The fermentation characteristics of ethanol production by the use of immobilized Zymomonas mobilis KCTC 1534 cells were investigated in terms of formation factors such as substrate and product concentration. In batch fermentation, the maximum values of specific ethanol productivity, specific substrate uptake rate, ethanol yield, and glucose conversion rate were $29.14g/{\ell}{\cdot}h$, $60.24g/{\ell}{\cdot}h$, 0.48g/g, and 98.4%, respectively, with 17% glucose medium, and its ethanol productivity was $2.91g/{\ell}{\cdot}h$ in the case of 25 hour fermentation time. Repeated batch fermentation was possible for 30 days with 2.24-$2.94g/{\ell}{\cdot}h$ ethanol productivity. In semicontinuous fermentation, the maximum ethanol productivity was shown to be $15.7g/{\ell}{\cdot}h$ at $0.36h^{-1}$ effective dilution rate with 17% glucose concentration. In this case, ethanol yield coefficient and glucose conversion rate were 0.39 g/g, 64.7%, respectively.
A carrier-supported mycelial growth of Penicillium chrysogenum was applied to penicillin fermentation system. Among various materials tested, celite was found to be most effective for both spore adsorption and bioparticle development. Hyphal growth through pore matrices of the material showed strong anchorages and provided highly stable biofilm growths. When 5-10% celite was employed, both cell growth and penicillin production were observed to increase significantly comparing to the dispersed filamentous growth. Specific productivity of penicillin, however. was found to be kept almost constant at a value of 1,900 unit/g cell/hr. A semicontinuous fermentation in a fluidized-bed reactor. using the tarrier-supported biofilm growth, was conducted successfully although free mycelia appeared in the late phase of the fermentation made the reactor operation difficult. Control of the size of bioparticles was considered as a major operating factor to maintain the reactor productivity at a desired level.
The effective p.eduction of 5'-GMP(5'-Guanylic acid) by enzymatic conversion of 5'-XMP(5'-Xanthyic acid) was investigated. The Iyophilized Brevibacterium ammoniagenes ATCC 19216 which were used as the XHP aminase source, was immobilized by entrapping in K-carrageenan, agar, polyacrylamide or Ca-alginate. $3\%$ K-carrageenan was selected as the most suitable matrix. In the production of 5'-GMP using the free cells of 3. ammoniagenes ATCC 19216, the optimum conditions were $42^{\circ}C$, PH 7.0, 100mg/ml glucose, 120mg/ml cell ,8mg/ml $MgSO_4\cdot7H_2O$, 5mg/ml POESA, 5mg/ml phytic acid. Under the conditions, $94.5\%$ of 5'-GMP was converted within 8 hours. In the production of 5'-GMP using the immobilized whole cells of B. ammoniagenes ATCC 19216, the optimum conditions were $37^{\circ}C$, pH 7.5, 50mg/ml glucose, 1mg/ml $KH_2PO_4$, 10mg/ml phytic acid, 60mg/ml cell, 8mg/ml $MgSO_4\;\cdot\;7H_2O$, 5mg/ml POESA. Under the conditions, $64.7\%$ of 5'-GMP was converted within 40 hours.
For the treatment of poorly biodegradable polyvinyl alcohol(PVA) in dye-processing wastewater, immobilized microbial beads were prepared by uslng agar-acrylamide method. PVA removal efficiency for the synthetic wastewater was 85% at the PVA volume loading rate of $3.1g/\ell$.day. In case of real desizing wastewater, PVA removal efficiency was 81.3% at the PVA volume loading rate of $3.25g/\ell$.day. In observation of cross section of immobilized bead passed 5 months with diameter of 2.4mm, the growth of cell was limited by the resistance of substrate and oxygen transfer for the inners region of more than 48% of bead radius from the surface. It was estimated that 70% of total removed PVA was degraded by the immobilized cells in the continuous immobilized reactor. Substrate utilization rate in the suspended reactor was decreased with increasing dilution rates above 0.083 hr-1, but that in the immobilized reactor was increased with increasing dilution rates up to 0.125hr-1. The substrate removal efficiency of immobilized reactor was much superior to that of suspended reactor with increasing dilution rates. Saturation constant of substrate utilization rate equation, Ks was $6.6 g PVA/\ell$, and maximum specific substrate utilization. k was 0.175g PVA/g cell.hr
For the photoproduction of molecular hydrogen by photosynthetic bacteria in outdoor conditions, we constructed automatically controlled semi-continuous culture system. When the amount of hydrogen gas produced can be measured by a gas meter with a pulse generator, the same amount of substrate consumed for hydrogen production could be supplied by micro pump related with timers. Using the apparatus, we examined hydrogen production with immobilized cells of Rhodopseudomonas sPhaeroides B6 in outdoor conditions. In spite of severe fluctuation of weather and illumination, the culture was maintained under good control with regard to hydrogen productivity. It was possible to automate the semi-continuous outdoor culture of photosynthetic bacteria for hydrogen production.
