RO130691A2 - Process for obtaining bioethanol from starchy plant wastes with microbial consortia - Google Patents

Process for obtaining bioethanol from starchy plant wastes with microbial consortia Download PDF

Info

Publication number
RO130691A2
RO130691A2 ROA201400370A RO201400370A RO130691A2 RO 130691 A2 RO130691 A2 RO 130691A2 RO A201400370 A ROA201400370 A RO A201400370A RO 201400370 A RO201400370 A RO 201400370A RO 130691 A2 RO130691 A2 RO 130691A2
Authority
RO
Romania
Prior art keywords
pichia
glucoamylase
amylase
starch
corn
Prior art date
Application number
ROA201400370A
Other languages
Romanian (ro)
Inventor
Beata Abraham
Mişu Moscovici
Corina Ionescu
Lanyi Ştefan Szabolcs
Cătălina Florentina Trofosila
Mihaela Claudia Marinescu
Original Assignee
Fundaţia Sapienţia - Universitatea Sapienţia
Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Chimico-Farmaceutică - Iccf Bucureşti
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fundaţia Sapienţia - Universitatea Sapienţia, Institutul Naţional De Cercetare-Dezvoltare Chimico-Farmaceutică - Iccf Bucureşti filed Critical Fundaţia Sapienţia - Universitatea Sapienţia
Priority to ROA201400370A priority Critical patent/RO130691A2/en
Publication of RO130691A2 publication Critical patent/RO130691A2/en

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Abstract

The invention relates to a process for preparing bioethanol from starchy plant wastes. According to the invention, the process consists in the hydrolysis of starch from starchy wastes up to glucose units with an enzymatic complex containing α-amylase, glucoamylase and pullulanase, biosynthetized by recombinant mutants of the species Pichia pastoris.

Description

Procedeu de obținere a bioetanolului din deșeuri vegetale am donoase cu consorții microbieneProcess for obtaining bioethanol from plant waste I have donated with microbial consortia

Prezenta invenție se referă la un procedeu biotehnologic de obținere a bioetanolului din deșeuri vegetale amidonoase în care hidroliza amidonului este realizată într-o singură fază cu un complex enzimatic produs de un consorțiu de microorganisme.The present invention relates to a biotechnological process for obtaining bioethanol from starch plant waste in which the hydrolysis of starch is carried out in a single phase with an enzymatic complex produced by a consortium of microorganisms.

Există o cerere crescândă pe plan mondial pentru suplimentarea combustibilului clasic (benzina) cu alți contributori energetici, care dacă nu vor înlocui total benzina, cel puțin o vor reduce prin suplimentare.There is a growing demand worldwide for supplementing classic fuel (gasoline) with other energy contributors, who, if they will not completely replace gasoline, will at least reduce it by additional.

în unele țări bioetanolul a devenit un aditiv în unele produse pe baza de benzină (1). Deasemenea, utilizarea bioetanolului reduce emisiile de dioxid de carbon cu efect de seră.In some countries bioethanol has become an additive in some gasoline products (1). Also, the use of bioethanol reduces greenhouse carbon dioxide emissions.

Deșeurile vegetale amidonoase, între care cojile de cartof ce se pot acumula în cantități uriașe, pot constitui o bază de materie primă importantă în producerea de bioetanol. Etanolul obținut din tratarea deșeurilor de cartof are o structură cu ramificații și sunt necesare mai multe enzime pentru desfacerea lui în unități de glucoză. Acestea sunt: α-amilază . glucoamilază, pullulanază. Altă sursă de deșeuri amidonoase accesibile o constituie deșeurile de la procesarea porumbului și vorbim aici de mălai grosier, uruială, spărturi de boabe de porumb. Amidonul obținut din procesarea deșeurilor de porumb are o structură liniară, fiind necesare doar a amilază și glucoamilază pentru hidroliza la unități de glucoză. Se adaugă drojdia alcooligenă, iar procesul coninuă în condiții anaerobe pană la consumul total al sursei de carbon (sub 1% zahăr reducător) (2).Starchy vegetable waste, including potato shells that can accumulate in huge quantities, can be an important raw material base in bioethanol production. The ethanol obtained from the treatment of potato waste has a branched structure and several enzymes are needed for its release into glucose units. These are: α-amylase. glucoamylase, pullulanase. Another source of accessible starch waste is the maize processing waste and we are talking about coarse grains, grits, corn kernels. The starch obtained from the processing of maize waste has a linear structure, with only amylase and glucoamylase required for hydrolysis at glucose units. Alcoholic yeast is added and the process continues under anaerobic conditions until the total carbon source consumption (below 1% reducing sugar) (2).

Cererea crescândă de etanol are în vedere și alte scopuri industriale ca industria solvenților, agenți de curățare și conservare, suplimentând astfel sinteza chimică a substraturilor petrochimice.The increasing demand for ethanol is also considering other industrial purposes such as the solvent industry, cleaning and preserving agents, thus supplementing the chemical synthesis of petrochemical substrates.

Astfel, scăderea resurselor de petrol duce la necesitatea găsirii unor alte resurse de energie regenerabile prin utilizarea produselor reziduale din agricultură, industria alimentară, sau biodiesel.(3).Thus, the depletion of oil resources leads to the need to find other renewable energy resources through the use of waste products from agriculture, the food industry, or biodiesel.

