharomyces cerevisiae a inkubuje se v termostatu při teplotě 30 °C, po dobu 48 h. Po skončení kultivace se odebere vzorek, ve kterém se po odstředění a filtraci, stanoví koncentrace etanolu jako produktu fermentace a glukózy jako zbytkového substrátu. Stanovení se provádí pomocí HPLC (podmínky HPLC analýzy: H+ kolona temperovaná na 60 °C, mobilní fáze 5mM H2SO4 o průtoku 0,5 ml/min, refraktometrícký detektor). Koncentrace etanolu po fermentaci je 13 g/1, koncentrace zbytkové glukózy 0 g/1.Fermentation: The hydrolyzate of straw and chicken feathers is mixed 1: 1 and the pH of the resulting mixed hydrolyzate is adjusted to 6.0 ± 0.2 with 20% NaOH solution. The 100 ml mixed hydrolyzate was inoculated with 10 ml of Saccharomyces cerevisiae yeast inoculum and incubated in a thermostat at 30 ° C for 48 h. fermentation and glucose as a residual substrate. The determination is carried out by HPLC (HPLC analysis conditions: H + column tempered to 60 ° C, mobile phase 5mM H 2 SO 4 at a flow rate of 0.5 ml / min, refractometric detector). The ethanol concentration after fermentation is 13 g / l, the residual glucose concentration is 0 g / l.
Příklad 4 Oddělená hydrolýza slámy a kuřecího peří a využití směsného hydrolyzátu k produkci butanoluExample 4 Separate hydrolysis of straw and chicken feathers and use of the mixed hydrolyzate to produce butanol
Hydrolýza pšeničné slámy: Množství 10 g pšeničné slámy o sušině 94 % hmotn. se námele na střižném mlýnku (GRINDOMIX GM 200, Retsch, USA) (podmínky mletí: 10 000 ot/s, 20 s) na částice, které propadnou sítem o velikosti ok l mm. K uvedenému množství slámy se přidá 1,8 g NaOH a 0,6 g Ca(OH)2 a 100 ml vody v Erlenmeyerově baňce o objemu 250 ml. Baňka se uzavře vatovou zátkou a ta se překryje alobalem. Následně probíhá alkalická hydrolýza na rotační třepačce (otáčky 150 rpm) při teplotě 80 °C po dobu 39 min. Po hydrolýze se kapalný podíl oddělí filtrací, k pevnému podílu se přidá 100 ml vody, upraví se pH na hodnotu 5,0 ± 0,2 pomocí 10% roztoku H3PO4 a přidá se 2 ml celulolytického enzymu Cellic CTec2 (Novozymes A/S, Dánsko). Enzymová hydrolýza celulózy probíhá 24 h, při teplotě 50 °C, na rotační třepačce (otáčky 150 rpm).Hydrolysis of wheat straw: An amount of 10 g of wheat straw with a dry matter content of 94% by weight. Grind mill (GRINDOMIX GM 200, Retsch, USA) (grinding conditions: 10,000 rpm, 20 s) to particles that pass through a 1 mm sieve. To the indicated amount of straw were added 1.8 g NaOH and 0.6 g Ca (OH) 2 and 100 ml water in a 250 ml Erlenmeyer flask. The flask is closed with a cotton plug and covered with aluminum foil. Subsequently, the alkaline hydrolysis proceeds on a rotary shaker (150 rpm) at 80 ° C for 39 min. After hydrolysis, the liquid was collected by filtration, 100 ml of water was added to the solid, the pH was adjusted to 5.0 ± 0.2 with 10% H3PO4 solution, and 2 ml of Cellic CTec2 (Novozymes A / S, Denmark) was added. ). Enzymatic hydrolysis of the cellulose is carried out for 24 hours at 50 ° C on a rotary shaker (150 rpm).
Hydrolýza kuřecího peří: Množství 1,25 g vysušeného a odmaštěného peří se námele na střižném mlýnku (GRINDOMIX GM 200, Retsch, USA) (podmínky mletí: 10 000 ot/s, 20 s). Namleté peří se přelije se 100 ml 0,6% roztoku hydroxidu draselného v Erlenmeyerově baňce o objemuHydrolysis of chicken feathers: A quantity of 1.25 g of dried and degreased feathers is ground on a shearing mill (GRINDOMIX GM 200, Retsch, USA) (grinding conditions: 10,000 rpm, 20 s). Pour the ground feathers into 100 ml of a 0,6% potassium hydroxide solution in an Erlenmeyer flask of:
250 ml. Baňka se uzavře vatovou zátkou a ta se překryje alobalem. Následně probíhá alkalická hydrolýza na rotační třepačce (otáčky 150 rpm) při teplotě 70 °C po dobu 24 h.250 ml. The flask is closed with a cotton plug and covered with aluminum foil. Subsequently, alkaline hydrolysis is carried out on a rotary shaker (150 rpm) at 70 ° C for 24 h.
