When the cells of yeast K35 were immobilized in Ca-alginate gel, cell concentration and viability decreased as alginate concentration increased. Considering the results, 2% (w/v) Ca-alginate concentration would be suitable. Among various concentrations of additives and cross-lin-king agent, the addition of 1.67% (w/v) of bentonite together with 0.33% (v/v) of glutaraldehyde (ABG bead) resulted in the highest ethanol production of 1.8%(w/v), using YPD medium containing 2% glucose. ABG bead seemed to be more resistant to phosphate ion than Ca-alginate bead. 0.33%(w/v) of phosphate was a proper concentration for the ethanol production by ABG bead. Scanning electron microscopic observation depicted that the immobilized cells on the bead surface were coated by alginate gel and that the cells in the internal bead were cross-linked with alginate matrix. When repeated-batch culture was performed with ABG bead for 40 days in a packed-bed reactor, ethanol concentration of about 90~110 g/l-gel was maintained. Cell viability was maintained around 70%, and outgrowing cell concentration was below 6.3% of total cell concentration. Consequently, the results showed that ABG head was a potential carrier for continuous production of ethanol compared to conventional Ca-alginate bead.
Jung, Seung-Won;Lee, Kwang-Geun;Kim, Cheol Woo;Lee, Su Han
Food Engineering Progress
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v.14
no.3
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pp.208-216
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2010
Lab scale experiments were conducted in order to assess the applicability of $CaCO_{3}$-alginate beads as neutralizer for the high cell density cultivation and prepare the direct vat inoculation cultures of isolated sourdough lactic acid bacteria. With increasing the amount of bead and decreasing the diameter of bead in acidic solution, the neutralizing effect of $CaCO_{3}$-alginate bead became higher. In batch process with $CaCO_{3}$-alginate beads, Lactobacillus amylovorus DU-21 isolated from sourdough showed the highest viable cell counts and optical density in MRS broth. The values of viable cell counts and optical density were 9.996 log CFU/mL and 3.97, respectively. Experiments on the conditions which increase viability during lyophilization were carried out and the following results were obtained; 15% glycerol revealed the high cryoprotective effect on the concentrated cultures during lyophilization among the two cryoprotective agents. Consequently, $CaCO_{3}$-alginate beads and 15% glycerol were found to be useful not only to cultivate Lactobacillus amylovorus DU-21 but also to preserve strain.
The adsorption characteristics of sodium chloride into Ca-alginate beads have been investigated and the result were as follows: Sodium chloride uptake by Ca-alginate beads increased with time. The highest uptake volume of sodium chloride was 4.2g after 10 minutes. The uptake volume by Fe, Ca, Ba, and Sr-alginate beads was 5.6g, 4.2g, 4.2g and 4.0g, respectively but in case of Fe-alginate beads, the induced hydrogel beads were very fragile and the strength of Fe-alginate beads were weaker than Ca- and Ba-alginate beads. Mg-alginate bead was not formed and Ca-, Ba- and Sr-alginate beads had a similar uptake volume about 4.2g, respectively. The uptake volume of sodium chloride by CaCl$_2$concentration(0.1M. 0.2M and 1M), curing solution, was 4.8, 4.2g and 4.1g, respectively. The uptake volume by sodium alginate concentration(0.6%, 1% and 2%) was 2.8g, 4.0g, and 4.4g, respectively and Ca-alginate bead size was not effected in uptake sodium chloride. The uptake rate on initial sodium chloride concentration(4%, 8%, 12% and 16%) was 30%, 28%, 27% and 25%, respectively. The uptake rate on basic pH(10.0) was higher than when compared to other neutral pH(6.8) and acidic pH(4.0). The initial uptake velocity of sodium chloride from immobilization beads with salt resistant bacteria was lower than that of non-immobilization beads. The uptake rate of sodium chloride was decreased according to elongation of curing time. Reusability of Ca-alginate beads was possible but according to reutilization, the salt uptake volume of beads was also decreased. The uptake volume of sodium chloride from Doengjang by Ca-alginate beads on time course(3, 6, 12, and 24 hour) was revealed 5g, 6g, 7g and 7g, respectively.
The optimal initial pH for the ethanol production by Saccharomyces K35 was found to be 5.0, and about 80% of yield was obtained when 200g/$\ell$ of glucose was used as a substrate, which showed sugar tolerant. As the additives and cross-linking agent, the addition of 1.67%(w/v) Celite R-634 together with 0.33%(v/v) of glutaraldehyde(ACG bead) resulted in better stability, ethanol productivity and cell viability than Ca-alginate bead. Also, ACG bead seemed to be more resistant to phosphate ion than Ca-alginate bead, considering outgrowing cell concentration in the media. Scanning electron microscopic observation depicted that the surface of ACG bead was almost similar to the original state but not for Ca-alginate bead. When repealpd-batch culture was performed with Ca-alginate bead for 60 days in a 500m1 Erlenmeyer flask, ethanol and cell concentration were maintained about 138g/$\ell$-gel and 29~30g/$\ell$-gel, respectively, up to 40 days(7th run number), and then both were rapidly decreased. In the case of ACG bead, ethanol and cell concentration were maintained about 130~150g/$\ell$-gel and 32~35g/$\ell$-gel, respectively, up to 60days(10th run number). Cell viability was maintained about 70%, and outgrowing cell concentration was below 5.8% of total cell concentration.
