BE1029281B1 - Process for the biological production of ethanol from aleurite leaves - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne le domaine technique de la préparation de l'éthanol, et plus spécifiquement un procédé de production biologique d'éthanol à partir de feuilles d'aleurite.The present invention relates to the technical field of the preparation of ethanol, and more specifically to a process for the biological production of ethanol from aleurite sheets.
Description
Procédé de production biologique d’éthanol à partir de feuilles d’aleuriteProcess for the biological production of ethanol from aleurite leaves
Domaine techniqueTechnical area
La présente invention concerne le domaine technique de la préparation de l'éthanol, et plus spécifiquement un procédé de production biologique d'éthanol à partir de feuilles d’aleuriteThe present invention relates to the technical field of the preparation of ethanol, and more specifically to a process for the biological production of ethanol from aleurite leaves.
Technologie de baseCore technology
La Chine est un grand producteur et consommateur des oléagineux et possède une vaste superficie de cultures oléagineuses ligneuses, principalement le théier à huile, l'aleurite et le fruit de Litsea cubeba. L'aleurite est originaire de Chine et constitue un arbre forestier économique unique dont la culture remonte à plus de mille ans. Flle a une teneur élevée en huile, une large gamme d'applications pétrolières, est facile à cultiver et a une longue vie économique. L'aleurite présente de grands avantages économiques. Dans les années 1990, les chercheurs chinois ont effectué divers travaux de recherche, tels que la classification des ressources en germoplasme, la sélection et l'élevage de bonnes lignées familiales, de lignées asexuées et d'arbres supérieurs, la reproduction sexuelle de l'aleurite, les essais d’introduction de semences et l'analyse de ses traits biologiques. Pendant la croissance de l'aleurite et la production d'huile à partir de celle, est générée une grande quantité de déchets de biomasse, comme les feuilles et les branches de l'aleurite et son résidu après la production d'huile, ete. L'utilisation de cette biomasse est un sujet qui mérite d'être étudié.China is a major producer and consumer of oilseeds and has a vast area of woody oil crops, mainly oil tea, aleurite and Litsea cubeba fruit. Aleurite is native to China and is a unique economic forest tree whose cultivation dates back over a thousand years. It has a high oil content, a wide range of oil applications, is easy to cultivate and has a long economic life. Aleurite has great economic advantages. In the 1990s, Chinese scholars carried out various research works, such as the classification of germplasm resources, the selection and breeding of good family lines, asexual lines and superior trees, the sexual reproduction of the aleurite, seed introduction trials and analysis of its biological traits. During the growth of aleurite and the production of oil from it, a large amount of biomass waste is generated, such as the leaves and branches of aleurite and its residue after oil production, ete. The use of this biomass is a subject that deserves to be studied.
L'éthanol est largement utilisé dans tous les aspects de la production sociale et joue un rôle important dans la préparation des aliments, les matières premières chimiques, la médecine et les soins médicaux et la substitution des combustibles fossiles. La production biologique d'éthanol présente les avantages d'une large gamme de substrats dégradables, de procédés de production simples et d'un stockage et d'un transfert faciles des produits. Cependant, la production traditionnelle d'éthanol utilise principalement des cultures agricoles (riz, maïs, patates douces, sorgho, etc.) comme matières premières. Avec l'augmentation continue et régulière de la population chinoise et le déclin des terres cultivées efficaces année après année, la recherche d'une alternative bon marché à la fermentation des cultures pour la production d'éthanol est devenue une priorité urgente. Sur la base de ce qui précède, de nombreuses recherches ont également été menées sur l'utilisation de la biomasse, telle que la tige de maïs, pour la production biologique d'éthanol. Johnston et al. ont étudié la faisabilité du remplacement du maïs par la tige de maïs pour la production biologique d'éthanol et ont analysé l'effet du mélange de la tige de maïs avec le maïs sur le rendement en éthanol, le taux de fermentation et le sucre résiduel. Ils ont constaté que la substitution de la tige de maïs au maïs pour la production biologique d'éthanol pouvait donner de bons résultats. Li et al. ont étudié l'effet du prétraitement à laccase et de l'ajout de tensioactifs sur la saccharification simultanée de la tige de maïs fermentée par des levures modifiées. La combinaison du prétraitement à laccase et de l'ajout de rhamnolipides a permis d'augmenter la production d'éthanol. Le et al. ont utilisé le prétraitement à l'ammoniac pour améliorer la saccharification enzymatique et la production biologique d'éthanol à partir de la tige de maïs, obtenant une concentration maximale d'éthanol de 14,5 g/L. Molaverdi et al. ont utilisé le prétraitement au carbonate de sodium de la tige de maïs pour améliorer le rendement de fermentation de l'éthanol solide, augmentant les concentrations d'éthanol de 24 g/L à 41 g/L dans des conditions de faible charge en cellulase (5Ethanol is widely used in all aspects of social production and plays an important role in food preparation, chemical raw materials, medicine and medical care, and fossil fuel substitution. Biological ethanol production has the advantages of a wide range of degradable substrates, simple production processes, and easy product storage and transfer. However, traditional ethanol production mainly uses agricultural crops (rice, corn, sweet potatoes, sorghum, etc.) as raw materials. With the continued and steady increase in China's population and the decline of efficient cropland year after year, the search for a cheap alternative to crop fermentation for ethanol production has become an urgent priority. Based on the above, a lot of research has also been done on the use of biomass, such as cornstalk, for the biological production of ethanol. Johnson et al. investigated the feasibility of replacing corn with corn stover for organic ethanol production and analyzed the effect of mixing corn stover with corn on ethanol yield, fermentation rate, and residual sugar . They found that substituting corn stover for corn for organic ethanol production could yield good results. Li et al. investigated the effect of laccase pretreatment and surfactant addition on the simultaneous saccharification of corn stalk fermented by modified yeasts. The combination of laccase pretreatment and the addition of rhamnolipids increased ethanol production. The et al. used ammonia pretreatment to enhance enzymatic saccharification and biological ethanol production from corn stover, achieving a maximum ethanol concentration of 14.5 g/L. Molaverdi et al. used sodium carbonate pretreatment of cornstalk to improve the fermentation yield of solid ethanol, increasing ethanol concentrations from 24 g/L to 41 g/L under low cellulase loading conditions ( 5
FPU/g de substrat) et de prétraitement au carbonate de sodium. Stenberg et al. ont étudié l'effet de la concentration de substrat et de la cellulase sur la production d'éthanol par saccharification simultanée et ont constaté que la production d'éthanol augmentait avec l'augmentation de la charge de cellulase ; la faible concentration de substrat entraînait la production d'acide lactique et la concentration élevée de substrat inhibait également la production d'éthanol.FPU/g of substrate) and sodium carbonate pretreatment. Stenberg et al. investigated the effect of substrate concentration and cellulase on ethanol production by simultaneous saccharification and found that ethanol production increased with increasing cellulase load; the low substrate concentration resulted in the production of lactic acid and the high substrate concentration also inhibited the production of ethanol.
