Động học tiêu thụ đường và ảnh hưởng của ethanol trong quá trình lên men bột carob bởi Saccharomyces cerevisiae trong các môi trường nuôi cấy theo lô và môi trường nuôi liên tục

Oxford University Press (OUP) - Tập 39 Số 5 - Trang 789-797 - 2012
Maria Emília Lima‐Costa1, Catarina Tavares1, Sara Raposo1, Brígida Rodrigues1, J. M. Peinado2
1grid.7157.4 0000 0000 9693 350X Faculty of Sciences and Technology, Centre for Marine and Environmental Research—CIMA University of Algarve—Campus de Gambelas 8005-139 Faro Portugal
2grid.4795.f 0000000121577667 Department of Microbiology III, Faculty of Biology Universidad Complutense 28040 Madrid Spain

Tóm tắt

Tóm tắt Các vật liệu thải từ ngành công nghiệp chế biến carob là một nguồn tài nguyên tiềm năng để sản xuất bioethanol thế hệ thứ hai. Những sản phẩm phụ này bao gồm các viên carob nhỏ với hàm lượng đường hòa tan cao (45–50%). Quá trình lên men bằng men bia Saccharomyces cerevisiae trong các môi trường nuôi cấy theo lô và nuôi liên tục với nồng độ đường cao từ quả carob đã được phân tích về động học tiêu thụ đường và sự ức chế của ethanol. Trong tất cả các lần nuôi cấy theo lô, 90–95% tổng lượng đường đã được tiêu thụ và chuyển hóa thành ethanol với hiệu suất gần đạt mức tối đa lý thuyết (0.47–0.50 g/g), và nồng độ ethanol cuối cùng đạt từ 100 đến 110 g/l. Ở các lần nuôi liên tục, dịch chiết carob tươi được bổ sung khi glucose đã được tiêu thụ. Sự bổ sung này và sự giảm nồng độ ethanol do pha loãng đã tăng cường sản lượng ethanol cuối cùng lên đến 130 g/l. Dường như hoạt động của invertase và khả năng chịu đựng của men đối với ethanol là hai yếu tố chính cần được kiểm soát trong quá trình lên men carob. Hiệu quả của quá trình lên men carob có nồng độ cao làm cho nó trở thành một quy trình rất hứa hẹn cho việc ứng dụng trong nhà máy tinh chế ethanol thế hệ thứ hai.

Từ khóa

#carob #bioethanol #<i>Saccharomyces cerevisiae</i> #lên men #động học #ethanol

Tài liệu tham khảo

Aiba, 2000, Kinetics of product inhibition in alcohol fermentation, Biotechnol Bioeng, 10, 845, 10.1002/bit.260100610

Avallone, 1997, Determination of chemical composition of carob (Ceratonia siliqua): protein, fat, carbohydrates and tannins, J Food Compost Anal, 10, 166, 10.1006/jfca.1997.0528

Biner, 2007, Sugar profiles of the pods of cultivated and wild types of carob bean (Ceratonia siliqua L.) in Turkey, Food Chem, 100, 1453, 10.1016/j.foodchem.2005.11.037

Brown, 1981, Ethanol inhibition of yeast growth and fermentation: differences in the magnitude and complexity of the effect, Eur J Appl Microbiol Biotechnol, 11, 151, 10.1007/BF00511253

Doehlemann, 2005, Molecular and functional characterization of a fructose specific transporter from the gray mold fungus Botrytis cinerea, Fungal Genet Biol, 42, 601, 10.1016/j.fgb.2005.03.001

Gonçalves, 2000, a novel gene encoding a specific fructose/H+ symporter in the type strain of Saccharomyces carlsbergensis, J Bacteriol, 182, 5628, 10.1128/JB.182.19.5628-5630.2000

Hyeon-Beom, 2009, Aeration alleviates ethanol inhibition and glycerol production during fed-batch ethanol fermentation, Biotechnol Bioeng, 14, 595

Laopaiboon, 2009, Ethanol production from sweet sorghum juice using very high gravity technology: effects of carbon and nitrogen supplementations, Bioresour Technol, 100, 4176, 10.1016/j.biortech.2009.03.046

Manso, 2010, Carob pulp as raw material to produce the biocontrol agent P. agglomerans PBC-1, J Ind Microbiol Biotechnol, 37, 1145, 10.1007/s10295-010-0762-1

Manso, 2010, Production of the biocontrol agent Pantoea agglomerans PBC-1 in a stirred tank reactor by batch and fed-batch cultures, World J Microb Biotechnol, 26, 725, 10.1007/s11274-009-0229-6

Mormeneo, 1982, Regulation of invertase synthesis by glucose in Saccharomyces cerevisiae, Fed Eur Biochem Soc J, 152, 14

Okolo, 1987, Toxicity of ethanol, n-butanol and iso-amyl alcohol in Saccharomyces cerevisiae when supplied separately and in mixtures, Biotechnol Lett, 9, 431, 10.1007/BF01089010

Peinado, 1988, Regulation of glucose transport in Candida utilis, J Gen Microbiol, 134, 195

Petit, 1995, Production and purification of a sugar syrup from carob pods, Lebensm Wiss Technol, 28, 145, 10.1016/S0023-6438(95)80027-1

Raposo, 2009, Kinetic modelling of bioethanol production using agro-industrial by-products, Int J Energy Environ, 3, 1

Roukas, 1999, Citric acid production from carob pod by solid-state fermentation, Enzyme Microb Tech, 24, 54, 10.1016/S0141-0229(98)00092-1

Santos, 2005, Production of dextran and fructose from carob pod extract and cheese whey by Leuconostoc mesenteroides NRRL B512(f), Biochem Eng J, 25, 1, 10.1016/j.bej.2005.01.022

Stambuk, 2000, Kinetics of active sucrose transport in Saccharomyces cerevisiae, J Biosci Bioeng, 89, 212, 10.1016/S1389-1723(00)88742-3

Takeshige, 1995, Factors affecting the ethanol productivity of yeast in molasses, J Ferment Bioeng, 79, 449, 10.1016/0922-338X(95)91260-C

Yousif, 2000, Processing and characterization of carob powder, Food Chem, 69, 283, 10.1016/S0308-8146(99)00265-4

Zhao, 2009, Mechanisms of yeast stress tolerance and its manipulation for efficient fuel ethanol production, J Biotechnol, 144, 23, 10.1016/j.jbiotec.2009.05.001

Zimmermann, 1997, Yeast sugar metabolism: biochemistry, genetics, biotechnology and applications, 1