Se comunică (4) procesarea cartofilor și a subproduselor acestora prin lichefiere și zaharificare folosind trei produse comerciale enzimatice, procese urmate de fermentarea cu drojdie alcooligenă.(4) The processing of potatoes and their by-products by liquefaction and sugaring using three commercial enzymatic products is communicated, processes followed by fermentation with alcoholic yeast.

Prezenta invenție valorifică cunoașterea amănunțită a caracteristicilor microorganismului Pichia pastoris (Guilliermond) Phaff (1956) care fermentează glucoza și asimilează etanol și glicerol (5), fiind în special puternic metilotrofă.The present invention enhances the thorough knowledge of the characteristics of the microorganism Pichia pastoris (Guilliermond) Phaff (1956) that ferment glucose and assimilate ethanol and glycerol (5), being especially strong methylotroph.

Cț 2 O 1 4 - - 0 0 3 7 0 1 6 -05- 2014Cț 2 O 1 4 - - 0 0 3 7 0 1 6 -05- 2014

Acest microorganism a devenit de un considerabil interes pentru biotehnologie datorită capacității sistemului său genetic de a produce o gamă largă de proteine cu importanță medicală și industrială. Deasemenea, Pichia pastoris poate fi în mod stabil o gazdă pentru gene heterologe.This microorganism has become of considerable interest for biotechnology due to the ability of its genetic system to produce a wide range of proteins of medical and industrial importance. Also, Pichia pastoris can be a stable host for heterologous genes.

Procedeul conform invenției folosește trei tulpini de Pichia pastoris , mutanți recombinanți obținuți de către Catedra de Științe Tehnice și Științe ale Naturii - Universitatea Sapientia Miercurea Ciuc. Acestea sunt purtătoare de gene heterologe astfel:The process according to the invention uses three strains of Pichia pastoris, recombinant mutants obtained by the Department of Technical Sciences and Natural Sciences - Sapientia Miercurea Ciuc University. These are carriers of heterologous genes as follows:

pentru α-amilază YPD + zeacin cu indicativul pPICZ a-amyl; pentru glucoamilază YPD + zeacin cu indicativul pPICZA a-glu; pentru pullulanază Pichia pastoris III cu indicativul pPICZ a+ GA;for α-amylase YPD + zeacin with pPICZ α-amyl; for glucoamylase YPD + zeacin with pPICZA a-glu; for pullulanase Pichia pastoris III with the indicative pPICZ a + GA;

Aceste tulpini de Pichia pastoris vor realiza biosinteza de α-amilază, glucoamilază și pullulanază răspunzătoare de etapele de dextrinizare și zahariftcare din procesul producerii de etanol din deșeuri amidonoase.These Pichia pastoris strains will perform α-amylase, glucoamylase and pullulanase biosynthesis responsible for the dextrinization and saccharification stages in the process of producing ethanol from starch wastes.

Procedeul conform invenției utilizează un consorțiu de trei microorganisme recombinante ale speciei Pichia pastoris ce produc un complex de enzime (a-amilază, glucoamilază. pullulanază) prin cultivare pe un mediu de inocul conținând: glicerină, extract de porumb, KH2PO4, yeast extract, MgSO4 și un mediu de biosinteză conținând: cartofi, mălai+uruială, KH2PO4, NaCl, acid citric, MgSO4, oligoelemente, MeOH. Complexul enzimatic obținut este adăugat mediului de fermentație, realizând hidroliza amidonului, după care are loc fermentația anaerobă producătoare de etanol cu un consorțiu de trei microorganisme din genul Saccharomyces.The process according to the invention utilizes a consortium of three recombinant microorganisms of the species Pichia pastoris that produce an enzyme complex (a-amylase, glucoamylase. Pullulanase) by cultivation on an inoculum medium containing: glycerin, corn extract, KH 2 PO 4 , yeast extract, MgSO 4 and a biosynthesis medium containing: potatoes, corn + flour, KH 2 PO 4 , NaCl, citric acid, MgSO 4 , trace elements, MeOH. The enzymatic complex obtained is added to the fermentation medium, carrying out the hydrolysis of the starch, followed by the anaerobic fermentation of ethanol producing with a consortium of three microorganisms of the genus Saccharomyces.

Ca microorganisme alcooligene se utilizează 3 tulpini de Saccharomyces cerevisiae : ICCF 310. ICCF 312, ICCF 386, provenite din colecția de microorganisme de interes industrial a ICCF.3 strains of Saccharomyces cerevisiae are used as alcoholic microorganisms: ICCF 310. ICCF 312, ICCF 386, from the collection of microorganisms of industrial interest of ICCF.

Procedeul conform invenției aduce ca noutate în procesul de valorificare a deșeurilor amidonoase următoarele avantaje:The process according to the invention brings as novelty in the process of recovery of starch waste the following advantages:

nu se folosesc enzime comerciale, ci un complex de enzime produs într-un singur bioproces;commercial enzymes are not used, but an enzyme complex produced in a single bioprocess;

întregul proces tehnologic se bazează pe consorții microbiene, atât în etapa de obținere a enzimelor necesare accesibilizarii substratului de bioconversie, precum și în etapa principală de sinteza a etanolului;the entire technological process is based on microbial consortia, both in the process of obtaining the enzymes necessary to access the bioconversion substrate, as well as in the main stage of ethanol synthesis;

în detaliu, procedeul conform invenției conține următoarele etape:In detail, the process according to the invention comprises the following steps:

. ... ..

