CZ306795B6 - Úplné kultivační médium pro mikrobiální produkci etanolu nebo butanolu, způsoby jeho výroby a způsoby výroby etanolu a butanolu - Google Patents
Úplné kultivační médium pro mikrobiální produkci etanolu nebo butanolu, způsoby jeho výroby a způsoby výroby etanolu a butanolu 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
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 42
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 41
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 title claims abstract description 11
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 claims abstract description 29
- 239000010902 straw Substances 0.000 claims abstract description 26
- 241000287828 Gallus gallus Species 0.000 claims abstract description 18
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims abstract description 17
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims abstract description 15
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000005904 alkaline hydrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims abstract description 9
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 9
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 claims abstract description 8
- 241000193469 Clostridium pasteurianum Species 0.000 claims abstract description 7
- 239000002609 medium Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 4
- 230000001461 cytolytic effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 8
- 230000007071 enzymatic hydrolysis Effects 0.000 abstract description 6
- 238000006047 enzymatic hydrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 235000016709 nutrition Nutrition 0.000 abstract description 4
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 abstract 1
- MPCQNSCUKOECNW-UHFFFAOYSA-N butan-1-ol;ethanol Chemical compound CCO.CCCCO MPCQNSCUKOECNW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 abstract 1
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 18
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 description 15
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 13
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 13
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 13
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 10
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000001888 Peptone Substances 0.000 description 8
- 108010080698 Peptones Proteins 0.000 description 8
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 8
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 8
- 235000019319 peptone Nutrition 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 6
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 6
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 6
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 6
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 description 5
- 238000010008 shearing Methods 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 description 5
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 4
- 241000721671 Ludwigia Species 0.000 description 4
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920002488 Hemicellulose Polymers 0.000 description 3
- 235000014680 Saccharomyces cerevisiae Nutrition 0.000 description 3
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 description 3
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- USFZMSVCRYTOJT-UHFFFAOYSA-N Ammonium acetate Chemical compound N.CC(O)=O USFZMSVCRYTOJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005695 Ammonium acetate Substances 0.000 description 2
- SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N D-xylopyranose Chemical compound O[C@@H]1COC(O)[C@H](O)[C@H]1O SRBFZHDQGSBBOR-IOVATXLUSA-N 0.000 description 2
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 2
- 229940043376 ammonium acetate Drugs 0.000 description 2
- 235000019257 ammonium acetate Nutrition 0.000 description 2
- PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N arabinose Natural products OCC(O)C(O)C(O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 2
- SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N beta-D-Pyranose-Lyxose Natural products OC1COC(O)C(O)C1O SRBFZHDQGSBBOR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002338 cryopreservative effect Effects 0.000 description 2
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000013028 medium composition Substances 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 2
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 2
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 2
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 2
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 2
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 2
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 2
- 239000007222 ypd medium Substances 0.000 description 2
- 241000193403 Clostridium Species 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-QTVWNMPRSA-N D-mannopyranose Chemical compound OC[C@H]1OC(O)[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-QTVWNMPRSA-N 0.000 description 1
- 235000001018 Hibiscus sabdariffa Nutrition 0.000 description 1
- 102000011782 Keratins Human genes 0.000 description 1
- 108010076876 Keratins Proteins 0.000 description 1
- 240000003433 Miscanthus floridulus Species 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000219000 Populus Species 0.000 description 1
- 235000005291 Rumex acetosa Nutrition 0.000 description 1
- 240000007001 Rumex acetosella Species 0.000 description 1
- 241000124033 Salix Species 0.000 description 1
