• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제23권10호
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• pp.1445-1453
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• 2013

The scale-up criterion of constant oxygen mass transfer coefficient ($k_La$) was applied for the production of itaconic acid (IA) in a 50 L pilot-scale fermentor by the fungal cells of Aspergillus terreus. Various operating conditions were examined to collect as many $k_La$ data as possible by adjusting the stirring speed and aeration rate in both 5 L and 50 L fermentor systems. In the fermentations performed with the 5 L fermentor, the highest IA production was obtained under the operating conditions of 200 rpm and 1.5 vvm. Accordingly, we intended to find out parallel agitation and aeration rates in the 50 L fermentor system, under which the $k_La$ value measured was almost identical to that ($0.02sec^{-1}$) of the 5 L system. The conditions of 180 rpm and 0.5 vvm in the 50 L system turned out to be optimal for providing almost the same volumetric amount of dissolved oxygen (DO) into the fermentor, without causing shear damage to the producing cells due to excessive agitation. Practically identical fermentation physiologies were observed in both fermentations performed under those respective operating conditions, as demonstrated by nearly the same values of volumetric ($Q_p$) and specific ($q_p$) IA production rates, IA production yield ($Y_{p/s}$), and specific growth rate (${\mu}$). Specifically, the negligible difference of the specific growth rate (${\mu}$) between the two cultures (i.e., $0.029h^{-1}$ vs. $0.031h^{-1}$) was notable, considering the fact that ${\mu}$ normally has a significant influence on $q_p$ in the biosynthesis of secondary metabolites such as itaconic acid.

• Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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• 제11권3호
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• pp.245-250
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• 2006

The effects of aliphatic hydrocarbons (n-hexadecane and n-dodecane) on the volumetric oxygen mass transfer coefficient $(k_L\;a)$ were studied in flat alveolar airlift reactor and continuous stirred tank reactors (CSTRs). In the flat alveolar airlift reactor, high aeration rates (>2vvm) were required in order to obtain efficient organic-aqueous phase dispersion and reliable $k_La$ measurements. Addition of 1% (v/v) n-hexadecane or n-dodecane increased the $k_La$ 1.55- and 1.33-fold, respectively, compared to the control (superficial velocity: $25.8{\times}10^{-3}m/s$, sparger orifice diameter: 0.5 mm). Analysis of the gas-liquid interfacial area a and the liquid film mass transfer coefficient $k_L$ suggests that the observed $k_La$ increase was a function of the media's liquid film mass transfer. Addition of 1% (v/v) n-hexadecane or n-dodecane to analogous setups using CSTRs led to a $k_La$ increase by a factor of 1.68 and 1.36, respectively (superficial velocity: $2.1{\times}10^{-3}m/s$, stirring rate: 250 rpm). These results propose that low-concentration addition of oxygen-vectors to aerobic microbial cultures has additional benefit relative to incubation in purely aqueous media.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2002년도 생물공학의 동향 (X)
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• pp.269-270
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• 2002

Oxygen is a key substrate in animal cell metabolism and its consumption is thus a parameter of great interest for monitoring and control in animal cell culture bioreactor. The use of a gas-permeable membrane offered the possibility to provide the required quantity of oxygen into the culture. while avoiding problems of foaming or shear damage generally linked to sparging. For determining the optimum DO control strategy of this gas-permeable membrane aeration bioreactor, the oxygen transfer rate coefficient was measured with varying $N_2$ ratio in inlet air. The results showed that an increasing mass flow rate of nitrogen reduced the $K_La$ value. and 5% nitrogen in air did not result in any oxygen limitation.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권2호
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• pp.276-280
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• 2021

왕복 요동 교반조의 액체 표면에서의 산소 전달 속도에 대해 연구하였다. 왕복 요동 교반조의 소요 동력은 선회요동 교반조와는 달리 요동 주파수에 비례하지 않았으며, 교반조 내의 유동양상이 선회요동의 선회류와는 다른 좌우 물결류인 관계로 어떤 진동수에서 갑자기 액면이 크게 흔들리며 움직이는 양상을 보이며. 3 s-1 이상의 요동 주파수부터는 소요 동력이 선회요동 교반조보다 적어지는 등 요동 주파수가 소요 동력에 미치는 영향은 매우 복잡하였지만, 생성되는 회전류의 범위에서의 왕복 요동 교반조 소요 동력은 회전 요동 교반조에 대해 보고된 식으로 상관시킬 수 있었다. 왕복요동 교반조에서의 kLa (물질이동 용량계수) 역시 교반 소요 동력이 단순한 형태로 소비되지 않았기 때문에 주파수의 증가에 따라 선형으로 증가하는 선회요동 교반조의 kLa와는 달리 복잡한 형태로 증가하였다. 왕복요동 교반의 kLa가 선회요동 교반의 kLa 보다 컸으며, kLa 값이 커질수록 그 차이도 급격히 커졌다. 결과적으로 왕복 요동에서의 산소 전달 속도는 회전 요동보다 컸으며, 단위 부피당 소요 동력과 상관시킬 수 있었다.

• KSBB Journal
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• 제9권2호
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• pp.211-223
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• 1994

4l 교반식 생물반응기에서, celite담체에 고정화된 Tolypocladium inflatum 균주 배양시의 산소전달 계수($k_La$)가 같은 세포농도 하에서 액상배양시의 값과 비교할 때, 고정상균주의 높은 비산소흡수율에도 불구하고, 2배 이상 증가되었다. 그 결과 고정상배 양의 경우, 용존산소량이 포화상태의 75%를 초과하는 충분한 산소량이 배양기간 내내 유지될 수 있었으나, 액상배양의 경우에는 용존산소량이 포화상태의 50% 이하까지 감소되었다. 임펠러의 교반속도에 따른 $k_La$의 단순 선형 의존 현상이, 250rpm에서 550rpm 범위에서 고정상배양 및 액상배양 모두에서 관찰되었으며, 그 의존정도는 액상배양의 경우 세포 농도와 함수관계인 반면, 고정상배양의 경우에는 세포농도와 무관하였다. 반면에 두 배양시스템 모두에서, 통기율 변화에 따른 산소전달율은 2.5vvm까지는 함수관계를 보였으나 그 의존도는 임펠러 교반속도의 변화에 따른 영향과 비교할 때 훨씬 미미하였으며, 2.5vvm 이상의 통기율에서는 산소전달현상에 별로 영향을 주지 못했다. CyA 생산 면에서 볼 때, 고정상세포는 형태학 또는 생리학적으로 훌륭한 배양상태를 유지할 수 있어서, 동일조건의 액상배양과 비교해서 약 2배 이상 생산성이 증가되였다. 그러므로 교반식 생물반응기를 이용한 celite-고정상배양법 은 고농도배양이 가능하다는 측면에서 볼 때, CyA 대량생산 산업화를 위한 대체 공정으로서 훌륭한 전망을 제시해 준다.