^-2014-- 0 0 3 7 0 1 6 -05- 2014^ -2014-- 0 0 3 7 0 1 6 -05- 2014

Pichia pastoris I (pentru α-amilază), Pichia pastoris II (pentru glucoamilază) și Pichia pastoris III (pentru pullulanază) sunt întreținute în condiții de laborator (+4 °C) pe un mediu nutritiv agarizat ce conține %(g/v): yeast extract 1 ; bactopeptonă 2; glucoză 2; agar-agar 2; pH 6,5. Aceste culturi reprezintă cultura stoc dar și preinoculul pentru inițierea unui proces fermentativ sau orice altă acțiune de selecție sau conservare.Pichia pastoris I (for α-amylase), Pichia pastoris II (for glucoamylase) and Pichia pastoris III (for pullulanase) are maintained under laboratory conditions (+4 ° C) on an agarized nutrient medium containing% (w / v) : yeast extract 1; bactopeptone 2; glucose 2; agar-agar 2; pH 6.5. These cultures represent the stock culture but also the pre-inoculum for the initiation of a fermentation process or any other selection or conservation action.

Faza de inocul este faza de cultură lichidă în care microorganismele se înmulțesc rapid și pot fi preluate pentru faza următoare de bioproces. Mediul de inocul lichid a fost conceput pe baza caracterelor de specie descrise mai sus și anume: o sursă rapid asimilabilă de carbon o constituie glicerolul. Astfel, acest mediu conține %(g/v): glicerol 2; extract de porumb 1,5; ΚΉ2ΡΟ4 1,5; yeast extract 0,5; MgSO4 7 H2O 0,05, pH 6,3-6,5, 100 ml mediu/flacon Erlenmayer de 750 ml. Incubare 20 h la 28 °C cu agitare rotativă coninuă.The inoculation phase is the liquid culture phase in which the micro-organisms multiply rapidly and can be taken up for the next bioprocess phase. The liquid inoculum medium was designed based on the species characteristics described above, namely: a rapidly assimilable source of carbon is glycerol. Thus, this medium contains% (w / v): glycerol 2; corn extract 1.5; ΚΉ2ΡΟ4 1.5; yeast extract 0.5; MgSO 4 7 H 2 O 0.05, pH 6.3-6.5, 100 ml medium / 750 ml Erlenmayer flask. Incubation 20 h at 28 ° C with rotary shaking.

Din această cultură se inoculează mediul de bioproces 7% (v/v) în faza următoare pentru sinteza de enzime. Mediul de bioproces a fost conceput să fie asimilabil și să inducă biosinteza de enzime (α-amilază, glucoamilază și pullulanază) prin acțiunea genelor heterologe pe care le poarta acești mutanți recombinanți. Acest mediu conține %(g/v): cartof 7; mălai 1 + spărtură de porumb 1; extract de porumb 5.5; acid citric 0,1; NaCl 0,5; MgSO4 7 H2O 0,05; CaCfl 0,02 + săruri minerale: FeSO4 7 H2O 0,001 ; ZnSO4 7 H2O 0,001 ; CuSO4 7 H2O 0,0005 ; metanol 0,4 la 0 h și la 24 ore.From this culture the 7% (v / v) bioprocess medium is inoculated in the next step for enzyme synthesis. The bioprocess medium was designed to be assimilable and induce enzyme biosynthesis (α-amylase, glucoamylase and pullulanase) by the action of heterologous genes carried by these recombinant mutants. This medium contains% (w / v): potato 7; corn 1 + corn break 1; corn extract 5.5; citric acid 0.1; NaCl 0.5; MgSO 4 7 H2O 0.05; CaCfl 0.02 + mineral salts: FeSO 4 7 H 2 O 0.001; ZnSO 4 7 H 2 O 0.001; CuSO 4 7 H 2 O 0.0005; methanol 0.4 at 0 h and 24 hours.

Inoculele lichide reunite de Pichia I, II și III în fază optimă de dezvoltare (agitare rotativă 20 h la 28°C) este trecut în mediul de bioproces descris mai sus și se stabilesc parametri de agitare, aerație, astfel încât nivelul oxigenului dizolvat în mediu să nu scadă sub 20 %. Procesul durează 72 ore iar mediul final de fermentație conține complexul enzimatic nou biosintetizat α-amilază și glucoamilază și pullulanază.The liquid inoculaes collected by Pichia I, II and III in optimal development phase (rotating shaking 20 h at 28 ° C) are passed in the bioprocess environment described above and parameters of agitation, aeration are established, so that the oxygen level dissolved in the environment not to fall below 20%. The process takes 72 hours and the final fermentation medium contains the newly biosynthesized enzyme complex α-amylase and glucoamylase and pullulanase.

Mediul final de biosinteză conține o concentrație de α-amilază. glucoamilază respectiv pullulanază exprimată în unități/ml (U/ml) de activitate enzimatică (AE) proteină (P) exprimată în mg/ml și activitate specifică (AS) în U/mg proteină.The final biosynthesis medium contains an α-amylase concentration. glucoamylase, respectively, pullulanase expressed in units / ml (U / ml) of enzyme activity (AE) protein (P) expressed in mg / ml and specific activity (AS) in U / mg protein.

Determinarea activității enzimatice se realizează folosind ca substrat amidonul.The determination of enzymatic activity is performed using starch substrate.

Mediul final este prelucrat prin filtrare pe celită și concentrare prin ultrafiltrare pe membrane cu limita de separare 10 kDa si 5 kDa. Volumul concentrat este păstrat prin congelare.The final medium is processed by filtration on celite and concentration by ultrafiltration on membranes with separation limit 10 kDa and 5 kDa. The concentrated volume is stored by freezing.