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000005824 Zea mays ssp. parviglumis Nutrition 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N alpha-D-galactose Chemical compound OC[C@H]1O[C@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-PHYPRBDBSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000010828 animal waste Substances 0.000 description 1
- PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N arabinose Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-WDCZJNDASA-N 0.000 description 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- AIUDWMLXCFRVDR-UHFFFAOYSA-N dimethyl 2-(3-ethyl-3-methylpentyl)propanedioate Chemical class CCC(C)(CC)CCC(C(=O)OC)C(=O)OC AIUDWMLXCFRVDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003797 essential amino acid Substances 0.000 description 1
- 235000020776 essential amino acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 229930182830 galactose Natural products 0.000 description 1
- 229920000140 heteropolymer Polymers 0.000 description 1
- 150000002402 hexoses Chemical class 0.000 description 1
- 229920005610 lignin Polymers 0.000 description 1
- 159000000003 magnesium salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 230000035764 nutrition Effects 0.000 description 1
- 150000002972 pentoses Chemical class 0.000 description 1
- 229940066779 peptones Drugs 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010908 plant waste Substances 0.000 description 1
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 1
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 1
- 230000002797 proteolythic effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- -1 sawdust Substances 0.000 description 1
- 235000003513 sheep sorrel Nutrition 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
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
Úplné kultivační médium pro mikrobiální produkci etanolu nebo butanolu, které se připraví alkalickou a následnou enzymovou hydrolýzou z odpadu rostlinného původu a odpadu živočišného původu v hmotnostním poměru 0,5 až 1 díl slámy: 0,06 až 0,25 dílu kuřecího peří. Způsob výroby média uvedeného výše, při němž se směs slámy a kuřecího 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. Způsob výroby etanolu fermentací výše uvedeného kultivačního média, například za použití kvasinky Saccharomyces cerevisiae. Způsob výroby butanolu fermentací tohoto kultivačního média, například za použití bakterie Clostridium pasteurianum. Popsané kultivační médium se skládá pouze z odpadních surovin a zároveň pokrývá všechny nutriční nároky mikroorganismů produkujících etanol a butanol, takže není nutno přidávat žádné další přísady.
Description
Úplné kultivační médium pro mikrobiální produkci etanolu nebo butanolu, způsoby jeho výroby a způsoby výroby etanolu a butanolu
Oblast techniky
Vynález se týká úplného kultivačního média pro mikrobiální produkci etanolu nebo butanolu, způsobů jeho výroby a jeho použití pro mikrobiální výrobu etanolu a butanolu.
Dosavadní stav techniky
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.
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.
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.
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 hydrolyzá
-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.
Podstata vynálezu
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1 Společná hydrolýza slámy a kuřecího peří a využití hydrolyzátu k produkci etanolu
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 (Novozymes
A/S, Dánsko). Enzymová hydrolýza celulózy probíhá 24 h, při teplotě 50 °C, na rotační třepačce (otáčky 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.
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.
Příklad 2 Společná hydrolýza slámy a kuřecího peří a využití hydrolyzátu k produkci butanolu
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).
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.
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.
- 3 CZ 306795 B6
Příklad 3 Oddělená hydrolýza slámy a kuřecího peří a využití směsného hydrolyzátu k produkci etanolu
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).
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.
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.
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.
Příklad 4 Oddělená hydrolýza slámy a kuřecího peří a využití směsného hydrolyzátu k produkci butanolu
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).
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 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.
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.
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.
PATENTOVÉ NÁROKY
Claims (6)
1. Úplné kultivační médium pro mikrobiální produkci ethanolu nebo butanolu, vyznačují c í s e tím, že se skládá z alkalického hydrolyzátu slámy, zpracovaného celulolytickým enzymem a alkalického hydrolyzátu kuřecího peří v hmotnostním poměru sušiny obou materiálů 0,5 až 1 díl slámy k 0,06 až 0,25 dílu kuřecího peří.
2. Způsob výroby média podle nároku 1, vyznačující se tím, že se směs drcené slámy a kuřecího 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.
3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že se alkalická hydrolýza provádí při pH 12,0 až 13,0, při teplotě 60 až 80 °C, po dobu 12 až 24 h za současného třepání nebo míchání.
4. Způsob podle kteréhokoliv z nároků 2 a 3, vyznačující se tím, že se rozklad celulózy provádí přidáním 1 až 2 % hmotn. celulolytického enzymu, který se nechá působit 12 až 24 h, při teplotě 45 až 55 °C, za současného třepání nebo míchání.
5. Způsob výroby etanolu fermentaci kultivačního média mikroorganismem produkujícím etanol jako kvasinky Saccharomyces cerevisiae, vyznačující se tím, že se jako kultivačního média použije úplného kultivačního média podle nároku 1, prostého jakýchkoliv dalších přísad.
