In order to improve bio-ethanol productivity by various cultivation methods in this paper, the culture modes using food wastes, such as batch culture, high-cell-density fermentation, SSF (simultaneous saccharification and fermentation) by fill & draw, continuous culture by fill & draw were performed and their productivities were compared. SSFs by fill & draw were performed by continuous decompression using 1 L evaporator system, and by 10 L bioreactor without decompression. In addition, the continuous cultures by fill & draw mode using SFW (saccharafied food wastes) medium were performed by changes of 40% culture broth with intervals of 12 h (0.03 $h^{-1}$), 6 h (0.07 $h^{-1}$), 3 h (0.13 $h^{-1}$). Consequently, productivities of bio-ethanol were 2.52 g/L-h and 1.30 g/L-h in batch culture and high- cell-density fermentation, respectively. The productivities of SSF by fill & draw showed 2.24 g/L-h and 2.03 g/L-h in continuous decompression with 1 L evaporator and 10 L bioreactor without decompression, respectively. Also, the productivities in continuous culture by fill & draw modes showed 2.02 g/L-h, 4.07 g/L-h and 6.25 g/L-h by medium change with intervals of 12 h, 6 h, and 3 h, respectively. In conclusion, the highest ethanol productivity was obtained in the continuous culture mode by fill & draw with dilution rate of 0.13 $h^{-1}$.
We investigated the possibility of industrial application and economit process of high temperature fermentation by thermotolerant alcohol producing yeasts as previously reported. From the 20% glucose media, the RA-74-2 produced 11.8% (v/v) ethanol at $32^{\circ}C$ (0.5% inoculum) and 10.6% (v/v) ethanol at $40^{\circ}C$ (3% inoculum), respectively. Also, 11.3% (v/v) ethanol was produced for 96 hours in the temperature-gradient fermentation. These results suggest that the RA-74-2 could isuccessfully be applied to save the cooling water and energy in industrial scale without re-investment or modification of established fermentation systems. When potato starch was used as the substrate for the RA-74-2, high temperature fermentation above $40^{\circ}C$ was more appropriate for industrial utilization because organic nitrogen was not necessary to economical fermentation. As the naked barley media just prior to industrial inoculation, taken from the Poongkuk alcohol industry Co., were used, 9.6% (v/v) ethanol was produced at $40^{\circ}C$ for 48 hours in jar-fermentor scale (actually, 9.5-9.8% (v/v) ethanol was produced at 30~$32^{\circ}C$ for 100 hours in industrial scale). The ethanol productivity was increased by the high glucoamylase activity as well as the high metabolic ratio at $40^{\circ}C$ Therefore, if the thermotolerant yeast RA-74-2 would be used in industrial scale, we could obtain a high productivity and saving of the cooling water and energy. Meanwhile, the RA-912 produced 6%(v/v) ethanol in 10% glucose media at $45^{\circ}C$ and showed the less ethanol-tolerance compared with industrial strains. As the produced alcohol was recovered by the vacuum evaporator at $45^{\circ}C$ in 15% glucose media, the final fermentation ratio was enhanced (76% of theoretical yields). This suggest that a hyperproductive process could be achieved by a continuous input of the substrate and continuous recovery of the product under vacuum in high cell-density culture.
Since 2005, food waste has been separately collected and recycled to animal feed or aerobic compost in South Korea. However, the conventional recycling methods discharge process wastewater, which contain pollutant equivalent to more than 50% of food waste. Therefore, anaerobic digestion is considered as an alternative recycling method of food waste to reduce pollutant and recover renewable energy. Recent studies showed that hydrogen can be produced at acidogenic stage in two-stage anaerobic digestion. In this study, the authors investigated the effects of pretreatment time and pH low set value on continuous mesophilic hydrogen fermentation of food waste. Food waste was successfully converted to $H_2$ when heat-treated at $70^{\circ}C$ for 60 min, which was milder than previous studies using pH 12 for 1 day or $90^{\circ}C$. Organic acid production dropped operational pH below 5.0 and caused a metabolic shift from $H_2/butyrate$ fermentation to lactate fermentation. Therefore, alkaline addition for operational pH at or over 5.0 was necessary. At pH 5.3, the result showed that the maximum hydrogen productivity and yield of 1.32 $m^3/m^3$.d and 0.71 mol/mol $carbohydrate_{added}$. Hydrogen production from food waste would be an effective technology for resource recovery as well as waste treatment.
효모 재순환계에 의한 당밀의 연속발효를 하였다. 단계적으로 YPD배지 농도를 10g/l에서 183.5g/l로 증가시킨 후 최종 발효배지는 당밀로 하였다. 최고의 효모농도는 25g/l였고, 운전중 평균 효모농도는 23.5g/l으로 종래 회분식보다 3.4배 높았다. 최적 발효조건은 180g/l의 당밀배지를 공급하였을 때 교반속도 500rpm, 희석을 0.037$h^{-1}$였다. 이 조건을 645시간 연속 운전하였으며 최고 알코올 생산성은 4.9g$l\cdot h$로서 이때의 희석율은 0.091$h^{-1}$, 알코올 농도는 53.9g/l이었다.