/V 2 Ο 14 - - 0 0 3 7 0 1 fi -05- 2014/ V 2 Ο 14 - - 0 0 3 7 0 1 on -05- 2014

Faza alcooligenă urmează etapele următoare: deșeurile amidonoase sunt prelucrate mecanic (mărunțite) și fierte aproximativ 10 minute. Se adaugă cantitatea necesară de complex enzimatic astfel:The alcohol phase follows the following steps: starch wastes are mechanically processed (minced) and boiled for about 10 minutes. The required amount of enzyme complex is added as follows:

- pentru deșeurile de cartofi se utilizează un complex enzimatic alcătuit din aamilază, glucoamilază, pullulanază;- for potato waste, an enzymatic complex consisting of aamylase, glucoamylase, pullulanase is used;

- pentru deșeurile din prelucrarea porumbului (uruială + spărtură de boabe) se utilizează un complex enzimatic ce cuprinde α-amilază și glucoamilază.- an enzyme complex comprising α-amylase and glucoamylase is used for waste from maize processing (milling + grain breaking).

Parametrii de lucru sunt astfel:The working parameters are as follows:

0-4 ore agitare continuă la 30°C, pH 6;0-4 hours continuous stirring at 30 ° C, pH 6;

4-8 ore agitare continuă la 40°C, pH 5;4-8 hours continuous stirring at 40 ° C, pH 5;

8-24 ore agitare continuă la 50°C, pH 5.8-24 hours continuous stirring at 50 ° C, pH 5.

Se adaugă săruri minerale %(g/v):Mineral salts% (w / v) are added:

sulfat de amoniu 0,07;ammonium sulphate 0.07;

sulfat monopotasic 0,07;monopotassium sulphate 0.07;

sulfat de magneziu 0,035.magnesium sulfate 0.035.

Se corectează pH-ul la 4,5 - 5; sterilizare 30 minute la 110 0 C;The pH is adjusted to 4.5 - 5; 30 minutes sterilization at 110 ° C;

Se realizează incubarea cu un consorțiu de Saccharomyces cerevisiae și Saccharomyces carlsbergensis obținut pe un mediu lichid de inocul ce conține %(g/v): glucoză 4 și peptonă 1, pH 6,7. Dezvoltarea se face cu incubare la 30°C, cu agitare coninuă 18-20 ore. De menționat că se cultivă separat fiecare tulpină de Saccharomices, iar inocularea în faza următoare se face cu un inocul reunit în procent total de 7 %(v/v). Utilizarea celor trei tulpini de Saccharomyces are rolul de potențare microbiană a consumului de zahăr reducător.Incubation is carried out with a consortium of Saccharomyces cerevisiae and Saccharomyces carlsbergensis obtained on a liquid inoculum medium containing% (w / v): glucose 4 and pepton 1, pH 6.7. Development is done by incubation at 30 ° C, with continuous stirring for 18-20 hours. It is worth mentioning that each strain of Saccharomices is cultivated separately, and inoculation in the next phase is done with a total inoculum of 7% (v / v). The use of the three strains of Saccharomyces has the role of microbial potentiation of reducing sugar consumption.

Procesul fermentativ este total anaerob având următorii parametrii:The fermentative process is totally anaerobic, having the following parameters:

- 0-2 ore agitare continuă pentru stimularea populației de drojdii la trecerea de la inocul la procesul de biosinteză;- 0-2 hours continuous stirring for the stimulation of the yeast population at the passage from the inoculum to the biosynthesis process;

- 2-30 ore agitare intermitentă, câte 5 minute la 4 ore.- 2-30 hours intermittent shaking, 5 minutes every 4 hours.

Temperaturile de lucru sunt: 28°C pentru deșeuri amidonoase rezultate din prelucrarea porumbului și 30°C pentru deșeuri amidonoase din cartofi.Working temperatures are: 28 ° C for starch wastes from corn processing and 30 ° C for potato starch wastes.

Se dozează periodic consumul de zahăr reducător (comparativ cu valoarea inițială) și dozarea de etanol produs pe seama biotransformării zahărului reducător rezultat din procesarea deșeurilor de cartof.The consumption of reducing sugar (compared to the initial value) and the methanol dosage produced on the basis of biotransformation of reducing sugar resulting from processing of potato waste are periodically dosed.

Se dau următoarele exemple:The following examples are given:

ί\· 2 Ο 1 4 - - 003701 6 -05- 20«ί \ · 2 Ο 1 4 - - 003701 6 -05- 20 «

Exemplul 1Example 1

Procedeul conform invenției cultivă Pichia I și Pichia II mutanți recombinanți pe un mediu de întreținere nutritivă agarizat ce conține %(g/v): yeast extract 1; peptonă 2; glucoză 2; agar-agar 2; pH 6,5, sterlizare la 110 0 C, 30 minute. Incubare statică la 30°C, timp de 48 ore. Are loc dezvoltarea în plajă.The process according to the invention cultivates Pichia I and Pichia II recombinant mutants on an agarized nutrient maintenance medium containing% (w / v): yeast extract 1; pepton 2; glucose 2; agar-agar 2; pH 6.5, sterilized at 110 ° C, 30 minutes. Static incubation at 30 ° C for 48 hours. Development takes place on the beach.