Příprava inokula: Bakterie Clostridiumpasteurianum se skladuje v podobě tzv. sporových konzerv v Ependorfových mikrozkumavkách, v lednici, při teplotě 4 °C. Jedna sporová konzerva o objemu 1 ml se použije na přípravu inokula tím způsobem, že se po tepelném šoku (80 °C, 30s) přelije v očkovacím boxu do 100 ml sterilního TYA média (složení média v g/1: kvasničný extrakt 2, trypton 6, glukóza 20, KH2PO4 0,5, octan amonný 3; MgSO4.7H2O 0,3; FeSO4.7H2O 0,01) v Erlenmeyerově baňce o objemu 250 ml. Inokulum se kultivuje v anaerobní komoře při teplotě 37 °C po dobu 24 h.Preparation of the inoculum: Clostridiumpasteurianum is stored in so-called spore cans in Ependorf microtubes, refrigerated, at 4 ° C. One can of 1 ml cans is used to prepare the inoculum by pouring into a 100 ml sterile TYA medium (composition in g / l: yeast extract 2, trypton 6) after heat shock (80 ° C, 30s) in a seed box. , glucose 20, KH 2 PO 4 0.5, ammonium acetate 3; MgSO 4 .7H 2 O 0.3; FeSO 4 .7H 2 O 0.01) in a 250 ml Erlenmeyer flask. The inoculum is cultured in an anaerobic chamber at 37 ° C for 24 h.
Fermentace: Hydrolyzát slámy a kuřecího peří se smíchají v poměru 1:1a hodnota pH vzniklého směsného hydrolyzátu se upraví na 6,0 ± 0,2 pomocí 20% roztoku NaOH. Směsný hydrolyzát o objemu 100 ml se zaočkuje 10 ml inokula bakterie Clostridium pasteurianum a inkubuje se v anaerobní komoře při teplotě 37 °C, po dobu 48 h. Po skončení kultivace se odebere vzorek, ve kterém se po odstředění a filtraci, stanoví koncentrace butanolu a acetonu jako produktů fermentace a glukózy jako zbytkového substrátu. Stanovení se provádí pomocí HPLC (podmínky HPLC analýzy: H+ kolona temperovaná na 60 °C, mobilní fáze 5mM H2SO4 o průtoku 0,5 ml/min, refraktometrický detektor). Koncentrace butanolu, acetonu a etanolu po fermentaci jsou po řadě 6,7; 3,8 a 1,3 g/1, koncentrace zbytkové glukózy 0 g/1.Fermentation: The hydrolyzate of straw and chicken feathers is mixed 1: 1 and the pH of the resulting mixed hydrolyzate is adjusted to 6.0 ± 0.2 with 20% NaOH solution. The 100 ml mixed hydrolyzate is inoculated with 10 ml of Clostridium pasteurianum inoculum and incubated in an anaerobic chamber at 37 ° C for 48 h. acetone as fermentation products and glucose as residual substrate. Determination is by HPLC (HPLC analysis conditions: H + column tempered to 60 ° C, mobile phase 5mM H 2 SO 4 at a flow rate of 0.5 ml / min, refractometric detector). The concentrations of butanol, acetone, and ethanol after fermentation are 6.7; 3.8 and 1.3 g / l, residual glucose concentration 0 g / l.
PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-102A CZ306795B6 (en) | 2015-02-16 | 2015-02-16 | The complete culture medium for the microbial production of ethanol or butanol, the methods of its production and the methods of production of ethanol and butanol |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-102A CZ306795B6 (en) | 2015-02-16 | 2015-02-16 | The complete culture medium for the microbial production of ethanol or butanol, the methods of its production and the methods of production of ethanol and butanol |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2015102A3 CZ2015102A3 (en) | 2016-08-24 |
| CZ306795B6 true CZ306795B6 (en) | 2017-07-12 |
Family
ID=56885654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2015-102A CZ306795B6 (en) | 2015-02-16 | 2015-02-16 | The complete culture medium for the microbial production of ethanol or butanol, the methods of its production and the methods of production of ethanol and butanol |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ306795B6 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108893433A (en) * | 2018-07-20 | 2018-11-27 | 湖北武当动物药业有限责任公司 | A kind of crop material waste leavening and its preparation method and application |
| WO2024055078A1 (en) * | 2022-09-16 | 2024-03-21 | Veratin Ltd | Alcoholic and non-alcoholic fermented products and method of preparation |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU492539A1 (en) * | 1974-05-17 | 1975-11-25 | Всесоюзное Научно-Производственное И Проектно-Конструкторское Объединение В/О "Микробиопром" | The method of obtaining a nutrient substrate for growing fodder yeast |
| WO2011071386A1 (en) * | 2009-12-11 | 2011-06-16 | Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno | Novel method for processing lignocellulose containing material |
| WO2011149956A2 (en) * | 2010-05-24 | 2011-12-01 | Qteros, Inc. | Methods for producing chemical products from fermentation byproducts |
-
2015
- 2015-02-16 CZ CZ2015-102A patent/CZ306795B6/en unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU492539A1 (en) * | 1974-05-17 | 1975-11-25 | Всесоюзное Научно-Производственное И Проектно-Конструкторское Объединение В/О "Микробиопром" | The method of obtaining a nutrient substrate for growing fodder yeast |
| WO2011071386A1 (en) * | 2009-12-11 | 2011-06-16 | Nederlandse Organisatie Voor Toegepast-Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno | Novel method for processing lignocellulose containing material |
