989 resultados para ethanol production yeasts


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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

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The problem of proper disposal of solid waste generated in different industrial processes is one of worldwide environmental concerns nowadays. Thus, this study aimed to establish a new alternative for the disposal of two agro-industrial residues employing them to produce particleboard for different purposes in building construction. The focus was given to the reuse of the sugarcane bagasse (SB) originated during the processing of Saccharum officinarum for sugar and ethanol production, and bamboo stem leaves of Dendrocalamus giganteus(BB). For this, six particleboards were produced in the following compositions: with 100% SB, 75% SB + 25% BB, 50% SB+50% BB, 40% SB +60 BB, 25% SB+ 75% BB and 100% BB in the total mass of the composites. The particleboards physical characterization followed Brazilian Standard ABNT NBR 14810-3 to density, moisture content and water absorption. Results showed these raw materials are compatible to particleboard production.

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Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

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The Saccharomyces cerevisiae strains widely used for industrial fuel-ethanol production have been developed by selection, but their underlying beneficial genetic polymorphisms remain unknown. Here, we report the draft whole-genome sequence of the S. cerevisiae strain CAT-1, which is a dominant fuel-ethanol fermentative strain from the sugarcane industry in Brazil. Our results indicate that strain CAT-1 is a highly heterozygous diploid yeast strain, and the similar to 12-Mb genome of CAT-1, when compared with the reference S228c genome, contains similar to 36,000 homozygous and similar to 30,000 heterozygous single nucleotide polymorphisms, exhibiting an uneven distribution among chromosomes due to large genomic regions of loss of heterozygosity (LOH). In total, 58 % of the 6,652 predicted protein-coding genes of the CAT-1 genome constitute different alleles when compared with the genes present in the reference S288c genome. The CAT-1 genome contains a reduced number of transposable elements, as well as several gene deletions and duplications, especially at telomeric regions, some correlated with several of the physiological characteristics of this industrial fuel-ethanol strain. Phylogenetic analyses revealed that some genes were likely associated with traits important for bioethanol production. Identifying and characterizing the allelic variations controlling traits relevant to industrial fermentation should provide the basis for a forward genetics approach for developing better fermenting yeast strains.

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This work was focused on the steam explosion pretreatment reproduction and alkaline delignification reactions on a pilot scale for the ethanol production, through different varieties of natural sugarcane bagasse, pretreated bagasse and delignified pretreated bagasse (cellulosic pulp). The possible chemical composition differences of the various types of bagasse, as well as the chemical composition variations of the materials in the 20 processes of pretreatment and delignification on the pilot scale were verified. The analytical results of the 20 samples of most diverse varieties and origins of natural sugarcane bagasse considering planting soils, planting periods and weather; show no significant chemical differences. It is evident that only with the chemical composition it is not possible to verify the differences between the varieties of sugarcane bagasses. The research results may offer some evidences of these varieties, but it is not a reliable parameter. The pilot process of steam explosion pretreatment and the alkaline delignification process of pretreated material showed through analytical results a good capacity of reproduction, as the standard differences were below 2.7. The average allowed in the pretreatment and alkaline delignification processes were 66.1 +/- 0.8 and 51.5 +/- 2.6 respectively, ensuring an excellent reproduction capacity of the processes obtained through chemical characterizations. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

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Liquid biofuels can be produced from a variety of feedstocks and processes. Ethanol and biodiesel production processes based on conventional raw materials are already commercial, but subject to further improvement and optimization. Biofuels production processes using lignocellulosic feedstocks are still in the demonstration phase and require further R&D to increase efficiency. A primary tool to analyze the efficiency of biofuels production processes from an integrated point of view is offered by exergy analysis. To gain further insight into the performance of biofuels production processes, a simulation tool, which allows analyzing the effect of process variables on the exergy efficiency of stages in which chemical or biochemical reactions take place, were implemented. Feedstocks selected for analysis were parts or products of tropical plants such as the fruit and flower stalk of banana tree, palm oil, and glucose syrups. Results of process simulation, taking into account actual process conditions, showed that the exergy efficiencies of the acid hydrolysis of banana fruit and banana pulp were in the same order (between 50% and 60%), lower than the figure for palm oil transesterification (90%), and higher that the exergy efficiency of the enzymatic hydrolysis of flower stalk (20.3%). (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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The present work is inserted into the broad context of the upgrading of lignocellulosic fibers. Sisal was chosen in the present study because more than 50% of the world's sisal is cultivated in Brazil, it has a short life cycle and its fiber has a high cellulose content. Specifically, in the present study, the subject addressed was the hydrolysis of the sisal pulp, using sulfuric acid as the catalyst. To assess the influence of parameters such as the concentration of the sulfuric acid and the temperature during this process, the pulp was hydrolyzed with various concentrations of sulfuric acid (30-50%) at 70 A degrees C and with 30% acid (v/v) at various temperatures (60-100 A degrees C). During hydrolysis, aliquots were withdrawn from the reaction media, and the solid (non-hydrolyzed pulp) was separated from the liquid (liquor) by filtering each aliquot. The sugar composition of the liquor was analyzed by HPLC, and the non-hydrolyzed pulps were characterized by viscometry (average molar mass), and X-ray diffraction (crystallinity). The results support the following conclusions: acid hydrolysis using 30% H2SO4 at 100 A degrees C can produce sisal microcrystalline cellulose and the conditions that led to the largest glucose yield and lowest decomposition rate were 50% H2SO4 at 70 A degrees C. In summary, the study of sisal pulp hydrolysis using concentrated acid showed that certain conditions are suitable for high recovery of xylose and good yield of glucose. Moreover, the unreacted cellulose can be targeted for different applications in bio-based materials. A kinetic study based on the glucose yield was performed for all reaction conditions using the kinetic model proposed by Saeman. The results showed that the model adjusted to all 30-35% H2SO4 reactions but not to greater concentrations of sulfuric acid. The present study is part of an ongoing research program, and the results reported here will be used as a comparison against the results obtained when using treated sisal pulp as the starting material.

