DEVELOPMENT TECHNOLOGICAL SCHEMATA OF PRODUCTION N-BUTANOL WITH CLOSTRIDIUMES

  • Валентина Ивановна Сушкова Research Institute for Genetics and Selection of Industrial Microorganisms, 1-st Dorozhniy pr., 1, 117545 Moscow Email: sushkovaval@mail.ru
  • Сергей Викторович Яроцкий Research Institute for Genetics and Selection of Industrial Microorganisms, 1-st Dorozhniy pr., 1, 117545 Moscow Email: yarotsky@genetika.ru
  • Алексей Владимирович Сухоженко Research Institute for Genetics and Selection of Industrial Microorganisms, 1-st Dorozhniy pr., 1, 117545 Moscow Email: suhozenko_av@fastmail.net
Keywords: enzymatic hydrolysate, corn cabbage stump, bran, molasses, rye flour, strain, extractive fermentation, oleyl alcohol, productivity, yield, butyric acid, n-butanol, butyrate fermentation, acetono-butanol fermentation

Abstract

With the object development technological schemata of production n-butanol of microbiological synthesis provided yield of amount solvents no less 40% from carbohydrates in media, do intensification of process acetone-butanol fermentation by means of obtain new strain Сlostridium асеtobutylicum ВКПМ В-10289 и ВКПМ В-10290 and optimization of composition starch-containing media with yield of amount solvents 39-53% from carbohydrates in media.

Develop technological schemata of production n-butanol use as bases on complex treatment mixture of a cellulose- or hemicellulose-containing material, bran, molasses, provided three variationes: 1. buosynthesis of n-butanol Cl. acetobutylicum СВ-2 ВКПМ В-10290 of rye flour with usage of fermentative liquid Cl. tyrobutyricum; 2. tow stage process of extraction n-butanol of fermentative liquid in acetone-butanol continuous fermentation and after her end; 3. production n-butanol by traditional technology with researched straines or of simbiosisal consortium two bacterias Cl. tyrobutyricum и Cl. acetobutylicum with or without extraction n-butanol of exhaust fermentative liquid. The yield of amount solvents following: 1 – up to 40% from carbohydrates in media; 2 – up to 34,5%; 3 – up to 43% from fermented carbohydrates.

Downloads

Download data is not yet available.

Metrics

Metrics Loading ...

Author Biographies

Валентина Ивановна Сушкова, Research Institute for Genetics and Selection of Industrial Microorganisms, 1-st Dorozhniy pr., 1, 117545 Moscow
ведущий научный сотрудник, доктор биологических наук, доцент, тел.: (495) 315-04-65; факс: (495) 315-05-01
Сергей Викторович Яроцкий, Research Institute for Genetics and Selection of Industrial Microorganisms, 1-st Dorozhniy pr., 1, 117545 Moscow
заведующий лабораторией, доктор биологических наук, тел.: (495) 928-37-59
Алексей Владимирович Сухоженко, Research Institute for Genetics and Selection of Industrial Microorganisms, 1-st Dorozhniy pr., 1, 117545 Moscow
научный сотрудник

References

Логоткин И.С. Технология ацетонобутилового производства. М., 1958. 264 с.

Patáková P., Lipovský J., Čížková H., Fořtová J., Rychtera M., Melzoch K. Exploitation of Food Feedstock and Waste for Production of Biobutanol // Czech J. Food Sci. 2009. Vol. 27, N4. Pp. 276–283.

Яроцкий С.В., Сушкова В.И., Синеокий С.П., Лукина Г.П. Экономический анализ производства биобутанола и перспективы его развития // Деп. в ВИНИТИ 10.04.08, №308-2008. 65 c.

Ramey D. Production of bytyric acid and butanol from biomass. Final repor // Work performed under: contract № DE-F-G-02-00ER 86106 for Departament of Energy. Morgantown, WV, 2004.

Сушкова В.И., Яроцкий С.В. Эффективность методов выделения продуктов ацетоно-бутиловой ферментации // Химия растительного сырья. 2011. №3. С. 5–14.

Qureshi N. Agricultural residues and energy crops as potentially economical and novel substrates for microbial pro-duction of butanol (a biofuel) // CAB Reviews: Perspectives in Agriculture, Veterinary Science, Nutrition and Natural Resources. 2010. Vol. 5, N10. Pp. 1–8.

Madihah M.S., Ariff A.B., Sahaid K.M., Suraini A.A. and Karim M.I.A. Direct fermentation of gelatinized sago starch to aceton-butanol-ethanol by Cl. acetibutylicum // J.of Microb. & Biotechnol. 2001. Vol. 17. Pp. 567–576.

Parekh M., Formanek J., Blaschek H.P. Pilot-scale production of by Clostridium beijerinckii BA 101 using a low-cost fermentation medium on corn steep water // Appl Microbiol Biotechnol. 1999. Vol. 51. Pp. 152.

