Succinic acid production from lignocellulosic biomass by Actinobacillus succinogenes

Abstract

Succinic acid is an expensive and high industrial value organic acid that can be used in many industries such as food, cosmetics, chemistry. It can be produced by bacterial fermentation. When cellulose and xylan in the lignocellulosic biomass are hydrolyzed into glucose and xylose with pretreatment process, they can be used as a carbon source in fermentation. This study was designed for the production of succinic acid from pretreated corncob by Actinobacillus succinogenes ATCC-55618. Corncob was pre-treated by organasolv. The cellulose and xylan were hydrolyzed into monomers using commercial enzymes. The optimal enzyme dosages were sought at 50C and pH 5.2, under which conditions pretreated corncob was hydrolyzed for separate hydrolysis and fermentation (SHF). The same test was repeated at 37C and pH 6.8 to find the required enzyme dosages under the simultaneous saccharification and fermentation (SSF). The cellulose and xylan recoveries were 69.2% and 68.8% for SHF, 31.8 % and 41.4 % for SSF. The SHF was conducted using the enzymatic hydrolysate and succinic acid yield was 0.48 g succinic acid/g sugar. In the SSF, the pretreated corncob was used as the carbon source, the succinic acid yields were 0.75 g succinic acid/g sugar. This study shows that corncob treated with organosolv had a potential as carbon source for succinic acid production by A. succinogenes either via SHF or SSF. Although the conditions in the fermentation step were not optimum for the enzyme activity, the SSF was more successful than SHF considering the succinic acid yield on the carbohydrates.

Süksinik asit gıda, kozmetik, kimya gibi birçok endüstride kullanılabilen pahalı ve endüstriyel değeri yüksek bit organik asittir. Süksinik asit, bakteriyel fermentasyonla üretilebilir. Lignoselülozik biyokütledeki selüloz ve ksilan, bir ön işlemden sonra glikoz ve ksiloza hidrolize edildiğinde, fermentasyonda karbon kaynağı olarak kullanılabilirler. Bu çalışma, Actinobacillus succinogenes ATCC-55618 tarafından ile ön işleme tabi tutulmuş mısır koçandan süksinik acid üretimi için tasarlanmıştır. Mısır koçanı organasolv ile ön işleme tabi tutulmuştur. Selüloz ve ksilan ticari enzimler kullanılarak hidrolize edilmiştir. 50°C ve pH 5.2'de optimum enzim dozajları aranmış ve belirlenen bu koşullar altında, ön işleme tabi tutulmuş mısır koçanı, ayrı hidroliz ve fermentasyon (SHF) için hidrolize edilmiştir. Aynı test daha sonra eş zamanlı sakarifikasyon ve fermentasyon (SSF) için gerekli enzim dozajlarını bulmak adına 37°C ve pH 6.8'de tekrarlanmıştır. Selüloz ve ksilan geri kazanımı SHF için %69.2 ve %68.8, SSF için %31.8 ve %41.4 olarak belirlenmiştir. SHF, enzimatik hidrolizat kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Süksinik asit verimi 0,58 g süksinik asit/g şeker olmuştur.. SSF'de karbon kaynağı olarak ön işleme tabi tutulmuş mısır koçanı kullanılmıştır. SSF için süksinik asit verimi, 0.75 g süksinik asit/g şeker olarak belirlenmiştir.. Bu çalışma, organosolv ile muamele edilmiş mısır koçanının, SHF veya SSF yoluyla A. succinogenes tarafından süksinik asit üretimi için karbon kaynağı olarak bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. Fermentasyon aşamasında kullanılan koşullar, enzimlerin aktivitesi için optimum olmasa da, karbonhidratlar üzerindeki süksinik asit verimi göz önüne alındığında SSF, SHF'den daha başarılı bulunmuştur.