Dans les références sur l'utilisation des ressources des cultures oléagineuses ligneuses, Hu et al. ont utilisé le fruit de Litsea cubeba pour extraire les substances de base pour les parfums telles que l'éthanol, l'isopropyltoluène et la sphaigne. Zhu et al. ont traité les coquilles de théier à l'huile avec du NaOH pour obtenir les fractions solides et liquides obtenus. La fraction solide a été hydrolysée par la cellulase et fermentée pour produire de l'éthanol, tandis que la fraction liquide a été oxydée pour préparer une pâte de vanilline avec des oligosaccharides. 17,35 g/L d'éthanol ont été obtenus à partir de la fraction solide contenant de la cellulose et une petite quantité de xylane à une concentration de 10%. Dans l'étude de Yan et al, les chercheurs ont utilisé l'éthanol comme méthode de prétraitement, en utilisant l'éthanol à micro-ondes pour prétraiter les coquilles de graines de théier à l'huile, puis les ont hydrolysées enzymatiquement pour préparer des oligosaccharides. Les études publiées ont principalement utilisé les déchets de fruits des cultures oléagineuses ligneuses, tandis que peu de recherches ont été menées sur la biomasse résiduelle telle que les branches et les feuilles produites par les cultures oléagineuses ligneuses. Les études existantes se concentrent sur les effets de la température sur les effets photosynthétiques et la structure interne des feuilles, et aucune étude n'a été trouvée sur l'utilisation de bonne qualité des feuilles d’aleurite.In references on the resource use of woody oilseed crops, Hu et al. used the fruit of Litsea cubeba to extract basic substances for perfumes such as ethanol, isopropyltoluene and peat moss. Zhu et al. treated the tea tree shells in oil with NaOH to obtain the obtained solid and liquid fractions. The solid fraction was hydrolyzed by cellulase and fermented to produce ethanol, while the liquid fraction was oxidized to prepare a vanillin paste with oligosaccharides. 17.35 g/L of ethanol was obtained from the solid fraction containing cellulose and a small amount of xylan at a concentration of 10%. In the study by Yan et al, researchers used ethanol as a pretreatment method, using microwave ethanol to pretreat tea tree seed shells with oil, then enzymatically hydrolyzed them to prepare oligosaccharides. Published studies have mainly used fruit waste from woody oilseed crops, while little research has been conducted on residual biomass such as branches and leaves produced by woody oilseed crops. Existing studies focus on the effects of temperature on photosynthetic effects and internal leaf structure, and no studies were found on the use of good quality aleurite leaves.
La biotransformation des déchets de biomasse de de feuilles d’aleurite en éthanol permet une utilisation de bonne qualité des déchets. Les déchets solides des oléagineux ligneux contiennent des polysaccharides, des acides et des protéines, et ces composants organiques peuvent être valorisés. La biotransformation des déchets solides ligneux d’oléagineux en éthanol est également un bon moyen d'utilisation des ressources. Cependant, peu de recherches ont été rapportées sur la production biologique d'éthanol à partir de déchets solides de cultures oléagineuses ligneuses. Les propriétés physiques et chimiques des déchets solides des oléagineuses ligneuses doivent être analysées en détail, et leurs propriétés physiques et chimiques uniques (forte teneur en toxines, forte teneur en lignine, déséquilibre des nutriments, etc.) imposent des exigences plus élevées à la saccharification et à la dégradation enzymatique, et la loi d'effet et le mécanisme d'amélioration des déchets solides des oléagineuses ligneuses sur la production biologique d'éthanol doivent être étudiés plus en détail.The biotransformation of biomass waste from aleurite sheets into ethanol allows good quality utilization of the waste. Solid woody oilseed wastes contain polysaccharides, acids and proteins, and these organic components can be recovered. The biotransformation of woody solid waste from oilseeds into ethanol is also a good way to use resources. However, little research has been reported on the biological production of ethanol from solid wastes of woody oilseed crops. The physical and chemical properties of woody oilseed solid waste must be analyzed in detail, and their unique physical and chemical properties (high toxin content, high lignin content, nutrient imbalance, etc.) place higher demands on saccharification and enzymatic degradation, and the law of effect and enhancement mechanism of woody oilseed solid waste on biological ethanol production should be further investigated.