We have developed an efficient immobilized cell separator for continuous operation of immobilized fungal cell cultures, and applied this separator to actual fermentation process for the production of cyclosporin A (CyA), a powerful immunosuppressant. In the experiments employing highly viscous polymer (carboxymethyl cellulose) solution, the decantor showed good separating performances at high solution viscosites and fast dilution rates. Air duct and cylindrical separator installed inside the decantor turned out to play key roles for the efficient separation of the immobilized cells. By installing the decantor in an immobilized perfusion reactor system (IPRS), continuous immobilized culture was stably carried out even at high dilution rate for a long period, leading to high productivities of free cells and CyA. Almost no immobilized biomass existed in effuluent stream of the IPRS, demonstrating the effectiveness of the decan- tor system for a long-term continuous fermentation. It was noteworthy that we could obtain these results despite of the unfavorable fermentation conditions, i.e., reduced density of the biosupports caused by overgrowth of cells inside the bead particles and existence of high density of suspended fungal cells (10g/l) in the fermentation broth.
In this study, it was observed that hydrogen productivity varied with changes of input g1ucose concentration and dilution rate in FBR( Fixed Bed Reactor), and CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor). We evaluated and compared reaction rate Parameters and internal external and overall mass transfer resistances of immobilized carrier in both reactors. Apparent $K_m$ decreased with increasing dilution rate in FBR but showed a constant value above $0.4h^{-1}$ of dilution rate in CSTR. The experimental results in FBR showed nearly analogous to those in CSTR, however, the performance of FBR resulted in lower hydrogen productivity and an external effectiveness factor but a higher internal effectiveness factor than in CSTR. The overall effectiveness factor obtained with various input 91ucose concentrations showed similar values in both reactors.
The present study was to investigate the continuous production of alcohol using immobilized carrier manufactured by polymeric materials. Fermentation runs with a crushed rice, with constituents recovered from batch culture and with ones from continuous culture were thus compared. The performances of immobilized carrier were governed by sandwitched synthetic polymers, the evolution of the continuous culture was steadily governed by the production of alcohol in the lag time of batch culture. The main focus was set on the enhancement of the alcohol production by an newly-developed polymeric forms. This polymeric form led to a drastic increase of the microorganism and the production cost in the continuous reactor was thereby reduced. The sandwitched polymeric-formed carrier, which was resistant to external environments, serves as an interesting alternative to maintain the stability of biological process. These whole results were discussed with the aim to better understand the continuous process implied in the microorganism's build-up during cultivation of fermentation broth.
This study was designed to develop a process for the immobilization of xylose isomerase(D-xylose ketol isomerase, EC 5.3.1.5) from Streptomyces griseolus previously isolated by the authors and its application on a pilot plant scale for the production of high fructose corn syrup. The biomass which has endo-excreted xylose isomerase was homogenized under a pressure of $500kg/cm^2$ and 90.8% of the enzyme recovery of the native activity was obtained as compared to 54.7% recovery by the lysozyme treatment. Ionic bonding method was adopted for the enzyme immobilization due to its many reported merits. It was found that the porous resins such as Diaion HP 20, Duolite A-7, Amberlite IRA 93 and 94 were effective in immobilizing the enzyme. In addition, it was disclosed that the regeneration form of $BO_4--$ is effective for Amberlite IRA 93 and $HCO_3-$ for Diaion HP 20. Optimal immobilization condition for Amberlite IRA 93 was pH 8.0 and $55^{\circ}C$ yielding 80.6% of immobilization. Activity decay test showed half life of the immobilized enzyme with Amberlite IRA 93 was more than 24 days at $65^{\circ}C$. The carrier was evaluated to be resuable and its result showed the relative immobilization yields were 98.2, 93.3, 90.7 and 87.5%, respectively at second, third, forth and fifth rebinding test of the enzyme on Amberlite IRA 93. Optimal temperature of the immobilized enzyme was slightly lowered and the range widened to $60\sim70^{\circ}C$, while optimal pH moved toward $8.0\sim8.3$ in its isomerization reaction. The trial production result of high fructose corn syrup in pilot scale immobilization showed that one liter of immobilized xylose isomerase (350 IXIU/ml-R) is capable producing about 293l high fructose corn syrup(75% dry substance) in 30 days.
The Photosynthetic bacterium, Rhodopseudomonas sphaeroides strain B6 was irnmobilized on agar gel. The optimum concentration of agar for hydrogen production was 2% (w/v). Maximum rates of hydrogen production by immobilized (300 ml of gel; 2.85 rng dry cells/ml) and free cells (1l culture; 0.87 mg dry cells/ml) were 47.5 and 48.0 ml/hr/culture, respectively. However, when both cultures were fed by 10 mmoles of lactate as limited electron donor at the later period of incubation, the activity of hydrogen production by free cells was significantly decreased but, immobilized cells continued hydrogen production with almost the same initial rate. Wc examined hydrogen production by immobilized cells of strain B6 under periodic illumination for 12 hr-intervals. When the culture was periodically fed by basal medium containing 9.3 rnmoles of DL-lactate and 1.86 mmoles of L-glutamate as consumed electron donor and nitrogen source, respectively, for every one liter of hydrogen produced, hydrogen was evolved continuously with the average rate of 510 ml/day/300 ml gel (2.9 rng dry cellslml) during the incubation time for 228 hr.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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