Impact of glucose concentration on productivity and yield of hydrogen production by the new isolate Clostridium beijerinckii Br21

Abstract

This paper presents a detailed analysis of the batch kinetic fermentative assays data used to evaluate how glucose concentration influences fermentative H 2 production, including the non-dissociated acid concentration threshold, with the new isolate Clostridium beijerinckii Br21. Fermentative batch assays for hydrogen (H 2 ) production were conducted with initial glucose concentrations of 5.2, 27.2, 54.4, 97.2, or 154.4 mmol/L without pH control. The dry cell mass (X), glucose (S), and product (H 2 ) concentrations and the pH were monitored for 60 h. Increasing initial glucose concentration raised the maximum specific H 2 production rate to values as high as 1.19 mmol H 2 /mg X Á h. However, the H 2 production yield (Y H2/S ) decreased from 2.23 to 0.2 mmol H 2 /mmol glucose. The initial glucose concentration that provided the best compromise between Y H2/S and H 2 productivity was 37 mmol/L (6.7 g/L). The lactic acid, acetic acid, and butyric acid concentrations enhanced at higher initial glucose concentrations, leading to the largest pH decrease. Lower pH favoured non-dissociated acids, which switched the Clostridium metabolism to solventogenesis. The threshold acid concentrations for C. beijerinckii Br21 solventogenesis were non-dissociated butyric acid at 8 mmol/L and total non-dissociated acetic and butyric acids at 13 mmol/L. Glucose supply and pH control in continuous or fed-batch biorreactors could culminate in higher H 2 productivity and yield by C. beijerinckii Br21.

Enhancing 1,3-Propanediol Productivity in the Non-Model Chassis Clostridium beijerinckii through Genetic Manipulation

“…Among Clostridium species, Clostridium beijerinckii is a versatile biocatalyst that can produce a wide range of products depending on the substrate, such as organic acids, butanol, and 1,3-PDO from glycerol fermentation [ 17 ]. Our research group has been working with an isolate [ 18 ], C. beijerinckii Br21, which has been studied for its potential to produce hydrogen [ 18 , 19 ], butyric acid [ 19 , 20 , 21 , 22 ], and 1,3-propanediol [ 23 , 24 ]. The advantage of using our isolate, C. beijerinckii Br21, is that it lacks the adc gene that encodes for acetoacetate decarboxylase ( Figure 1 ) [ 25 ].…”

Otimização da produção de hidrogênio a partir de resíduos de banana: avaliação da diversidade de bactérias autóctones e distribuição funcional

“…Para condição de pH inicial 7,0 (ensaio validação) verificou-se aumento da população beijerinckii têm sido fortemente associados a produção de H2 (Aly et al, 2018;Wong et al, 2018;Fonseca et al, 2018), e, portanto, assumem seu papel principal como produtores de H2 na fermentação da banana. As demais espécies menos abundantes, tais como C. pasteurianum têm sido associadas a produção de ácidos carboxílicos, etanol e butanol (Sun et al, 2018;Krasnan et al, 2018) contribuindo com a diversidade metabólica durante a fermentação do resíduo de banana.…”

“…Entretanto, quando aumentou a concentração de celobiose de 2,0 g.L -1 para 3,5, 5,0 e 6,5 g.L -1 verificou-se redução do YH2 para 80,08, 51,52 e 39,63 mL.g -1 , respectivamente. Alguns autores (Sharma e Li, 2009;Cappelletti et al, 2011;Rosa e Silva, 2017;Fonseca et al, 2018) também observaram diminuição do rendimento do hidrogênio quando aumentaram a concentração da fonte inicial de carbono. Esses autores concluíram que o aumento da concentração do substrato favorece a síntese de ácidos carboxílicos, por sua vez, o acúmulo destes ácidos pode levar a diminuição do pH e consequentemente inibição da biomassa fermentativa, justificando a diminuição do Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos Programa de Pós-graduação em Hidráulica e Saneamento valor do pH inicial de 7 para abaixo de 5,0 nos ensaios com maior concentração de celobiose (2-6,5 g.L -1 ), enquanto no ensaio com menor concentração (0,5 g.L -1 ) o pH foi de 7 para 6,7 (Tabela 5.21).…”

“…RM1 (A) 0,5 g.L -1 , (B) 2,0 g.L -1 (C) 3,5 g.L -1 , (D) 5,0 g.L -1 e (E) 6,5 g.L -1 . Fonseca et al (2018), o início da solventogênese tem sido principalmente correlacionada com a concentração de ácido butírico não dissociado no meio em baixos valores de pH (<5.0). Nesta pesquisa, foi observada menor concentração de etanol em todos os ensaios, com produção máxima de 117,19 mg.L -1 no ensaio com 0,5 g.L -1 de celobiose, correspondendo ao ensaio com menor produção de H2.…”