Contenu de l’inventionContent of the invention
La présente invention vise à fournir une méthode de production biologique d'éthanol à partir de feuilles d’aleurite qui peut augmenter la production d'éthanol.The present invention aims to provide a method for the biological production of ethanol from aleurite sheets which can increase the production of ethanol.
Afin d'atteindre l'objectif susmentionné, la présente invention propose les solutions techniques suivantes :In order to achieve the aforementioned objective, the present invention proposes the following technical solutions:
Procédé de production biologique d’éthanol à partir de feuilles d’aleurite, caractérisée en ce qu'elle comprend les étapes suivantes : 1) Broyage : Les feuilles d'aleurite sont broyées en poudre à l’aide d’un broyeur puis sont mises de côté ; 2) Mélange : On pèse une certaine masse de poudre de feuilles d’aleurite à l'étape 1) dans un flacon prismatique, et verse une certaine masse d'eau distillée dans le flacon pour la mélanger à la poudre de feuilles d’aleurite afin d'obtenir un mélange ; 3) Produit fini : On pèse avec précision de la cellulase selon le rapport de 0,4:1 de la cellulase et de la poudre de feuilles d’aleurite, puis pèse une certaine masse de levure et les met dans un flacon prismatique, enfin secoue le flacon, de sorte que la cellulase et la levure puissent être entièrement mélangées au mélange pour produire de l'éthanol.Process for the biological production of ethanol from aleurite sheets, characterized in that it comprises the following stages: 1) Grinding: The aleurite sheets are ground into a powder using a grinder and then put next to ; 2) Mixing: We weigh a certain mass of powder of aleurite leaves in step 1) in a prismatic bottle, and pour a certain mass of distilled water into the bottle to mix it with the powder of aleurite leaves in order to obtain a mixture; 3) Finished product: Accurately weigh cellulase according to the ratio of 0.4:1 of cellulase and aleurite leaf powder, then weigh a certain mass of yeast and put them into a prismatic flask, finally shakes the flask, so that the cellulase and yeast can be fully mixed into the mixture to produce ethanol.
De préférence, dans le procédé ci-dessus pour la production biologique d'éthanol à partir de feuilles d’aleurite, la masse de la poudre de feuilles d’aleurite est de 1-20 g, de préférence 1 g, 5 g, 10 g, 15 g, 20 g.Preferably, in the above method for the biological production of ethanol from aleurite leaves, the mass of the aleurite leaf powder is 1-20g, preferably 1g, 5g, 10 g, 15g, 20g.
De préférence, dans le procédé ci-dessus pour la production biologique d'éthanol à partir de feuilles d’aleurite, l'eau distillée est de 200 mL.Preferably, in the above process for the biological production of ethanol from aleurite sheets, the distilled water is 200 mL.
De préférence, dans le procédé ci-dessus pour la production biologique d'éthanol à partir de feuilles d’aleurite, la levure est de 0,5 g. 5 De préférence, dans le procédé ci-dessus pour la production biologique d'éthanol à partir de feuilles d’aleurite, la levure est une levure sèche de vinification à haute activité.Preferably, in the above method for the biological production of ethanol from aleurite leaves, the yeast is 0.5 g. 5 Preferably, in the above process for the biological production of ethanol from aleurite leaves, the yeast is a high potency dry winemaking yeast.
Comme 1l ressort des solutions techniques ci-dessus, par rapport aux techniques existantes, la présente invention étudie la faisabilité de la production biologique d'éthanol à partir de feuilles d’aleurite en utilisant des feuilles d’aleurite comme substrat et une levure active comme microorganisme producteur d'éthanol; elle a principalement étudié les règles de changement des propriétés du gaz, des propriétés du liquide, des métabolites solubles et des propriétés cinétiques pendant la préparation biologique de l'éthanol à partir de feuilles d’aleurite. Les résultats ont montré que le taux de production de gaz augmentait d'abord puis diminuait pendant la préparation, et que le taux de production de gaz maximum de 43 mL/h, la production de gaz accumulée maximum de 1201,5 mL et la concentration d'éthanol maximum de 6,17 g/L étaient obtenus lorsque la concentration de substrat était de 100 g/L.As apparent from the above technical solutions, compared to existing techniques, the present invention investigates the feasibility of the biological production of ethanol from aleurite leaves using aleurite leaves as a substrate and an active yeast as ethanol-producing microorganism; she mainly studied the rules of change of gas properties, liquid properties, soluble metabolites and kinetic properties during the biological preparation of ethanol from aleurite sheets. The results showed that the gas production rate first increased and then decreased during preparation, and that the maximum gas production rate of 43 mL/h, the maximum accumulated gas production of 1201.5 mL, and the concentration Maximum ethanol of 6.17 g/L was obtained when the substrate concentration was 100 g/L.
Description des dessinsDescription of the drawings
Afin d'illustrer plus clairement les solutions techniques dans les exemples ou les technologies de la présente invention, on fera ci-après une brève description des dessins qui sont nécessaires à la description des exemples ou des technologies. Il sera évident que les dessins d'accompagnement de la description suivante ne sont que des exemples de la présente invention, et que d'autres dessins peuvent être obtenus à partir des dessins fournis sans aucun effort de création par les techniciens ordinaires dans ce domaine.In order to more clearly illustrate the technical solutions in the examples or the technologies of the present invention, a brief description will now be given of the drawings which are necessary for the description of the examples or the technologies. It will be apparent that the accompanying drawings of the following description are only examples of the present invention, and that other drawings may be obtained from the drawings provided without any creative effort by ordinary skill in the art.
FIG. 1 montre les propriétés du gaz pendant la production biologique d'éthanol de la présente invention.FIG. 1 shows the gas properties during biological ethanol production of the present invention.
