In this study, yeast cell immobilization was carried out in a packed bed reactor (PBR) to investigate the effects of the volumetric capacity of carriers as well as the different fermentation modes on fuel ethanol production. An optimal volumetric capacity of 10 g/l was found to obtain a high cell concentration. The productivity of immobilized cell fermentation was 16% higher than that of suspended-cell fermentation in batch and it reached a higher value of 4.28 g/l/h in repeated batches. Additionally, using this method, the ethanol yield (95.88%) was found to be higher than that of other tested methods due to low concentrations of residual sugars and free cells. Continuous ethanol production using four bioreactors showed a higher productivity (9.57 g/l/h) and yield (96.96%) with an ethanol concentration of 104.65 g/l obtained from 219.42 g/l of initial total sugar at a dilution rate of 0.092 h-1. Furthermore, we reversed the substrate-feed flow directions in the in-series bioreactors to keep the cells at their highest activity and to extend the length of continuous fermentation. Our study demonstrates an effective method of ethanol production with a new immobilized approach, and that by switching the flow directions, traditional continuous fermentation can be greatly improved, which could have practical and broad implications in industrial applications.
Ling Liew Siew;Mohamad Rosfarizan;Rahim Raha Abdul;Wan Ho Yin;Ariff Arbakariya Bin
Journal of Microbiology
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v.44
no.4
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pp.439-446
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2006
In this study, the growth kinetics of Lactobacillus rhamnosus and lactic acid production in continuous culture were assessed at a range of dilution rates $(0.05 h^{-1}\;to\;0.40h^{-1})$ using a 2L stirred tank fermenter with a working volume of 600ml. Unstructured models, predicated on the Monod and Luedeking-Piret equations, were employed to simulate the growth of the bacterium, glucose consumption, and lactic acid production at different dilution rates in continuous cultures. The maximum specific growth rate of L. rhamnosus, ${\mu}_{max}$, was estimated at $0.40h^{-1}$I, and the Monod cell growth saturation constant, Ks, at approximately 0.25g/L. Maximum cell viability $(1.3{\times}10^{10}CFU/ml)$ was achieved in the dilution rate range of $D=0.28h^{-1}\;to\;0.35h^{-1}$. Both maximum viable cell yield and productivity were achieved at $D=0.35h^{-1}$. The continuous cultivation of L. rhamnosus at $D=0.35h^{-1}$ resulted in substantial improvements in cell productivity, of 267% (viable cell count) that achieved via batch cultivation.
The purpose of this study is to identify the relationships among purposes and contents of smart factory building and continuous utilization of smart factory. Specifically, this study identifies two types of purposes of smart factory building as follows: (1) improving productivity, (2) increasing flexibility. In this study, three aspects of smart factory building contents were suggested like this: (1) automation area (facility automation vs. work automation), (2) big data system focus (radical transformation vs. incremental improvement), and (3) value chain integration area (internal value chain integration vs. external value chain integration). In addition, we looked at how firm size moderates the purposes - contents - continuous utilization of smart factory relationship. A questionnaire survey was conducted on 151 manufacturing companies. More specifically, out of 151 companies, 100 are small-and-medium-sized enterprises and 51 large-sized enterprises. All questionnaires were targeted at companies with Smart Factory level above level 2. The analysis results of this study using Smart PLS statistical programs are as follows. First, the purposes of smart factory building including increasing productivity and flexibility had positive impacts on all of the contents of smart factory building. Second, all of smart factory building contents had positive impacts on the continuous use of smart factory except big data system for incremental improvement of manufacturing process. Third, the impacts of smart factory building purposes implementation on smart factory building contents varied depending on whether the purpose is productivity improvement or flexibility. Fourth, it was founded that firm size moderated the relationships of purposes - contents - continuous utilization of smart factory in such a way that large-sized firms tend to empathize the link between flexibility and smart factory building contents for continuous use of smart factory, while small-and-medium-sized-firms emphasizing the link between productivity and smart factory building contents. Most of the previous studies have focused on presenting current smart factory deployment cases. However, it is believed that this research has made a theoretical contribution in this field in that it established and verified a research model for the smart factory building strategy. Based on the findings from a working-level perspective, corporate practitioners also need to have a different approach to smart factory building, which should be emphasized depending on whether their purpose of building smart factory is to increase productivity or flexibility. In particular, since the results of this study identify the moderating effect of firm size, it is deemed necessary for firms to implement a smart factory building strategy suitable for their firm size.
Two culture modes, continuous and semi-continuous, of the decolorization fungus, Geotrichum candidum Dec 1, were compared to obtain a high treatment efficiency of molasses decolorization and a large productivity of peroxidase (DyP) to simultaneously decolorize dyes and molasses. The continuous culture of G. candidum Dec 1 using a 5-I jar-fermentor showed high DyP activity at a low dilution ratio of $0.005h^{-1}$, and decolorization ratio of molasses of 80% was obtained concomitantly. Therefore, a semi-continuous culture was performed by repeated refill and draw. In this mode, approximately 1.5 liters of the culture broth was replaced per cycle when the decolorization ratio of molasses was near 80%. The molasses medium (1.0 liter per day) was treated and the peroxidase productiveity in the drawn culture broth was 26.6U/day, whereas the peroxidase productiveity was 17.9U/day in the continuous culture with a dilution rate of $0.005h^{-1}$. The semi-continuous treatment system was an efficient decolorization method for the strain, G. candidum Dec 1.