6. Způsob výroby butanolu fermentaci kultivačního média mikroorganismem produkujícím butanol jako bakterie Clostridiumpasteurianum, vyznačující se tím, že se jako kultivačního média použije úplného kultivačního média podle nároku 1, prostého jakýchkoliv dalších přísad.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-102A CZ306795B6 (cs) | 2015-02-16 | 2015-02-16 | Úplné kultivační médium pro mikrobiální produkci etanolu nebo butanolu, způsoby jeho výroby a způsoby výroby etanolu a butanolu |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2015-102A CZ306795B6 (cs) | 2015-02-16 | 2015-02-16 | Úplné kultivační médium pro mikrobiální produkci etanolu nebo butanolu, způsoby jeho výroby a způsoby výroby etanolu a butanolu |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2015102A3 CZ2015102A3 (cs) | 2016-08-24 |
| CZ306795B6 true CZ306795B6 (cs) | 2017-07-12 |
Family
ID=56885654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2015-102A CZ306795B6 (cs) | 2015-02-16 | 2015-02-16 | Úplné kultivační médium pro mikrobiální produkci etanolu nebo butanolu, způsoby jeho výroby a způsoby výroby etanolu a butanolu |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ306795B6 (cs) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108893433A (zh) * | 2018-07-20 | 2018-11-27 | 湖北武当动物药业有限责任公司 | 一种作物秸秆废弃物发酵剂及其制备方法和应用 |
| 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 (ru) * | 1974-05-17 | 1975-11-25 | Всесоюзное Научно-Производственное И Проектно-Конструкторское Объединение В/О "Микробиопром" | Способ получени питательного субстрата дл выращивани кормовых дрожжей |
| 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/cs unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU492539A1 (ru) * | 1974-05-17 | 1975-11-25 | Всесоюзное Научно-Производственное И Проектно-Конструкторское Объединение В/О "Микробиопром" | Способ получени питательного субстрата дл выращивани кормовых дрожжей |
| 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 (zh) * | 2018-07-20 | 2018-11-27 | 湖北武当动物药业有限责任公司 | 一种作物秸秆废弃物发酵剂及其制备方法和应用 |
| 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 (cs) | 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 | |
| US9206446B2 (en) | Extraction of solubles from plant biomass for use as microbial growth stimulant and methods related thereto | |
| Srimachai et al. | Optimization and kinetic modeling of ethanol production from oil palm frond juice in batch fermentation | |
| Guragain et al. | Evaluation of pelleting as a pre-processing step for effective biomass deconstruction and fermentation | |
| Devi et al. | Lignocellulolytic enzymes and bioethanol production from spent biomass of edible mushrooms using Saccharomyces cerevisiae and Pachysolen tannophilus | |
| Rocha et al. | Ethanol production from agroindustrial biomass using a crude enzyme complex produced by Aspergillus niger | |
| Akinyele et al. | Bioconversion of selected agricultural wastes and associated enzymes by Volvariella volvacea: An edible mushroom | |
| Ambye-Jensen et al. | Combined ensiling and hydrothermal processing as efficient pretreatment of sugarcane bagasse for 2G bioethanol production | |
| Prosvirnikov et al. | Protein production from cellulosic waste using candida utilis | |
| Gugel et al. | 2G-lactic acid from olive oil supply chain waste: olive leaves upcycling via Lactobacillus casei fermentation | |
| Fileto-Pérez et al. | Evaluation of Eichhornia crassipes as an Alternative Raw Material for Reducing Sugars Production. | |
| Abdel-Azeem et al. | Bioconversion of lignocellulosic residues into single-cell protein (SCP) by Chaetomium | |
| Sawicka et al. | Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus L.) as energy raw material | |
| WO2016145297A1 (en) | Co-products of lignocellulosic biomass process for landscape application | |
| Ali et al. | Screening and statistical optimization of physiochemical parameters for the production of xylanases from agro-industrial wastes | |
| CZ306795B6 (cs) | Úplné kultivační médium pro mikrobiální produkci etanolu nebo butanolu, způsoby jeho výroby a způsoby výroby etanolu a butanolu | |
| Edor et al. | Cellulase activity of Aspergillus niger in the biodegradation of rice husk | |
| Osama et al. | Bioconversion of some agricultural wastes into animal feed by Trichoderma spp | |
| 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 | |
| Bayitse et al. | Food and feed potentials of cassava peels using fermentation technologies | |
| KR101402164B1 (ko) | 조류 바이오매스로부터 고품질 젖산의 생산방법 | |
| 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 | |
| Sarrouh et al. | Potential biomass resources for cellulosic ethanol production in Brazil: Availability, feedstock analysis, feedstock composition, and conversion yields |