FIG. 2 montre les propriétés du liquide pendant la production biologique d'éthanol de la présente invention.FIG. 2 shows the properties of the liquid during the biological ethanol production of the present invention.
FIG. 3 montre les propriétés des substances solubles pendant la production biologique d'éthanol de la présente invention.FIG. 3 shows the properties of the soluble substances during the biological production of ethanol of the present invention.
Application spécifiquespecific application
Les solutions techniques dans les exemples de la présente invention seront clairement et complètement décrites ci-après en relation avec les exemples de la présente invention, et il est clair que les exemples décrits ne sont qu'une partie des exemples de la présente invention, et non leur totalité. Sur la base des exemples de la présente invention, tous les autres exemples obtenus sans aucun effort de création par les techniciens ordinaires dans ce domaine entrent dans la portée de protection de la présente invention.The technical solutions in the examples of the present invention will be clearly and completely described below in connection with the examples of the present invention, and it is clear that the examples described are only a part of the examples of the present invention, and not their totality. Based on the examples of the present invention, all other examples obtained without any creative effort by ordinary technicians in this field fall within the scope of protection of the present invention.
Exemple 1:Example 1:
Dans l'expérience, on a pris un flacon en verre de 200 ml comme réacteur de production biologique d'éthanol. On a pesé 1 g de poudre de feuilles d’aleurite et l’a ajoutée dans un flacon prismatique de 200 ml préalablement préparé, puis a mesuré 200 ml d'eau distillée avec un cylindre de mesure et l’a versée dans le flacon pour mélanger avec la poudre de feuilles d’aleurite ; on a pesé 0,4 g de cellulase à l'aide d’une balance électronique et l’a ajoutée au flacon prismatique.In the experiment, a 200 ml glass flask was taken as a biological ethanol production reactor. 1g of aleurite leaf powder was weighed and added to a previously prepared 200ml prismatic flask, then 200ml of distilled water was measured with a measuring cylinder and poured into the flask to mix with aleurite leaf powder; 0.4 g of cellulase was weighed using an electronic balance and added to the prismatic flask.
Après l'ajout de la cellulase, on a pesé séparément 0,2 g de levure sèche de vinification à haute activité à l'aide de la balance et les ajoutées au flacon, et enfin on a secoué bien le mélange pour que l'enzyme et la levure soient entièrement mélangées à la solution de réaction afin d'améliorer le rendement en éthanol. On a réglé la température de l'incubateur à 30 °C et a testé les données expérimentales selon le temps prédéfini.After adding the cellulase, 0.2 g of high potency dry wine yeast was separately weighed using the balance and added to the flask, and finally the mixture was shaken well so that the enzyme and yeast are fully mixed with the reaction solution to improve the ethanol yield. The temperature of the incubator was set at 30°C and the experimental data was tested according to the preset time.
Exemple 2:Example 2:
Dans l'expérience, on a pris un flacon en verre de 200 ml comme réacteur de production biologique d'éthanol. On a pesé 5 g de poudre de feuilles d’aleurite et l’a ajoutée dans un flacon prismatique de 200 ml préalablement préparé, puis a mesuré 200 ml d'eau distillée avec un cylindre de mesure et l’a versée dans le flacon pour mélanger avec la poudre de feuilles d’aleurite ; on a pesé 2 g de cellulase à l'aide d’une balance électronique et l’a ajoutée au flacon prismatique.In the experiment, a 200 ml glass flask was taken as a biological ethanol production reactor. 5g of aleurite leaf powder was weighed and added to a previously prepared 200ml prismatic flask, then 200ml of distilled water was measured with a measuring cylinder and poured into the flask to mix with aleurite leaf powder; 2 g of cellulase was weighed using an electronic balance and added to the prismatic flask.
Après l'ajout de la cellulase, on a pesé séparément 0,2 g de levure sèche de vinification à haute activité à l'aide de la balance et les ajoutées au flacon, et enfin on a secoué bien le mélange pour que l'enzyme et la levure soient entièrement mélangées à la solution de réaction afin d'améliorer le rendement en éthanol. On a réglé la température de l'incubateur à 30 °C et a testé les données expérimentales selon le temps prédéfini.After adding the cellulase, 0.2 g of high potency dry wine yeast was separately weighed using the balance and added to the flask, and finally the mixture was shaken well so that the enzyme and yeast are fully mixed with the reaction solution to improve the ethanol yield. The temperature of the incubator was set at 30°C and the experimental data was tested according to the preset time.
Exemple 3:Example 3:
Dans l'expérience, on a pris un flacon en verre de 200 ml comme réacteur de production biologique d'éthanol. On a pesé 10 g de poudre de feuilles d’aleurite et l’a ajoutée dans un flacon prismatique de 200 ml préalablement préparé, puis a mesuré 200 ml d'eau distillée avec un cylindre de mesure et l’a versée dans le flacon pour mélanger avec la poudre de feuilles d’aleurite ; on a pesé 4 g de cellulase à l'aide d’une balance électronique et l’a ajoutée au flacon prismatique.In the experiment, a 200 ml glass flask was taken as a biological ethanol production reactor. 10g of aleurite leaf powder was weighed and added to a previously prepared 200ml prismatic flask, then 200ml of distilled water was measured with a measuring cylinder and poured into the flask to mix with aleurite leaf powder; 4 g of cellulase was weighed using an electronic balance and added to the prismatic flask.