Jesse T.W., Ezeji T.C., Qureshi N. and Blaschek H.P. Production of butanol from starch-based waste packing peanuts and agricultural waste // J. of Industrial Microb. & Biotechnol. 2002. Vol. 29. Pp. 117–123.

Thaddeus C.E., Thaddeus N., Qureshi H.P. Blaschek Butanol Fermentation Reseach: Upstream and Downstream Ma-nipulations // The Chemical Reconl. 2004. Vol. 4. Pp. 305–314.

Qureshi N., Lolas A. and Blaschek H.P. Soy molasses as fermentation substrate for production of butanol using Clos-tridium beijerinckii ВА 101 // J. of Industrial Microb. & Biotechnol. 2001. Vol. 26. Pp. 290–295.

Edhilvia J.C., Quresh N., and Blaschek H.P. Production of aceton, butanol and ethanol from Degemed corn using Clostridium beijerinckii BA 101 // Appleed Biochemistry and Biotechnology. 2002. Vol. 5. Pp. 98–100.

Ezeji T.C., Blaschek H.P. Fermentation of dried distillers’grains and soluble (DDGS) hydrolysates to solvents and value-added products by solventogenic clostridia // Bioresource Technology. 2008. Vol. 99. Pp. 5232–5242.

Qureshi N., , Saha B.C., Dien B., Hector R.E., Cotta M.A. Production of butanol (a biofuel) from agricultural resi-dues: Part I – Use of barley straw hydrolysate // Biomass and bioenergy. 2010. Vol. 34. Pp. 559–565.

Formanek J., Mackie R., Blaschek H.P. Enhanced butanol production by Cl. beijerinckii BA101 grown in semide-fined P2 medium containing 6 percent maltodextrin or glucose // Appl. Environ. Microbiol. 1997. Vol. 63. Pp. 2306–2310.

Green E.M. Fermtytative production of butanol – the industrial perspective // Curr Opin Biotechnol. 2011. Vol. 22, N3. Pp. 337–343.

Березина О.В., Синеокий С.П., Великодворская Г.А., Шварц В., Зверлов В.В. Внеклеточная гликозилгидро-лазная активность клостридий, образующих ацетон, бутанол и этанол // Прикладная биохимия и микробиоло-гия. 2008. Т. 44, №1. С. 49–55.

Сушкова В.И., Березина О.В., Яроцкий С.В. Эффективность ацетоно-бутилового брожения культурами Сlostridium асеtobutylicum // Общество, наука, инновации. НТК-2011: материалы ежегод. Всерос. науч.-технич. конф. Киров, 2011. Электронная версия. (СD-ROM). (Биологический факультет. Секция «Биотехноло-гия» Статья № 20).

Патент №95103597 (РФ). Штамм бактерий Clostridium acetibutylicum – продуцент н-бутилового спирта и аце-тона / Г.П. Лукина, С.К. Абилев, И.К. Любимова, М.А. Великая, И.Е. Ежова, Т.В. Артюшкина / 1996.

Nasser N.K., Al-Shorgani, Kalil M.S., Yusoff W.M.W. The Effect of Different Carbon Sources on Biobutanol Pro-duction using Clostridium saccharoperbmylacetonicum N1-4 // Biotechnology 2011. Vol. 10, N3. Pp. 280–285.

Eunjong J., Kimoon D.-H. Fermentation of Rice Bran and Defatted Rice Bran for Butanol Production Using Clostridium beijerinckii NCIMB 8052 // Microbiol. Biotechnol. 2009. vol. 19, no. 5. Рp. 482–490.

Areesirisuk A., Laopaiboon L., Fangkum A., Ponchai N., Leelavacharamas V., Laopaiboon P. Growth and butanol production of Clostridium beijerinckii from sweet sorghum juice // Thai Journal of Biotechnology. 2008. Vol. 8, N1. Pp. 44–49.

Patakova P., Maxa D., Rychtera M., Linhova M., Fribert P., Muzikova Z., Lipovsky J., Paulova L., Pospisil M., Sebor G., Melzoch K. Perspectives of Biobutanol Production and Use // Biotechnology and Bioengineering. 2007. Vol. 97, N6. Рp. 243–266.

Qureshi N., Lolas A., Blaschek H.P. Soy molasses as fermentation substrate for production of butanol using Clostrid-ium beijerinckii ВА 101 // J. of Industrial Microb. & Biotechnol. 2001. Vol. 26. Pp. 290–295.

Patáková P., Lipovský J., Čížková H., Fořtová J., Rychtera M., Melzoch K. Exploitation of food feedstock and waste for production of biobutanol // Czech J. Food Sci. 2009. Vol. 27. Рp. 276–283.

Qureshi N., Saha B.C., Cotta M.A. Butanol production from wheat straw hydrolysate using Clostridium beijerinckii. Part II – Fed-batch fermentation // Bioprocess and Biosystems Engineering. 2007. Vol. 30. Pp. 419–427.