Se incubează mediile lichide nutritive cu suspensii din culturile de mai sus în raport de 10 %. Mediul de inocul lichid conține %(g/v): glicerină 2; extract de porumb 1,5; K.H2PO41,5; yeast extract 0,5; MgSO4 7 H2O 0,05. Incubare 18-20 h cu agitare coninuă la 2830 0 C.The nutrient liquid media are incubated with suspensions from the above cultures at a ratio of 10%. The liquid inoculum medium contains% (w / v): glycerin 2; corn extract 1.5; K.H2PO41,5; yeast extract 0.5; MgSO 4 7 H 2 O 0.05. Incubation 18-20 h with continuous stirring at 2830 0 C.

Se dezvoltă o cultură lichidă de Pichia I și respectiv Pichia II cu următoarele determinări finale: glicerină 0,3 mg/100 ml; biomasă ca densitate optică (DO) la 570 nm (1:50)27; pH 5,87.A liquid culture of Pichia I and Pichia II respectively is developed with the following final determinations: glycerol 0.3 mg / 100 ml; biomass as optical density (DO) at 570 nm (1:50) 27; pH 5.87.

Aceaste culturi lichide Pichia I și Pichia II se inoculează în raport de 7 %(v/v) în mediul specific pentru biosinteza de a amilază și glucoamilază (% g/v):These Pichia I and Pichia II liquid cultures are inoculated in a ratio of 7% (v / v) in the specific environment for amylase and glucoamylase (% g / v) biosynthesis:

Cartof procesat prin maruntire și fierbere 7,5Potato processed by grinding and boiling 7.5

Faină de mălai 2,5Corn flour 2.5

Extract de porumb 6Corn extract 6

Acid citric 0,1Citric acid 0.1

NaCl 0,5NaCl 0.5

CaCl2 0,02CaCl 2 0.02

Oligolemente :Oligolously:

FeSO4 7H20-0,001FeSO 4 7H 2 0-0.001

ZnSO.i 7 H2O - 0,001ZnSO.i 7 H 2 O - 0.001

CuSO4 7 H2O - 0,005CuSO 4 7 H 2 O - 0.005

Metanol 1,2 %(v/v) (se adaugă inițial, 24, 48 ore câte 0,4 %(v/v) deoarece este consumat în totalitate în perioada respectivă).Methanol 1.2% (v / v) (0.4% (v / v) is added initially, 24, 48 hours, as it is consumed in its entirety during that period).

Parametrii de lucru sunt: 100 ml mediu/flacon de 750 ml; agitare permanentă 250 rpm; temperatură 28-30°C; durata 72 ore.The working parameters are: 100 ml medium / 750 ml bottle; permanent stirring 250 rpm; temperature 28-30 ° C; duration 72 hours.

Mediul final de biosinteză a ot-amilazei și glucoamilazei are următoarele caracteristici:The final biosynthesis medium of ot-amylase and glucoamylase has the following characteristics:

- AE a-amilază 2,09 U/ml -AE glucoamilază 0,71 U/ml- AE α-amylase 2.09 U / ml -AE glucoamylase 0.71 U / ml

- pH 6,98- pH 6.98

- DO 24,3- DO 24.3

Λ~ 2 Ο 1 4 - - 003701 5 -05- 2014Λ ~ 2 Ο 1 4 - - 003701 5 -05- 2014

Complexul enzimatic obținut în urma biosintezei este izolat și concentrat prin filtrare și ultrafiltrare. Mediile de biosinteză din 50 de flacoane sunt reunite rezultând un volum de 5 1 ce este filtrat pe un strat adjuvant de celită, filtratul obținut (4,4 1) fiind concentrat prin ultrafiltrare pe un modul Millipore (cu membrană de celuloză PLCGC- Pellicon având limita de excludere de 10 kDa și o suprafață de filtrare de 0.5 m2)The enzyme complex obtained from biosynthesis is isolated and concentrated by filtration and ultrafiltration. The biosynthesis media from 50 vials are combined, resulting in a volume of 5 1 which is filtered on an adjuvant layer of celite, the obtained filtrate (4.4 1) being concentrated by ultrafiltration on a Millipore module (with PLCGC-Pellicon cellulose membrane having the exclusion limit of 10 kDa and a filter surface of 0.5 m 2 )

Se obțin două faze: concentrat I (0,5 1) și filtrat (3,9 1). Activitățile enzimatice în concentrat I. sunt: a-amilază 3,8 U/ml, glucoamilază 1,6 U/ml. Deoarece o parte din enzimă a trecut și în filtrat, acesta se concentrează prin ultrafiltrare pe membrană PESU (polyethersulfone), avand limita de excludere de 5 kDa și o suprafață de filtrare de 0.5 m2 (Biomax Membrane). Se obține un concentrat enzimatic II (0,4 1) cu următoarele activităților enzimatice: a-amilază 3,9 U/ml și glucoamilază 1,8 U/ml. Cele două concentrate I și II se reunesc (complex enzimatic I) și se utilizează în etapa următoare de hidroliză a deșeurilor amidonoase din porumb (uruială și spărtură de boabe) pentru obținerea de bioetanol.Two phases are obtained: concentrated I (0,5 1) and filtrate (3,9 1). The enzymatic activities in I. concentrate are: a-amylase 3.8 U / ml, glucoamylase 1.6 U / ml. As part of the enzyme has also passed into the filtrate, it is concentrated by ultrafiltration on the PESU (polyethersulfone) membrane, with the exclusion limit of 5 kDa and a filtration surface of 0.5 m 2 (Biomax Membranes). An enzyme concentrate II (0.4 1) is obtained with the following enzymatic activities: a-amylase 3.9 U / ml and glucoamylase 1.8 U / ml. The two concentrates I and II are combined (enzymatic complex I) and are used in the next step of hydrolysis of corn starch waste (dough and grain breakage) to obtain bioethanol.