Après l'ajout de la cellulase, on a pesé séparément 0,2 g de levure sèche de vinification à haute activité à l'aide de la balance et les ajoutées au flacon, et enfin on a secoué bien le mélange pour que l'enzyme et la levure soient entièrement mélangées à la solution de réaction afin d'améliorer le rendement en éthanol. On a réglé la température de l'incubateur à 30 °C et a testé les données expérimentales selon le temps prédéfini.After adding the cellulase, 0.2 g of high potency dry wine yeast was separately weighed using the balance and added to the flask, and finally the mixture was shaken well so that the enzyme and yeast are fully mixed with the reaction solution to improve the ethanol yield. The temperature of the incubator was set at 30°C and the experimental data was tested according to the preset time.
Exemple 4:Example 4:
Dans l'expérience, on a pris un flacon en verre de 200 ml comme réacteur de production biologique d'éthanol. On a pesé 15 g de poudre de feuilles d’aleurite et l’a ajoutée dans un flacon prismatique de 200 ml préalablement préparé, puis a mesuré 200 ml d'eau distillée avec un cylindre de mesure et l’a versée dans le flacon pour mélanger avec la poudre de feuilles d’aleurite ; on a pesé 6 g de cellulase à l'aide d’une balance électronique et l’a ajoutée au flacon prismatique.In the experiment, a 200 ml glass flask was taken as a biological ethanol production reactor. 15g of aleurite leaf powder was weighed and added to a previously prepared 200ml prismatic flask, then 200ml of distilled water was measured with a measuring cylinder and poured into the flask to mix with aleurite leaf powder; 6 g of cellulase was weighed using an electronic balance and added to the prismatic flask.
Après l'ajout de la cellulase, on a pesé séparément 0,2 g de levure sèche de vinification à haute activité à l'aide de la balance et les ajoutées au flacon, et enfin on a secoué bien le mélange pour que l'enzyme et la levure soient entièrement mélangées à la solution de réaction afin d'améliorer le rendement en éthanol. On a réglé la température de l'incubateur à 30 °C et a testé les données expérimentales selon le temps prédéfini.After adding the cellulase, 0.2 g of high potency dry wine yeast was separately weighed using the balance and added to the flask, and finally the mixture was shaken well so that the enzyme and yeast are fully mixed with the reaction solution to improve the ethanol yield. The temperature of the incubator was set at 30°C and the experimental data was tested according to the preset time.
Exemple 5:Example 5:
Dans l'expérience, on a pris un flacon en verre de 200 ml comme réacteur de production biologique d'éthanol. On a pesé 20 g de poudre de feuilles d’aleurite et l’a ajoutée dans un flacon prismatique de 200 ml préalablement préparé, puis a mesuré 200 ml d'eau distillée avec un cylindre de mesure et l’a versée dans le flacon pour mélanger avec la poudre de feuilles d’aleurite ; on a pesé 8 g de cellulase à l'aide d’une balance électronique et l’a ajoutée au flacon prismatique.In the experiment, a 200 ml glass flask was taken as a biological ethanol production reactor. 20 g of aleurite leaf powder was weighed and added to a previously prepared 200 ml prismatic flask, then 200 ml of distilled water was measured with a measuring cylinder and poured into the flask to mix with aleurite leaf powder; 8 g of cellulase was weighed using an electronic balance and added to the prismatic flask.
Après l'ajout de la cellulase, on a pesé séparément 0,2 g de levure sèche de vinification à haute activité à l'aide de la balance et les ajoutées au flacon, et enfin on a secoué bien le mélange pour que l'enzyme et la levure soient entièrement mélangées à la solution de réaction afin d'améliorer le rendement en éthanol. On a réglé la température de l'incubateur à 30 °C et a testé les données expérimentales selon le temps prédéfini.After adding the cellulase, 0.2 g of high potency dry wine yeast was separately weighed using the balance and added to the flask, and finally the mixture was shaken well so that the enzyme and yeast are fully mixed with the reaction solution to improve the ethanol yield. The temperature of the incubator was set at 30°C and the experimental data was tested according to the preset time.
Matériaux et méthodeMaterials and method
MatériauxMaterials
Les feuilles d’aleurite sont broyées avec un broyeur pour détruire la structure cristalline de la cellulose et réduire la cristallinité. La poudre de cellulose broyée ne gonfle pas et est de petite taille, ce qui augmente la concentration de substrat et améliore la vitesse de saccharification.Aleurite sheets are crushed with a grinder to destroy the crystal structure of cellulose and reduce crystallinity. The crushed cellulose powder does not swell and is small in size, which increases the concentration of substrate and improves the rate of saccharification.
Cellulase : (51 FPU/mL, Novozymes Biotechnology Co., Ltd, Denmark).Cellulase: (51 FPU/mL, Novozymes Biotechnology Co., Ltd, Denmark).
Levure : une levure sèche de vinification à haute activité d'Anchor a été utilisée dans cette expérience ;Yeast: A high potency dry winemaking yeast from Anchor was used in this experiment;
Méthode d'essaiTest method
La concentration d'éthanol a été déterminée à l'aide d'un chromatographe en phase gazeuse d'Agilent (7090B) avec une température de four à colonne de 40 °C, des températures d'entrée de l'échantillon et du détecteur de 250 °C et 300 °C respectivement, une pression de 10 psi, un débit de colonne chromatographique de 2,396 mL/min et une température de four de vanne de 44,1 °C. Le pH de la solution de réaction a été mesuré à l'aide d'un pH-mètre (PHSJ-6L, ShanghaiEthanol concentration was determined using an Agilent gas chromatograph (7090B) with a column oven temperature of 40°C, sample inlet and detector temperatures of 250°C and 300°C respectively, a pressure of 10 psi, a chromatographic column flow of 2.396 mL/min and a valve oven temperature of 44.1°C. The pH of the reaction solution was measured using a pH meter (PHSJ-6L, Shanghai
INESA Scientific Instruments Co, LTD., Chine), le potentiel redox de la solution de réaction a été mesuré à l'aide d'un appareil de mesure du potentiel redox (SX712,INESA Scientific Instruments Co, LTD., China), the redox potential of the reaction solution was measured using a redox potential meter (SX712,
Shanghai San-Xin Instrumentation, Inc, Chine) et la concentration en sucres réducteurs a été mesurée à l'aide d'un spectrophotomètre visible (721, ShanghaiShanghai San-Xin Instrumentation, Inc, China) and the concentration of reducing sugars was measured using a visible spectrophotometer (721, Shanghai
Metash Instruments Co., Ltd, Chine) à OD540 nm.Metash Instruments Co., Ltd, China) at OD540 nm.
