A study on the continuous fermentation with cell recycle by a tower fermentor to produce ethanol has been carried out. ethanol fermentation was conducted with flocculating yeast strain, Saccharomyces cerevisiae TS4, to compare the ethanol productivity with conventional continuous process. Employing a 15% glucose feed, a cell density of 50 g/l was obtaind. The ethanol productivity of the cell recycle system was found to be 26.5g EtOH/1-hr, which was nearly 7.5 times higher than the conventional continuous process without cell recycle. A cell recycle ratio of 7 to 8 resulted in the highest ethanol productivity and cell concentration. Thus the cell recycle ratio was found to be a key factor in controlling the production of clarified overflow liquid. An aeration rate above 3.8 $\times$ 10-3 VVM seemed to decrease the ethanol productivity. The continuous fermentation with cell recycle was successfully used in the separation of cells from fermentation broth with enhancement of mixing in the tower fermentor.
Kim, Hyang-Ok;Kim, Jin-Nam;Wee, Young-Jung;Ryu, Hwa-Won
한국생물공학회:학술대회논문집
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2005.10a
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pp.319-323
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2005
This study is concerned with development of efficient culture methods for lactic acid fermentation of Lactobacillus sp. RKY2. The cell-recycle repeated batch fermentation using cheese whey and corn steep liquor as raw materials was tried in order to further enhance the productivity of lactic acid. In addition, fermentation efficiencies could be considerably enhanced by cell-recycle continuous culture. Through the cell-recycle repeated batch fermentation, lactic acid productivity was maximized to 6.34 $g/L{\cdot}h,$ which corresponded to 6.2 times higher value than that of the batch fermentation. During the cell-recycle continuous fermentation, the last dry cell weight at the end of fermentation could be increased to 25.3 g/L.
Ethanol fermentation of glucose by a strain of Saccharomyces cereuisiae was studied in membrane recycle bioreactor, where the fermentation vessel was coupled with cross flow hollow fiber membrane. The cell recycle system controlled backflushing with fresh medium was proven to be effective in alleviating membrane fouling and allowing long term operation of high-cell continuous fermentation. Using 100 g/l initial glucose concentration, the maximum productivity of about 9 5 g/$l \cdot h$ has been achieved at dilution rate 2.5 $h^{-1}$ and bleed stream ratio 0.05 with the corresponding ethanol concentration of 35g/l and glucose conversion of 100%. Increasing the glucose concentration to 200 g/$l \cdot h$ resulted in an increase in ethanol concentration to 48 g/l and productivity to 120 g1l.h. Substrate conversion, however, was only 69%. This productivity was the highest value in the study, and about 38 fold more than that of batch culture and 17 fold more that of single stage continuous culture without cell recycling. No further increase in the productivity was obtained when the glucose concentration was increased reased to 300g/l.
Fed-batch fermentations were carried out in order to improve the efficiency of hirudin production by recombinant Saccharomyces cerevisiae. A fed-batch fermentation done with the optimized semi-synthetic medium resulted in a maximum hirudin concentration of 342mg/$\ell$ by keeping a galactose concentrations between 10 and 30g/$\ell$ which corresponded to a 11.4-fold increase in hirudin concentration compared with the simple bach fermentation done with the same medium. Comparison of the chromatographic pattern of proteins in the growth medium clearly showed that the use of the semi-synthetic medium is more advantageous for separation of hirudin than the case o fusing the complex medium. Continuous cell recycle fermentation done at dilution rate of 0.1h-1 and an inlet galactose concentration of 100g/$\ell$ yielded a maximum hirudin productivity of 19.1mg hirudin/$\ell$$.$h.
Both lactic acid productivity and cell growth were linearly correlated with yeast extract supplementation in batch fermentation. During conventional continuous operation, although fresh feed was introduced into the bioreactor with a significantly low dilution rate (0.04 $h^{-1}$), the amount of yeast extract employed was not enough to maintain the growth of microorganism. However, when the fresh feed contained 100 g/l glucose and 2 g/l yeast extract during cell-recycle continuous operation at a dilution rate of 0.04 $h^{-1}$, more than 90 g/l lactic acid was continuously produced, with the average productivity of 3.72 $g/l{\cdot}h$. In this experiment, 82 g of yeast extract (77% of reduction yield) could be reduced for the production of 1 kg of lactic acid compared with batch fermentation of a similar volumetric productivity.
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.
Kim, Moon-Il;Kim, Nag-Jong;Shang, Longan;Chang, Yong-Keun;Lee, Sang-Yup;Chang, Ho-Nam
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.19
no.11
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pp.1369-1373
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2009
Succinic acid was produced by continuous fermentation of Actinobacillus succinogenes sp. 130Z in an external membrane cell recycle reactor to improve viable cell concentration and productivity. Using this system, cell concentration increased to 16.4 g/l at the dilution rate $0.2\;h^{-1}$, up to 3 times higher than that of batch culture, and the volumetric productivity of succinic acid increased up to 6.63 g/l/h at the dilution rate $0.5\;h^{-1}$, 5 times higher than that of batch fermentation. However, in the continuous culture using a high dilution rate, operational problems including severe membrane fouling and contamination by lactic acid producer were observed. Another succinic acid producer, Mannheimia succiniciproducens MBEL55E, was also utilized in this system, and the cell concentration and productivity of succinic acid at the dilution rate of $0.3\;h^{-1}$ were found to be above 3 and 2.3 times higher, respectively, compared with those obtained at the dilution rate of $0.1\;h^{-1}$. These observations give a deep insight into the process design for a continuous succinic acid production by microorganisms.
One of the objectives of this work is to obtain information relevant to the industrial production of alcohol from sugar. The fermentation of alcohol by a strain of saccharomycess cerevisiae ATCC 24858 was studied In a continuous single-stage process with recycle of the cells via tangential flow microfiltration membranes. The experimental results reported in this study pertain to continuous cultures with total cell-recycle by varying the dilution rate (D=0.3, 0.5, and 0.7 $hr^{-1}$) and glucose concentration (50, 100, 150, and 200g/l sugar solution). Productivity using a repeated cell recycle system was found extremely high, 1.e., over 10 to 29 times higher than that of a smile batch system. When a sugar concentration of 200g/1 at dilution rate, 0.7 hr-1 was used, 83.9g/l ethanol was formed with an ethanol yield of 0.42(82% of theoretical) based on sugars utilized.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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