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The xylose conversion to ethanol by Pichia stipitis was studied. In a first step, the necessity of supplementing the fermentation medium with urea. MgSO(4) x 7H(2)O, and/or yeast extract was evaluated through a 2(3) full factorial design. The simultaneous addition of these three nutritional sources to the fermentation medium, in concentrations of 2.3, 1.0, and 3.0 g/l, respectively, showed to be important to improve the ethanol production in detriment of the substrate conversion to cell. In a second stage, fermentation assays performed in a bioreactor under different K(L)a (volumetric oxygen transfer coefficient) conditions made possible understanding the influence of the oxygen transfer on yeast performance, as well as to define the most suitable range of values for an efficient ethanol production. The most promising region to perform this bioconversion process was found to be between 2.3 and 4.9 h(-1), since it promoted the highest ethanol production results with practically exhaustion of the xylose from the medium. These findings contribute for the development of an economical and efficient technology for large scale production of second generation ethanol. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

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Abstract Background Overflow metabolism is an undesirable characteristic of aerobic cultures of Saccharomyces cerevisiae during biomass-directed processes. It results from elevated sugar consumption rates that cause a high substrate conversion to ethanol and other bi-products, severely affecting cell physiology, bioprocess performance, and biomass yields. Fed-batch culture, where sucrose consumption rates are controlled by the external addition of sugar aiming at its low concentrations in the fermentor, is the classical bioprocessing alternative to prevent sugar fermentation by yeasts. However, fed-batch fermentations present drawbacks that could be overcome by simpler batch cultures at relatively high (e.g. 20 g/L) initial sugar concentrations. In this study, a S. cerevisiae strain lacking invertase activity was engineered to transport sucrose into the cells through a low-affinity and low-capacity sucrose-H+ symport activity, and the growth kinetics and biomass yields on sucrose analyzed using simple batch cultures. Results We have deleted from the genome of a S. cerevisiae strain lacking invertase the high-affinity sucrose-H+ symporter encoded by the AGT1 gene. This strain could still grow efficiently on sucrose due to a low-affinity and low-capacity sucrose-H+ symport activity mediated by the MALx1 maltose permeases, and its further intracellular hydrolysis by cytoplasmic maltases. Although sucrose consumption by this engineered yeast strain was slower than with the parental yeast strain, the cells grew efficiently on sucrose due to an increased respiration of the carbon source. Consequently, this engineered yeast strain produced less ethanol and 1.5 to 2 times more biomass when cultivated in simple batch mode using 20 g/L sucrose as the carbon source. Conclusion Higher cell densities during batch cultures on 20 g/L sucrose were achieved by using a S. cerevisiae strain engineered in the sucrose uptake system. Such result was accomplished by effectively reducing sucrose uptake by the yeast cells, avoiding overflow metabolism, with the concomitant reduction in ethanol production. The use of this modified yeast strain in simpler batch culture mode can be a viable option to more complicated traditional sucrose-limited fed-batch cultures for biomass-directed processes of S. cerevisiae.