Analyse des propriétés cinétiquesAnalysis of kinetic properties
La cinétique de production de gaz a été analysée à l’aide de l’équation deThe kinetics of gas production was analyzed using the equation of
Gompertz. On a utilisé l’équation de Gompertz pour l’analyse de la production de gaz et la présentation des données de sorte que la production potentielle cumulative maximale de gaz P, le taux maximal de production de gaz Rmax et la période de retard À soient exprimés sous forme chiffrée :Gompertz. The Gompertz equation was used for gas production analysis and data presentation so that the maximum cumulative potential gas production P, the maximum gas production rate Rmax and the lag period λ are expressed in encrypted form:
H(t) =P x exp (-exp [Rmax Xe (à-t) + 1]) (1)H(t) =P x exp (-exp [Rmax Xe (at-t) + 1]) (1)
L'équation (2) est la dérivée de l'équation de Gompertz et R(t) représente le taux de production de gaz.Equation (2) is the derivative of the Gompertz equation and R(t) represents the gas production rate.
R(t) = Bax Xe x exp (max xe (A-f) + 1) x H(t) (2)R(t) = Bax Xe x exp (max xe (A-f) + 1) x H(t) (2)
Le taux moyen de production de gaz caractérise le taux moyen de production de gaz sur l'ensemble de la période de production de gaz.The average gas production rate characterizes the average gas production rate over the entire gas production period.
Roverall= P 1 3) (P/Rmax)+ 2 VRoverall= P 1 3) (P/Rmax)+ 2 V
L'interprétation des symboles de l'équation est présentée dans le tableau 1.The interpretation of the equation symbols is shown in Table 1.
Tableau 1 Symbolic annotation of equationTable 1 Symbolic annotation of equation
Symbol NotesSymbol Notes
HO Cumulative photo-fermentation hydrogen production (mL)HO Cumulative photo-fermentation hydrogen production (mL)
P Maximum potential hydrogen production (mL)P Maximum potential hydrogen production (mL)
Rmax Maximum hydrogen production rate (mL/h)Rmax Maximum hydrogen production rate (mL/h)
À Lag phase (h) í Time (h) e 2.718À Lag phase (h) í Time (h) e 2.718
R() Time-dependent hydrogen production rate (mL/h)R() Time-dependent hydrogen production rate (mL/h)
Roverall Average hydrogen production rate (mL/h)Roverall Average hydrogen production rate (mL/h)
V Working volume of the bioreactor (mL)V Working volume of the bioreactor (mL)
Résultats et discussion :Results and discussion :
Comme le montre la figure 1-3 : Effet de la concentration de substrat sur les propriétés du gaz pendant la production biologique d'éthanol.As shown in Figure 1-3: Effect of substrate concentration on gas properties during biological ethanol production.
La production biologique d'éthanol s'est accompagnée de la production de grandes quantités de dioxyde de carbone gazeux. La figure la montre que le taux de production de gaz a eu tendance à augmenter puis à baisser avec le temps, avec un pic vers 12 h, ce qui indique que la production biologique d’éthanol était à son pic dans cette période, ce qui est également mis en évidence par la variation de la concentration d'éthanol dans la figure 3. Avec l’augmentation de la concentration de substrat, le taux de production a eu tendance à augmenter. Le taux maximal de production de gaz de 38,5 mL/h (12 h) a été atteint à une concentration de substrat de 100 g/L, ce qui est étroitement lié à la concentration de substrat.The biological production of ethanol has been accompanied by the production of large amounts of carbon dioxide gas. Figure la shows that the rate of gas production tended to increase and then decrease over time, with a peak around 12 p.m., indicating that the biological production of ethanol was at its peak in this period, which is also evidenced by the variation in ethanol concentration in Figure 3. With increasing substrate concentration, the production rate tended to increase. The maximum gas production rate of 38.5 mL/h (12 h) was reached at a substrate concentration of 100 g/L, which is closely related to the substrate concentration.
Comme le montre la figure 1b, la production cumulée de gaz a eu tendance continue à augmenter avec le temps, et avec l'augmentation de la concentration de substrat. La production cumulée maximale de gaz de 1201,5 ml s'est produite à une concentration de substrat de 100 g/L. Cette tendance est très similaire à la production photosynthétique d’hydrogène à partir de tige de maïs, où les micro-organismes dégradent la biomasse en sucres, qui sont ensuite convertis en produit cible (hydrogène ou éthanol).As shown in Figure 1b, the cumulative gas production tended to continuously increase with time, and with increasing substrate concentration. The maximum cumulative gas production of 1201.5 ml occurred at a substrate concentration of 100 g/L. This trend is very similar to the photosynthetic production of hydrogen from corn stover, where microorganisms degrade the biomass into sugars, which are then converted into the target product (hydrogen or ethanol).