The optimal conditions and properties for the immobilization of marine bacterium Pseudomonas aeruginosa BYK-2 have been determined. For the high productioon of biosurfactant, Na-alginate, PVA, modified PVA were used as a carrier. The optimal emulsifying activity on immobilized Pseudomonas aeruginosa BYK-2 showed 1036Unit (about 2.2g/L biosurfactant) in Basal salt medium(B.S.M.) at $25^{\circ}C$, 100rpm. Ca-alginate was selected the optimal bead among PVA, modified PVA and Ca-alginate. The optimal cell load in alginate bead was 10 gCWW/100g carrier. As the results of incubation of immobilized 5g Ca-alginate bead (conditions; 3% alginate, bead diameter: 2.3mm, 10% cell load) in 50m1 production medium, The emulsifying activity of 1407Unit, about 3.0g/L biosurfactant was obtained from immobilized cell after cultivation of 92hr at $25^{\circ}C$, 100rpm.
The immobilization of Lactobacillus bulgaricus was investigated by various method, e.g. by use of polyacrylamide gel and Al-, Ca-, Fe- or Mg-alginate beads, and the most active immobilized cells were obtained by entrapment in a Ca-alginate beads. These immobilized microbial cells, when introduced into 4.5% lactose solution and whey solution showed maximum relative activity of 28% or lactose solution and 18% for whey solution as measured against the native microbial reference standard (100).
Sodium alginate was used to immobilize Bifidobacterium breve ATCC 15700 cells. The ability of the Ca-alginate beads to protect the B. breve ATCC 15700 was evaluated under different conditions including alginate concentration, bead size, pH, hydrogen peroxide, and storage period. The survival of the B. Breve ATCC 15700 was estimated in pasteurized yogurt, containing either the immobilized or free cells, throughout the storage period. The survival cells in bead after exposure to acidic solution (pH 3.0) increased with increase of both the alginate gel concentration and bead size. Also, immobilized cells in alginate bead were more resistant than the free cells to hydrogen peroxide, storage period, and the environment inside yogur. When retreated beads with skim milk and nonretreated beads were tested in acidified pH 3.0 TPY media including acetic and lactic acid, the number of viable cells in the retreated bead was approximately 10-fold higher than that of nonretreated beads. This suggests that the skim milk operated as a material decreasing the diffusion of acid and hydrogen perosicde into alginate gels. From this research, it was found that yogurt itself supported immobilized cells with an improved protection from the extreme acidity in yogurt.
The effects of initial cadmium ion concentrations (50, 100, 200, 300ppm), and feeding velocities (30, 45, 60mL/hr) on the removal ratio of cadmium ion by Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 immobilized in Ca-alginate gel beads in a packed-bed column reactor were investigated at operating temperature $37^{\circ}C$. The removal ratio of cadmium ion with variable initial concentration was decreased in the following order : 50ppm > 100ppm > 200ppm > 300ppm. The optimum removal conditions of cadmium ion by Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 were initial concentration 50ppm, feeding velocity 30mL/hr.
Calcium carbonate $(CaCO_3)$ bead immobilized with alginate were developed as buffer system to enhance the cultivation efficiency of bifidobacteria. When Bifidobacteriuim longum KCTC 3128 and HLC 3742 were independently cultivated in 2.5-liter fermenter buffered the $CaCO_3$ bead, NaOH, $Na_2CO_3$, and $NH_4OH$. The proliferation of bifidobacteria and their storage stability were higher in culture broth buffered $CaCO_3$ beads than in culture broth buffered with NaOH, $Na_2CO_3$, and $NH_4OH$. Therefore, $CaCO_3$ bead may be useful as a buffer to enhance of the cultivation efficiency and viability of bifidobacteria.
Immobilized cells of Arthrohacter nitroguajacolicus ZJUTB06-99 capable of producing nitrilase were used for biotransformation of acrylonitrile to acrylic acid. Six different entrapment matrixes were chosen to search for a suitable support in terms of nitrilase activity. Ca-alginate proved to be more advantageous over other counterparts in improvement of the biocatalyst activity and bead mechanical strength. The effects of sodium alginate concentration, $CaCl_2$ concentration, bead diameter, and ratio by weight of cells to alginate, on biosynthesis of acrylic acid by immobilized cells were investigated. Maximum activity was obtained under the conditions of 1.5% sodium alginate concentration, 3.0% $CaCl_2$ concentration, and 2-mm bead size. The beads coated with 0.10% polyethylenimine (PEI) and 0.75% glutaraldehyde (GA) could tolerate more phosphate and decrease leakage amounts of cells from the gel. The beads treated with PEI/GA could be reused up to 20 batches without obvious decrease in activities, which increased about 100% compared with the untreated beads with a longevity of 11 batches.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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