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As contaminações por leveduras selvagens e por bactérias no processo de produção de etanol combustível no Brasil causam prejuízos ao rendimento fermentativo e aumento de custos pelo uso de biocidas. No entanto, poucos estudos tem focado no efeito das contaminações conjuntas de leveduras selvagens e bactérias e as possíveis interações entre os micro-organismos, especialmente em função dos diferentes substratos de fermentação e das formas de controle. Este trabalho teve por objetivos verificar o efeito do substrato (caldo de cana e melaço) sobre o desenvolvimento das contaminações pela levedura da espécie Dekkera bruxellensis e pela bactéria Lactobacillus fermentum, em co-culturas com Saccharomyces cerevisiae (linhagem industrial PE-2) e possíveis formas de controle do crescimento dos contaminantes (pelo uso de metabissulfito de potássio e adição de etanol ao tratamento ácido) sem afetar a levedura do processo. Os testes foram realizados em condições de crescimento (substrato com 4 °Brix, culturas agitadas) e fermentação com reciclo celular (substrato com 16 °Brix, culturas estáticas). Houve interação entre as leveduras e a bactéria quando crescidas em caldo de cana 4 °Brix. A levedura industrial não foi afetada pela presença dos micro-organismos contaminantes, no entanto, para D. bruxellensis a presença de L. fermentum interferiu positivamente no crescimento, com aumento no número de UFC, e consequentemente inibição do crescimento da bactéria. Em melaço, houve um estímulo ao crescimento de L. fermentum quando em co-cultura com S. cerevisiae. Houve influência das contaminações sobre os parâmetros avaliados no experimento (pH, açúcar redutor total, etanol, glicerol e crescimento das células) e a contaminação conjunta de L. fermentum e D. bruxellensis potencializou o efeito das contaminações pelos micro-organismos isoladamente, tanto em caldo quanto em melaço. A adição de 13% de etanol à solução de ácido sulfúrico pH 2,0 no tratamento celular resultou em uma diminuição significativa no número de UFC de D. bruxellensis (entre 90-99%). A levedura PE-2 foi pouco afetada pelo tratamento proposto. A bactéria L. fermentum teve seu crescimento afetado em todas as combinações testadas. Como os experimentos foram feitos em co-culturas, verificouse que pode haver influência de um micro-organismo sobre a viabilidade do outro, dependendo da reação ao tratamento ácido-etanol. O metabissulfito de potássio (MBP), no intervalo entre 200-400 mg/L, foi eficaz para controlar o crescimento de D. bruxellensis dependendo do meio de cultura e linhagem. Quando adicionado (250 mg/L) à solução ácida (pH 2,0) no tratamento celular, um efeito significativo foi observado nas culturas mistas, pois ocorreu a inativação do SO2 pela S. cerevisiae e uma provável proteção das células de D. bruxellensis, não sendo essa levedura prejudicada pelo MBP. A resposta fisiológica de S. cerevisiae na presença de MBP pode explicar a diminuição significativa na produção de etanol. Quando o MBP foi adicionado ao meio de fermentação, resultou no controle da D. bruxellensis mas não em sua morte, com efeito menos intensivo sobre a eficiência fermentativa. Em cocultura com a adição de MBP, a eficiência fermentativa foi significativamente menor do que na ausência de MBP.

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Bio-fuels such as ethanol provide an extraordinary opportunity to address our dependency on foreign oil. This case study examines the economic and environmental impacts associated with constructing and operating a dry mill ethanol manufacturing facility in a Southwest Georgia town and surrounding communities. The case study found that the plant had little impact on air quality, water quality, and habitat fragmentation. However, economic results showed the plant produced $1.5 million in tax revenues, and 86 jobs. Ethanol producers and communities must consider both the economic and environmental impacts on a local community when searching or attracting a bio-fuels plant. Likewise, communities should be aware of these challenges when attracting ethanol production plants.

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A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

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A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. 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Yeast flocculation (Saccharomyces cerevisiae) is one of the most important problems in fuel ethanol production. Yeast flocculation causes operational difficulties and increase in the ethanol cost. Proteolytic enzymes can solve this problem since it does not depend on these changes. The recycling of soluble papain and the immobilization of this enzyme on chitin or chitosan were studied. Some cross-linking agents were evaluated in the action of proteolytic activity of papain. The glutaraldehyde (0.1-10% w·v(-1)), polyethyleneimine (0.5% v·v(-1)), and tripolyphosphate (1-10% w·v(-1)) inactivated the enzyme in this range, respectively. Glutaraldehyde inhibited all treatments of papain immobilization. The chitosan cross-linked with TPP in 5 h of reaction showed the yield of active immobilized enzyme of 15.7% and 6.07% in chitosan treated with 0.1% PEI. Although these immobilizations have been possible, these levels have not been enough to cause deflocculation of yeast cells. Free enzyme was efficient for yeast deflocculation in dosages of 3 to 4 g·L(-1). Recycling of soluble papain by centrifugation was effective for 14 cycles with yeast suspension in time perfectly compatible to industrial conditions. The reuse of proteases applied after yeast suspension by additional yeast centrifugation could be an alternative to cost reduction of these enzymes.