Comme le montre la figure 3 : Effet de la concentration de substrat sur les propriétés du liquide pendant la production biologique d'éthanol :As shown in Figure 3: Effect of substrate concentration on liquid properties during biological ethanol production:
La figure 2a montre l'évolution du pH lors de la production biologique d'éthanol à partir de feuilles d’aleurite. Le pH a eu tendance essentielle à baisser avec le temps, en raison de la conversion des sucres convertis de la cellulase en acides par la levure et de la production simultanée de l'éthanol. À mesure que la concentration de feuilles d’aleurite augmentait, le pH avait tendance à baisser, ce qui indique que la concentration plus élevée de substrat produisait davantage de substances volatiles d'acides gras (FIG. 3). Semblable à la production photosynthétique d'hydrogène , le pH de la production biologique d'éthanol présentait une tendance à la baisse avec le temps, mais le pH de la production photosynthétique d'hydrogène a remonté lentement dans les dernières étapes de la production d'hydrogène en raison de la conversion des bactéries photosynthétiques en hydrogène par à l'aide d'acides gras volatils dans les dernières étapes.Figure 2a shows the evolution of pH during the biological production of ethanol from aleurite sheets. The pH tended essentially to fall over time, due to the conversion of sugars converted from cellulase to acids by the yeast and the simultaneous production of ethanol. As the concentration of aleurite sheets increased, the pH tended to decrease, indicating that the higher substrate concentration produced more fatty acid volatiles (FIG. 3). Similar to photosynthetic hydrogen production, the pH of biological ethanol production exhibited a downward trend over time, but the pH of photosynthetic hydrogen production rose slowly in the later stages of ethanol production. hydrogen due to the conversion of photosynthetic bacteria into hydrogen by using volatile fatty acids in the later stages.
La figure 2b montre les règles de changement du potentiel redox et de la concentration de substrat avec le temps pendant la production biologique d'éthanol à partir de feuilles d’aleurite. Le potentiel redox a eu tendance à la baisse puis à la hausse avec le temps, et a eu tendance à la hausse avec l'augmentation de la concentration de substrat. Au pic du métabolisme microbien, le potentiel redox a eu tendance à la baisse rapide.Figure 2b shows the rules for changing redox potential and substrate concentration with time during the biological production of ethanol from aleurite sheets. The redox potential trended down and then up with time, and trended up with increasing substrate concentration. At the peak of microbial metabolism, the redox potential tended to fall rapidly.
La figure 2c montre la tendance de la concentration en sucres réducteurs pendant la production biologique d'éthanol à partir de feuilles d’aleurite, la concentration en sucres réducteurs a eu tendance à la hausse avec le temps puis à la baisse, et a eu tendance à la hausse continue avec l’augmentation de la concentration. Au début de la production biologique d'éthanol, le taux de conversion de la cellulase en sucres réducteurs était supérieur au taux de dégradation des sucres réducteurs par la levure, la concentration en sucres réducteurs ayant ainsi a eu tendance à la hausse. Cela indique que l'activité microbienne présente une règle de changement similaire pendant conversion biochimique.Figure 2c shows the trend of reducing sugar concentration during the biological production of ethanol from aleurite sheets, the reducing sugar concentration tended to increase with time and then decrease, and tended rising steadily with increasing concentration. At the start of biological ethanol production, the rate of conversion of cellulase to reducing sugars was greater than the rate of degradation of reducing sugars by yeast, thus the concentration of reducing sugars tended to increase. This indicates that microbial activity exhibits a similar change rule during biochemical conversion.
Comme le montre la figure 3 : Effet de la concentration de substrat sur les substances solubles pendant la production biologique d'éthanolAs shown in Figure 3: Effect of substrate concentration on soluble substances during biological ethanol production
La figure 3 montre l'évolution des substances solubles pendant la production biologique d'éthanol à partir de feuilles d’aleurite. Le principal composant des métabolites solubles était l'éthanol, avec de petites quantités d'acide acétique et d'acide butyrique. La concentration en éthanol a eu tendance à la hausse continue avec le temps et avec la concentration en substrat, avec un rendement maximal en éthanol de 6,18 g/L obtenu à une concentration en substrat de 100 g/L. Dans l'étude de Li et al. la concentration d'éthanol a eu tendance à la hausse continue avec le temps, jusqu'à 0,73 g/L. Dans l'étude de Le et al. la concentration d'éthanol la plus élevée de 14,5 g/L a été obtenue en utilisant un prétraitement à l'ammoniac pour améliorer la saccharification enzymatique et la production biologique d'éthanol à partir de la tige de maïs. Les différentes concentrations d'éthanol ont été déterminées par différents substrats, micro-organismes et conditions de traitement.Figure 3 shows the evolution of soluble substances during the biological production of ethanol from aleurite sheets. The main component of the soluble metabolites was ethanol, with small amounts of acetic acid and butyric acid. Ethanol concentration tended to continuously increase with time and substrate concentration, with a maximum ethanol yield of 6.18 g/L obtained at a substrate concentration of 100 g/L. In the study by Li et al. the ethanol concentration tended to increase continuously over time, up to 0.73 g/L. In the study by Le et al. the highest ethanol concentration of 14.5 g/L was achieved using ammonia pretreatment to enhance enzymatic saccharification and biological ethanol production from corn stover. The different concentrations of ethanol were determined by different substrates, microorganisms and processing conditions.