Fermentation processes for the production of butanol had an economic importance in the first part of this century. Today butanol is commercially produced from the Oxo reaction of propylene because relatively low priced propylene during the cracking of petroleum. Efforts have been made during the past decade or two to improve the productivity of butanol fermentation processes. It includes strain improvements, continuous fermentation processes, cell immobilization and simultaneous product separation. This review introduces a new butanol fermentation process using pervaporative product separation and a new bacterial strain producing less amount of organic acids. This review also compares the new process with chemical processes. This kind of new fermentation process may be able to compete with the chemical synthesis of butanol and revitalize the butanol fermentation process.
L-라이신 생산성의 향상을 목적으로 생체반응기를 이용한 연속발효시스템의 개발을 시도하였다. 먼저, Corynebacterium glutamicum ATCC 21514균체의 고정화조건에 대하여 검토하였는데 균체를 4% k-carrageenan에 포괄하였을 때 76.2%의 고정화율을 나타내었고, 겔강도는 4.0kg이었다. 이 고정화균체를 사용하여 생체반응기를 제작하여 L-라이신의 연속생산에 응용하였으며, 최적조건하에서 얻은 결과를 회분식의 결과와 비교하였다. 14일간의 연속발표에서 얻는 실험결과 공급당의 L-라이신으로의 전환율은 36.7%이었고, L-라이신의 생산성은 4.96mg/ml/mg-dry cell weight/hr로서 생균체나 고정화균체에 의한 회분식발효의 경우에 비하여 각각 2.5배와 4.1배 높았다.
In an attempt to develop a novel process for ethanol production from starch, a simultaneous saccharification and fermentation (SSF) process using Zymomonas mobilis and amyloglucosidase (AMG) was studied in continuous modes. Compared with a conventional cylindrical column type of fermentor, the tapered column type of fermentor was found to be superior in terms of reactor performance for ethanol fermentation. The tapered columm fermentor packed with coimmobilized Z. mobilis and AMG alleviated the problems which were associated with CO2 evolution and provided a significantly better flow pattern for both liquid and gas phases in the fermentor without channelling. However, the fluidized bed type of tapered column fermentor using flocculent strain of Z. mobiles and immobilized AMG showed lower productivity (5.2g/1/h) than that of packed bed type of tapered column fermentor(9.2g/l/h).
Saccharomyces formosensis를 wood chip과 alginate gel에 고정화 실험을 한 결과, 모두 효모 고 정화도 매우 높으므로 고정화를 인한 Support로서 적절한 것으로 판단되었다. 관형발효기에 효모를 고 정화한 wood chip 및 alginate gel를 충전하여 연속발효 실험을 수행한 경우 0.446-0.485g EtOH/ g glucose로서 비슷하였으나, cell 수율은 alginate gel의 경우가 wood chip의 경우보다 낮아서 down stream의 처리시 유리하였다. 관형발효기의 에탄을 생산성은 wood chip을 이용할 경우 정상상태에서 에탄을 농도 68.3-54.9g/$\ell$ 범위에서 17.1-32.6g EtOH/$\ell$.hr를 나타내었고, alginate gel을 이용할 경우 정상상태에서 에탄올 농도 80.0-56.8g/$\ell$범위에서 에탄올 생산성은 20.0-32.0g EtOH/ hr를 얻었다. 본 실험의 에탄올 생산성은 다른 고정화법에 비하여 높았으며, 고정화 방법 중 alginate gel을 이용한 고정화법은 에탄을 생산을 위하여 효과적인 에탄을 생산 방법으로 사료되었다.
Chen Li-Jie;Xu Ya-Li;Bai Feng-Wu;Anderson William A.;Murray Moo-Young
Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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제10권2호
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pp.115-121
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2005
Using a general Saccharomyces cerevisiae as a model strain, continuous ethanol fermentation was carried out in a stirred tank bioreactor with a working volume of 1,500 mL. Three different gravity media containing glucose of 120, 200 and 280 g/L, respectively, supplemented with 5 g/L yeast extract and 3 g/L peptone, were fed into the fermentor at different dilution rates. Although complete steady states developed for low gravity medium containing 120 g/L glucose, quasi-steady states and oscillations of the fermented parameters, including residual glucose, ethanol and biomass were observed when high gravity medium containing 200 g/L glucose and very high gravity medium containing 280 g/L glucose were fed at the designated dilution rate of $0.027\;h^{-1}$. The observed quasi-steady states that incorporated these steady states, quasi-steady states and oscillations were proposed as these oscillations were of relatively short periods of time and their averages fluctuated up and down almost symmetrically. The continuous kinetic models that combined both the substrate and product inhibitions were developed and correlated for these observed quasi-steady states.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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