Exemplul 2Example 2

Se procedează conform exemplului 1, cultivând cele trei microorganisme producătoare de enzime: Pichia I (mutant pentru producerea de α-amilază). Pichia II (mutant pentru producerea de glucoamilază) și Pichia III (mutant pentru producerea de pullulanază)Proceed according to example 1, cultivating the three enzyme-producing microorganisms: Pichia I (mutant for the production of α-amylase). Pichia II (mutant for the production of glucoamylase) and Pichia III (mutant for the production of pullulanase)

Mediul final de biosinteză are următoarele caracterstici:The final biosynthesis environment has the following characteristics:

AE a-amilază 2.19 U/mlAE α-amylase 2.19 U / ml

AE glucoamilază 0,81 U/mlAE glucoamylase 0.81 U / ml

AE pullulanază 0.35 U/mlAE pullulanase 0.35 U / ml

Complexul enzimatic obținut în urma biosintezei (6 1) este izolat și concentrat prin filtrare și ultrafiltrare conform exemplului 1. în urma concentrării activitățile enzimatice finale sunt: pentru concentrat I (0.94 1): a-amilază 3.7 U/ml, glucoamilază 1.7 U/ml. pullulanază 2.7 U/ml. iar pentru concentrat II (0.36 1) sunt a-amilază 3.9 U/ml, glucoamilază 1.9 U/ml. pullulanază 2.91. Cele două concentrate I si II se reunesc (complex enzimatic II) și se utilizează în etapa următoare de hidroliză a deșeurilor amidonoase din cartofi (coji de cartofi) pentru obținerea de bioetanol.The enzymatic complex obtained from biosynthesis (6 1) is isolated and concentrated by filtration and ultrafiltration according to example 1. Following the concentration the final enzymatic activities are: for concentrate I (0.94 1): a-amylase 3.7 U / ml, glucoamylase 1.7 U / ml. pullulanase 2.7 U / ml. and for concentrate II (0.36 1) are α-amylase 3.9 U / ml, glucoamylase 1.9 U / ml. pullulanase 2.91. The two concentrates I and II are combined (enzyme complex II) and are used in the next step of hydrolysis of potato starch waste (potato peel) to obtain bioethanol.

0(- 2014- - 00370- /(0 (- 2014- - 00370- / (

I 6 -05- 2DI4I 6 -05- 2DI4

Exemplul 3Example 3

Procedeul conform invenției utilizează deșeuuri vegetale amidonoase din mălai (spărturi de boabe și uruială).The process according to the invention uses starch vegetable waste from corn (grain and yolk splits).

Pichia I și Pichia II sunt cultivate conform exemplului 1. Fazele de lucru sunt următoarele:Pichia I and Pichia II are cultivated according to example 1. The working phases are the following:

- 25g deșeuri amidonoase din mălai (spărtură și uruială) + 35 ml apă se fierb aproximativ 3-5 minute.- 25g starch wastes from corn (crack and grind) + 35 ml of water boil about 3-5 minutes.

- Se adaugă un complex enzmatic I (65 ml) alcătuit din α-amilază și glucoamilază. Procesul de hidroliză enzimatică a amidonului are loc în primele 4 ore la 30°C, pH 6, pentru acțiunea α-amilazei iar între 4-24 ore la 50°C, pH 5, pentru a permite glucoamilazei să continue hidroliză amidonului pentru microorganismele alcooligene prin biotransformarea acestuia în zahăr reducător, ca substrat pentru microorganisme alcooligene.- An enzymatic complex I (65 ml) consisting of α-amylase and glucoamylase is added. The process of enzymatic hydrolysis of starch takes place in the first 4 hours at 30 ° C, pH 6, for the action of α-amylase and between 4-24 hours at 50 ° C, pH 5, to allow glucoamylase to continue hydrolysis of starch for alcoholic microorganisms. by its biotransformation into reducing sugar, as a substrate for alcoholic microorganisms.

Pentru realizarea fazei alcooligene alături de sursele de carbon se adaugă săruri minerale astfel (% g/v):To achieve the alcoholic phase next to the carbon sources, mineral salts are added as follows (% g / v):

sulfat de amoniu 0,07;ammonium sulphate 0.07;

sulfat monopotasic 0,07;monopotassium sulphate 0.07;

sulfat de magneziu 0,035.magnesium sulfate 0.035.

Se corectează pH-ul la 4.5-4.7, se sterilizează 30 minute la 110°C.The pH is adjusted to 4.5-4.7, sterilized 30 minutes at 110 ° C.

Pentru faza alcooligenă se inoculează mediul preparat mai sus cu un consorțiu de microorganisme Saccharomyces cerevisiae 1, Saccharomyces cerevisiae 2, Saccharomyces carlsbergensis în raport de 7% (v/v).For the alcohol phase, the medium prepared above is inoculated with a consortium of microorganisms Saccharomyces cerevisiae 1, Saccharomyces cerevisiae 2, Saccharomyces carlsbergensis in a ratio of 7% (v / v).