D'après l'analyse de la concentration d'éthanol converti à partir de feuilles d’aleurite par unité, la concentration d'éthanol obtenue à partir de substrat par unité a eu tendance d'abord à augmenter puis à baisser avec l'augmentation de la concentration de substrat de feuilles d’aleurite, et le rendement maximal obtenu à g/L était : 0,35 g d'éthanol par g de poudre de feuilles d’aleurite.From the analysis of the concentration of ethanol converted from aleurite sheets per unit, the concentration of ethanol obtained from substrate per unit tended to first increase and then decrease with increasing of the substrate concentration of aleurite sheets, and the maximum yield obtained at g/L was: 0.35 g of ethanol per g of powder of aleurite sheets.
Effet de la concentration de substrat sur les propriétés cinétiques de la production biologique d'éthanol (comme indiqué dans le tableau 2) :Effect of substrate concentration on the kinetic properties of biological ethanol production (as shown in Table 2):
Tableau 2 Paramètres cinétiques pour la production biologique d'éthanolTable 2 Kinetic parameters for biological ethanol production
Concentration (g/L) Rım(mL/h) AB) RE Pr (mL) 6 0,966 0035,51 25 7,78 0,98 0,99303 45,90 50 20,98 5,01 0,99808 78,64 75 26,27 5,29 0,99614 477,85 100 36,15 3,56 0,99513 1208,27Concentration (g/L) Rım(mL/h) AB) RE Pr (mL) 6 0.966 0035.51 25 7.78 0.98 0.99303 45.90 50 20.98 5.01 0.99808 78.64 75 26.27 5.29 0.99614 477.85 100 36.15 3.56 0.99513 1208.27
L'équation cinétique permet de calculer le taux de production de gaz et la période de retard, etc. pour la production biologique d'éthanol et permet de prédire la production cumulative maximale de gaz, ce qui est important pour la compréhension scientifique de la production biologique d'éthanol. Le tableau 2 montre les paramètres cinétiques de la production biologique d'éthanol. Avec l'augmentation de la concentration du substrat des feuilles d’aleurite, le taux de production de gaz a eu tendance à augmenter. Avec l'augmentation de la concentration du substrat, la production maximale de gaz a eu tendance à la hausse continue et la production de gaz accumulée maximale était obtenue à une concentration de substrat de 100 g/L. Les coefficients de corrélation pour tous les groupes expérimentaux étaient supérieurs à 0,9, ce qui indique que l'équation deThe kinetic equation is used to calculate the rate of gas production and the delay period, etc. for biological ethanol production and predicts maximum cumulative gas production, which is important for the scientific understanding of biological ethanol production. Table 2 shows the kinetic parameters of biological ethanol production. With increasing substrate concentration of aleurite sheets, the rate of gas production tended to increase. With increasing substrate concentration, the maximum gas production tended to continuously increase and the maximum accumulated gas production was obtained at a substrate concentration of 100 g/L. The correlation coefficients for all experimental groups were greater than 0.9, indicating that the equation for
Gompertz est bien adaptée à la production biologique d'éthanol.Gompertz is well suited for the biological production of ethanol.
En résumé, on peut constater que la production biologique d'éthanol à partir de feuilles d’aleurite a de bonnes perspectives. La concentration d'éthanol biologique a augmenté avec la concentration de substrat des feuilles d’aleurite, mais le rendement spécifique a eu tendance à la hausse puis à la baisse. Le rendement maximal de 0,35 g/L a été obtenu lorsque la concentration de feuilles d’aleurite était de 50 g/L. Parallèlement à la production biologique d'éthanol, le pH du bouillon de fermentation a eu tendance à la baisse continue, le potentiel redox a eu tendance à la baisse puis à la hausse, et la concentration de sucre réducteur a eu tendance à la hausse puis à la baisse. Les résultats expérimentaux fournissent une base théorique et technique pour la biotransformation des feuilles d’aleurite.In summary, it can be seen that the biological production of ethanol from aleurite leaves has good prospects. Bioethanol concentration increased with aleurite sheet substrate concentration, but specific yield tended to increase and then decrease. The maximum yield of 0.35 g/L was obtained when the concentration of aleurite sheets was 50 g/L. Along with the biological production of ethanol, the pH of the fermentation broth trended continuously lower, the redox potential trended lower then higher, and the concentration of reducing sugar trended higher then higher. on the decline. The experimental results provide a theoretical and technical basis for the biotransformation of aleurite sheets.
Chaque exemple dans ce manuel est décrit de manière progressive, chaque exemple se concentre sur les différences par rapport aux autres exemples, et il est suffisant de se référer aux parties identiques et similaires de chaque exemple. Pour le dispositif divulgué dans les exemples, la description est plus simple car elle correspond à la méthode de divulgation des exemples, et les parties pertinentes sont décrites dans la section sur la méthode.Each example in this manual is described step by step, each example focuses on differences from other examples, and it is sufficient to refer to the same and similar parts of each example. For the device disclosed in the examples, the description is simpler because it corresponds to the method disclosed in the examples, and the relevant parts are described in the method section.
La description ci-dessus des exemples divulgués permet aux techniciens professionnels de mettre en œuvre ou d'utiliser la présente invention. Une variété de modifications de ces exemples sera apparente pour les techniciens professionnels, et les principes généraux définis dans le présent document peuvent être mis en œuvre dans d'autres exemples sans s'écarter de l'esprit ou de la portée de la présente invention. En conséquence, la présente invention ne sera pas limitée aux exemples présentés ici, mais sera soumise à la portée la plus large compatible avec les principes et les nouvelles caractéristiques divulgués ici.The above description of the disclosed examples enables skilled technicians to practice or use the present invention. A variety of modifications of these examples will be apparent to those skilled in the art, and the general principles defined herein may be implemented in other examples without departing from the spirit or scope of the present invention. Accordingly, the present invention shall not be limited to the examples presented herein, but shall be subject to the broadest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE1029281A1 (en) | 2022-11-07 |
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