| WO2011149956A2 (en) * | 2010-05-24 | 2011-12-01 | Qteros, Inc. | Methods for producing chemical products from fermentation byproducts |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| L. Paulova et. al: Cellulose derived materials as potential feedstocks for microbial production of biofuels 2010 Journal of Biotechnology 150, 142 * |
| Maeda Hidekatsu; et al: Alkaline solubilization of chicken feather and wool under room-temperature and normal atmospheric pressure conditions and the amino acid composition of the products 1997 Animal Science and Technology 68, 587 - 595 * |
| Pascale Champagne et al.: Feasibility of producing bio-ethanol from waste residues: A Canadian perspective: Feasibility of producing bio-ethanol from waste residues in Canada 2007 Resources, Conservation and Recycling 50, 211-230 * |
| PAULOVÁ L. et al: Vyuzití odpadních materiálu na bázi lignocelulózy jako suroviny pro výrobu bioetanolu, 2013 https://web.archive.org/web/20130526112328/http://biom.cz/cz/odborne-clanky/vyuziti-odpadnich-materialu-na-bazi-lignocelulozy-jako-suroviny-pro-vyrobu-bioetanolu * |
| VELIKÝ, A. KOSSACZKÁ: PRÍSPEVOK K SPÔSOBU HYDROLYTICKÉHO STIEPENIA BIELKOVINY PERIA 1958 CHEMICKÉ ZVESTI XII, 7 - Bratislava, 445 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108893433A (en) * | 2018-07-20 | 2018-11-27 | 湖北武当动物药业有限责任公司 | A kind of crop material waste leavening and its preparation method and application |
| WO2024055078A1 (en) * | 2022-09-16 | 2024-03-21 | Veratin Ltd | Alcoholic and non-alcoholic fermented products and method of preparation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ2015102A3 (en) | 2016-08-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Vu et al. | Impact and significance of alkaline-oxidant pretreatment on the enzymatic digestibility of Sphenoclea zeylanica for bioethanol production | |
| Mondal et al. | Utilization of fruit wastes in producing single cell protein | |
| Srimachai et al. | Optimization and kinetic modeling of ethanol production from oil palm frond juice in batch fermentation | |
| Akinyele et al. | Bioconversion of selected agricultural wastes and associated enzymes by Volvariella volvacea: An edible mushroom | |
| Germec et al. | Medium optimization and kinetic modeling for the production of Aspergillus niger inulinase | |
| CN102260645A (en) | Integrated bio-product production facility and methods related thereto | |
| CN105980336A (en) | Soil conditioner compositions containing lignocellulosic biomass fermentation process syrup | |
| Naraian et al. | Differential response of oyster shell powder on enzyme profile and nutritional value of oyster mushroom Pleurotus florida PF05 | |
| Fileto-Pérez et al. | Evaluation of Eichhornia crassipes as an Alternative Raw Material for Reducing Sugars Production. | |
| Chu et al. | Starch extracted from pineapple (Ananas comosus) plant stem as a source for amino acids production | |
| EP3268334A1 (en) | Co-products of lignocellulosic biomass process for landscape application | |
| Atitallah et al. | Efficient bioethanol production from date palm (Phoenix dactylifera L.) sap by a newly isolated Saccharomyces cerevisiae X19G2 | |
| CZ306795B6 (en) | The complete culture medium for the microbial production of ethanol or butanol, the methods of its production and the methods of production of ethanol and butanol | |
| Sawicka et al. | Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) as energy raw material | |
| Abdel-Azeem et al. | Bioconversion of lignocellulosic residues into single-cell protein (SCP) by Chaetomium | |
| Edor et al. | Cellulase activity of Aspergillus niger in the biodegradation of rice husk | |
| Serna-Cock et al. | Use of earthworm (Eisenia foetida) flour and hydrolyzed chicken feathers as sources of nitrogen and minerals for ethanol production | |
| Boonwong et al. | Agricultural wastes potential (pineapple crown, durian peel and sugarcane leaves) on reducing sugar production by using sulfuric acid pretreatment following enzymatic hydrolysis | |
| Wongskeo et al. | Production of glucose from the hydrolysis of cassava residue using bacteria isolates from Thai higher termites | |
| Jamal et al. | Bioprocessing of seaweed into protein enriched feedstock: process optimization and validation in reactor. | |
| Osama et al. | Bioconversion of some agricultural wastes into animal feed by Trichoderma spp | |
| Sabirov et al. | Enrichment of the grains from rye wort after shock-activator-disintegrating processing | |
| Dutra et al. | First and second generation of ethanol production for five sweet sorghum cultivars during soft dough grain | |
| Gugel et al. | 2G-lactic acid from olive oil supply chain waste: olive leaves upcycling via Lactobacillus casei fermentation | |
| KR101402164B1 (en) | Preparation of highly qualified lactic acid from algal biomass |