Acestea sunt cultivate separat în faza de preinocul și inocul, iar inocularea în faza următoare se face cu un inocul reunit în procent total de 7 %(v/v). Procedeul fermentativ durează 48 ore și se realizează cu următorii parametri:These are grown separately in the pre-inoculum and inoculation phase, and inoculation in the next phase is done with a total inoculation of 7% (v / v). The fermentation process takes 48 hours and is carried out with the following parameters:

0-2 ore aerație (agitare continuă a flaconului) 28°C;0-2 hours aeration (continuous shaking of the bottle) 28 ° C;

2-24 ore fara agitare, anaerobioza, 28°C.2-24 hours without stirring, anaerobic, 28 ° C.

Indicatorii biochimici sunt următorii:The biochemical indicators are the following:

-Concentrație inițială de glucoză 9%(g/v). Randamentul bioconversiei amidonului la glucoză este de 62%.- Initial glucose concentration 9% (w / v). The yield of starch bioconversion to glucose is 62%.

-Bioetanol produs (dozare prin gaz-cromatografie) 4.76%. Randamentul fermentației alcoolice este de 52,88%.-Bioethanol produced (dosage by gas chromatography) 4.76%. The yield of alcoholic fermentation is 52.88%.

a- 2 O H - - 0 0 3 7 0 “ t S -D5-2IIMa- 2 O H - - 0 0 3 7 0 “t S -D5-2IIM

Exemplul 4Example 4

Procedeul conform invenției utilizează deșeurile amidonoase din deșeuri agroalimentare (coji de crtofi).The process according to the invention uses starch waste from agri-food waste (crtofi shells).

Pichia I, Pichia II și Pichia III sunt cultivate conform exemplului 2. Fazele de lucru sunt următoarele:Pichia I, Pichia II and Pichia III are cultivated according to example 2. The working phases are the following:

kg deșeuri amidonoase din cartofi (coji de cartofi) + 1090 ml apă se fierb aproximativ 3-5 minute.kg starch potato waste (potato peel) + 1090 ml water boil about 3-5 minutes.

Se adaugă un complex enzimatic (1700 ml) alcătuit din α-amilază + glucoamilază + pullulanază. Procesul de hidroliză enzimatică a amidonului are loc în primele 4 ore la 30°C, pH 6, pentru a acționa α-amilaza, între 4-8 ore la 40°C, pH 5, pentru acțiunea pullulanazei. iar între 8-24 ore la 50°C, pH 5, pentru ca glucoamilaza să continue hidroliză amidonului prin bioconversia acestuia în zahăr reducător.An enzyme complex (1700 ml) consisting of α-amylase + glucoamylase + pullulanase is added. The process of enzymatic hydrolysis of starch takes place in the first 4 hours at 30 ° C, pH 6, to act α-amylase, between 4-8 hours at 40 ° C, pH 5, for the action of pullulanase. and between 8-24 hours at 50 ° C, pH 5, for glucoamylase to continue hydrolysis of starch by its bioconversion into reducing sugar.

în continuare, se adaugă sărurile minerale și se procedează conform exemplului 3.Then add the mineral salts and proceed according to Example 3.

Indicatorii biochmici sunt următorii:The biochemical indicators are as follows:

-Concentrație glucoză inițial 6,7%(g/v). Randamentul bioconversiei amidonului la glucoză este de 51,53%.-Initially 6.7% glucose concentration (w / v). The yield of starch bioconversion to glucose is 51.53%.

-Bioetanol produs (dozare prin gaz-cromatografie) 3,31 %(g/v). Randamentul fermentației alcoolice este de 49,40%.-Bioethanol product (gas chromatography dosage) 3.31% (w / v). The yield of alcoholic fermentation is 49.40%.

^-2014-- 00370- fi/^ -2014-- 00370- fi /

6 -45- 20Η6 -45- 20Η

Claims (4)

1. Procedeu conform invenției constând în aceea că enzimele necesare hidrolizei amidonului din deșeuri amidonoase până la unități de glucoză se obțin sub formă de complex enzimatic (α-amilază, glucoamilază și pullulanază), într-un singur bioproces cu un consorțiu de microorganisme mutanți recombinanți ai speciei Pichiapastoris.A process according to the invention in which the enzymes required for the hydrolysis of starch from starch wastes to glucose units are obtained in the form of an enzyme complex (α-amylase, glucoamylase and pullulanase), in a single bioprocess with a consortium of mutant microorganisms. of the species Pichiapastoris. 2. Procedeu conform revendicării 1 prin care, Pichia I Pichia II și PichiaThe process according to claim 1, wherein Pichia I Pichia II and Pichia III sunt cultivate separat pe un mediu de inocul ce conține % (g/v): glicerină 2; extract de porumb 1,5; K.H2PO4 1,5; yeast extract 0,5; MgSO4 7 H2O 0,05.III are grown separately on an inoculum medium containing% (w / v): glycerin 2; corn extract 1.5; K.H2PO4 1.5; yeast extract 0.5; MgSO 4 7 H 2 O 0.05. 3. Procedeu conform revendicărilor 1 și 2 prin care Pichia I și Picha II sau Pichia I, Pichia II si Pichia III dezvoltate în faza de inocul sunt trecute în faza de biosinteză enzimatică ce conține %(g/v): cartof procesat prin marunțire și fierbere 7.5; faină de mălai 2.5; extract de porumb 6; acid citric 0,1; NaCl 0,5; CaC12 0.02. oligoelemente FeSO4 7 H2O - lmg/lOOml; ZnSO4 7 H2O - lmg/lOOml; CuSO4 7 H2O 0.5mg/100ml, MeOH 4 (% v/v).3. Process according to claims 1 and 2, wherein Pichia I and Picha II or Pichia I, Pichia II and Pichia III developed in the inoculation phase are passed to the enzyme biosynthesis phase containing% (w / v): potato processed by grinding and boil 7.5; corn meal 2.5; corn extract 6; citric acid 0.1; NaCl 0.5; CaC12 0.02. trace element FeSO 4 7 H2O - lmg / lOOml; ZnSO 4 7 H 2 O - lmg / lOOml; CuSO 4 7 H2O 0.5mg / 100ml, MeOH 4 (% v / v). 4. Procedeu conform revendicării 1, 2 și 3 prin care se obține bioetanol din:The process according to claim 1, 2 and 3, in which bioethanol is obtained from: -deșeuri amidonoase din porumb (spărtură si uruială) cu un complex enzimatic ce conține α-amilază și glucoamilază, rezultat în urma biosintezei cu Pichia I si Pichia II mutanți recombinanți;- corn starch waste (crack and yellowing) with an enzyme complex containing α-amylase and glucoamylase, resulting from biosynthesis with Pichia I and Pichia II recombinant mutants; -deșeuri amidonoase din cartofi (coji de cartofi) cu un complex enzimatic ce conține α-amilază, glucoamilază și pullulanază biosintetizat de mutanți recombinanți Pichia I, Pichia II și Pichia III.- potato starch waste (potato peel) with an enzyme complex containing α-amylase, glucoamylase and pullulanase biosynthesized by recombinant mutants Pichia I, Pichia II and Pichia III.
ROA201400370A 2014-05-16 2014-05-16 Process for obtaining bioethanol from starchy plant wastes with microbial consortia RO130691A2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA201400370A RO130691A2 (en) 2014-05-16 2014-05-16 Process for obtaining bioethanol from starchy plant wastes with microbial consortia