Ежова И.Е. Комплексное использование сырья в ацетоно-бутиловом производстве : автореф. дис. … канд. техн. наук. М., 1975. 29 с.

Qureshi N., Blaschek H.P. Butanol production from agricultural biomass // Food Biotechnology. 2005. Pp. 525–551.

Lin Y.L., Blaschek H.P., Butanol Production by a Butanol-Tolerant Strain of Clostridium acetobutylicum in Extruded Corn Broth // Applied and Environmental Microbiology. 1983. Vol. 45, N3. Pp. 966–973.

Gutierrez N.A., Maddox I.S., Schuster K.C., Swoboda H., Gapes J.R. Strain comparison and medium preparation for the acetone–butanol–ethanol (ABE) fermentation process using a substrate of potato // Bioresource Technology. 1998. Vol. 66. Рp. 263–265.

Nimcevic D., Schuster M., Gapes J.R. Solvent production by Clostridium beijerinckii NRRL B592 growing on dif-ferent potato media // Applied Microbiology and Biotechnology. 1998. Vol. 50, N4. Рp. 426–428.

Grobben N.G., Eggink G., Cuperus F.P. and Huizing H.J. Production of aceton, butanol and etanol (ABE) from po-tato wastes: fermentation with Integrated Membrane Extraction // Applied Microbiology and Biotechnology. 1993. Vol. 39. Рp. 494–498.

Nimcevic D, Gapes J.R. The Acetone-Butanol Fermentation in Pilot Plant and Pre-Industrial Scale // J. Mol. Micro-biol. Biotechnol. 2000. Vol. 2, N1. Pp. 15–20.

Коротких, А.А. Мировой рынок биотоплива. Состояние и перспективы // Россия и Америка в XXI веке. [Электронный ресурс]. URL: http://www.rusus.ru/?act=read&id=88

Edhilvia J.C., Quresh N., Blaschek H.P. Production of aceton, butanol and ethanol from Degemed corn using Clos-tridium beijerinckii BA 101 // Applied Biochemistry and Biotechnology. 2002. Vol. 5. Pp. 98–100.

Patent 4326032 (US). Process for the production of organic fuel / H. Leslie, E. Grove, A. Hoyt, Paul St. / 1982.

Patent 20100221802 (US). Method for producing butanol using two-phase extractive fermentation / Grady M.C., Ja-hic M., Patnaik R. / 2010.

Patent 20090305370 (US). Method for producing butanol using two-phase extractive fermentation / Grady M.C., Ja-hic M., Patnaik R. / 2009.

Roffler S.R., Blacnh H.W., Wilke C.R. In-situ recovery of butanol during fermentation // Bioprocess Engineering. 1987. №2. С. 181–190.

Patent 5753474 (US). Continuous two stage, dual path anaerobic fermentation of butanol and other organic solvents using two different strains of bacteria / Ramey D.E. 1998.

Сушкова В.И., Жуковский С.В., Березина О.В., Яроцкий С.В. Биосинтез масляной кислоты штаммом Clostrid-ium butyricum ВКПМ В-9619 из кукурузной кочерыжки и мелассы // Химия растительного сырья. 2011. №1. С. 157–162.

Сушкова В.И., Березина О.В., Яроцкий С.В. Пути интенсификации процесса биосинтеза масляной кислоты // Химия растительного сырья. 2012. №1. С. 171–180.

Сушкова В.И., Воробьёва Г.И. Безотходная конверсия растительного сырья в биологически активные вещест-ва. М., 2008. 215 с.

Емельянова И.Э. Химико-технический контроль гидролизного производства. М., 1969. 365 с.

ГОСТ 26176-91. Корма, Комбикорма. Методы определения растворимых и легкогидролизуемых углеводов. 1993.

Сушкова В.И., Яроцкий С.В., Сухоженко А.В. Процесс экстрактивной ацетоно-бутиловой ферментации // Но-вые достижения в химии и химической технологии растительного сырья : материалы V Всерос. конф. Барна-ул, 2012. С. 382–383.

ГОСТ 8.207-76. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблю-дений. Основные положения.

Заявка на патент 2011125862/10(038258) (RU). Способ получения н-бутанола / В.И. Сушкова, С.В. Яроцкий, В.Г. Дебабов / 2011.

Патент 2406763 (RU). Способ микробиологического синтеза н-бутанола / В.И. Сушкова, С.В. Яроцкий / 2010.

Published
2013-10-20
How to Cite
1. Сушкова В. И., Яроцкий С. В., Сухоженко А. В. DEVELOPMENT TECHNOLOGICAL SCHEMATA OF PRODUCTION N-BUTANOL WITH CLOSTRIDIUMES // chemistry of plant raw material, 2013. № 3. P. 221-238. URL: http://journal.asu.ru/cw/article/view/jcprm.1303221.
Section
Technology