Improvement of productivity in ethanol fermentation was attempted using a hollow fiber bioreactor (HFR) where Saccharomyces cerevisiac var. ellipsoideus cells were recycled to achieve a high yeast concentration. Industrial wort was used as the fermentation media without supplying any additional nutrients. The performances in hollow fiber recycle reactor (HFR) were compared with those of batch and continuous cultures. In a continuous culture with 11$^{\circ}$P and 15$^{\circ}$P wort media final ethanol concentrations were 4.71% and 5.82% (v/v) and yields 86.2% and 78.6% respectively when the dilution rate (D) was 0.1 h$^{-1}$, in contrast, the ethanol concentration and productivity in HFR were 7.64%(v/v) and 6.1g/l/h at D=0.1h$^{-1}$ with 15$^{\circ}$P media. When the dilution rate was increased to 0.2 h$^{-1}$, the concentration and the Productivity were 7.62% (v/v) and 12.2g/l/h. At D=0.3h$^{-1}$ the sugar was completely consumed and the productivity was 18.1g/l/h. This correponds to 4 times that in continuous system and 16.3 times that in the batch system performed in comparable conditions.
The optimal cell concentration and dilution rate for maximum ethanol productivity were obtained using dynamic simulation in cell recycled continuous bioreactor. The good control performance was observed using rule-based STR (self-tuning regulator) compared to conventional STR. Rule-base contained the scheme to implement the STR in an efficient on-off way and the scheme for the controlled variable to reach the optimal value in a short time. Since a mathematical model was used to analyze and estimate the changes of the state variables and the parameters, it was possible to understand the physical meaning of the system.
Bacillus subtilis SH-1 screened from coastal sea water of South Korea was used to produce bacteriolytic enzyme. The production of bacteriolytic enzyme by immobilized cells was investigated. The optimum conditions for the continuous production of the bacteriolytic enzyme using immobilized cells were 2.4 mm diameter of 0.3% alginate beads, 20 ml/h of substrate feeding rate and 20 l/min of aeration rate. A productivity of 76.5 to 88.0 units/ml could be obtained for 25 days by continuous column reactor under the optimum conditions.
The experimental study reported herein was to investigate to separation characteristics of a tangential flow membrane in a continuous recycle situation. Physical and dynamic analyses are performed on the membrane system in order to relate relevant variables to the capacity of separation. The results of separation process may be summarized by a proposed equation:Sh=A(Re.Sc.dh/L)1/3. It was shown also by the analyses that effective separation of sugar and cell was attainable by means of tangential membranes, thereby enhancing ethanol productivity in fermentation with continuous cell and substrate recycle.
Emulsan is an extracellular emulsifying agent produced by the hydrocarbon-degrading Acinetobacter species RAG-1. In this study emulsan production of Acinetobacter calcpaceticus RAG-1 was investigated under various culture modes such as batch, fed-batch, membrane cell recycle, and continuous culture. The productions of emulsan under both ethanol-sufficient fed-batch and membrane cell recycle cultures were all 15.0U/ml, which was 53% increase in emulsan activity compared to that of pH controlled batch culture. Emulsan production was found to be strongly dependent on the residual ethanol concentration. In continuous culture the emulsan productivity increased with dilution rate.
In the present study, the biomass productivity of two green microalgae (Chlorella sp. and Dunaliella salina DCCBC2) were assessed in a 12 L tubular photobioreactor under optimum culture conditions. In the batch culture optimization process, the Chlorella sp. biomass was obtained as 1.2 g/L under atmospheric air as a sole $CO_2$ source and other culture conditions as follows: light intensity, temperature, pH, $NH_4Cl$ and $K_2HPO_4$ were 100 ${\mu}E/m^2/s$, $27^{\circ}C$, 7.0, 20.0 mM and 2.0 mM, respectively. On the other hand, 2.9 g/L of D. salina DCCBC2 biomass production was observed under the following conditions: light intensity, temperature, pH, $KNO_3$ and $K_2HPO_4$were 80 ${\mu}E/m^2/s$, $27^{\circ}C$, 8.0, 3.0 mM and 0.025 mM, respectively. At 1% $CO_2$ supply to the reactor, the Chlorella sp. production was reached 1.53 g/L with 25% increment under the same operating conditions. In addition, the maximum D. salina DCCBC2 biomass was observed as 3.40 g/L at 3% $CO_2$ concentration. Based on the aforementioned optimized conditions, the dilution rate and maximal biomass productivity of Chlorella sp. and D. salina DCCBC2 in the continuous cultivation were 0.4/d and 0.6 g/L/d and 0.6/d and 1.5 g/L/d, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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