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ROA201400370A RO130691A2 (en) 2014-05-16 2014-05-16 Process for obtaining bioethanol from starchy plant wastes with microbial consortia

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RO130691A2 true RO130691A2 (en) 2015-11-27

Family

ID=54601505

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ROA201400370A RO130691A2 (en) 2014-05-16 2014-05-16 Process for obtaining bioethanol from starchy plant wastes with microbial consortia

Country Status (1)

Country Link
RO (1) RO130691A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107475140A (en) * 2017-09-14 2017-12-15 江南大学 One plant in acid condition fermenting speed improve high yield Pullulanase Recombinant Pichia pastoris mutant

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107475140A (en) * 2017-09-14 2017-12-15 江南大学 One plant in acid condition fermenting speed improve high yield Pullulanase Recombinant Pichia pastoris mutant
CN107475140B (en) * 2017-09-14 2020-02-14 江南大学 Recombinant pichia pastoris mutant with high pullulanase yield and improved fermentation speed under acidic condition

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Erdal et al. Production of α-amylase by Penicillium expansum MT-1 in solid-state fermentation using waste Loquat (Eriobotrya japonica Lindley) kernels as substrate
Unakal et al. Production of α-amylase using banana waste by Bacillus subtilis under solid state fermentation
CN103025862B (en) Novel thraustochytrid-based microalgae, and method for preparing bio-oil by using same
Akhter et al. Production of pectinase by Aspergillus niger cultured in solid state media
Puri et al. Production and optimization of amylase and glucoamylase using Aspergillus oryzae under solid state fermentation
CN104894024B (en) One plant of Pseudoalteromonas mutant strain and its application
CN103421850A (en) Method used for producing bioethanol with Scenedesmusabundans
Chávez-Camarillo et al. Production of extracellular α-amylase by single-stage steady-state continuous cultures of Candida wangnamkhiaoensis in an airlift bioreactor
Ogbonna et al. Isolation of amylase and cellulase producing fungi from decaying tubers and optimization of their enzyme production in solid and submerged cultures
CN102533570A (en) Aspergillus niger, application of Aspergillus niger and method for preparing citric acid by fermentation
Rashid et al. Mannanase production by Aspergillus niger USM F4 via solid substrate fermentation in a shallow tray using palm kernel cake as a substrate
Hailei et al. A novel membrane-surface liquid co-culture to improve the production of laccase from Ganoderma lucidum
Souza et al. Prospection of Filamentous Fungi and the Production of Amylase by Aspergillus sp. M1. 7.2
RO130691A2 (en) Process for obtaining bioethanol from starchy plant wastes with microbial consortia
Khalid-Bin-Ferdaus et al. Commercial production of alpha amylase enzyme for potential use in the textile industries in Bangladesh
Yao et al. Relationship between saccharifying capacity and isolation sources for strains of the Rhizopus arrhizus complex
Kanpiengjai et al. Starchy effluent from rice noodle manufacturing process as feasible substrate for direct lactic acid production by Lactobacillus plantarum S21
Kareem et al. Cowpea waste: a novel substrate for solid state production of amylase by Aspergillus oryzae
Del Re et al. Integrated approach in the biotreatment of starch wastes by Rhizopus oligosporus: kinetic analysis
CN102250857A (en) Liquid fermentation technology capable to improve per unit of cellulose activity
CN109097293B (en) Gene recombination pichia pastoris capable of degrading and utilizing kitchen waste to generate lactic acid
CN102517268A (en) Method for producing alkaline protease
Mostafa et al. Optimization of Aeration and Agitation for α-amylase production by Aspergillus flavus from water hyacinth
Nadeem Conversion of Potato Peels into Single Cell Protein: Potato Peels into Single Cell Protein
Hassan et al. Utilization of agricultural by-products for alpha-amylase production under solid state fermentation by Bacillus subtilis