D. Micheal Ackermann;Jr., Matthew L. Stedman;Samuel Ko;Ales Prokop;Park, Don-Hee;Robert D. Tanner
Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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제8권3호
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pp.167-172
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2003
Foam fractionation can be used to enrich a hydrophobic protein such as bromelain from an aerated dilute protein solution because the protein foams. On the other hand, a protein such as invertase, which is hydrophilic, is not likely to foam under similar aerated conditions. While a foam fractionation process may not be appropriate for recovering a hydrophilic protein alone, it is of interest to see how that non-foaming protein affects the foaming protein when the two are together in a mixture. The bromelain enrichment, activity and mass recovery were observed as a function of the solution pH in order to explore how invertase can affect the recovery of bromelain in a foam fractionation process.
A droplet fractionation method was previously developed to concentrate a dilute nonfoaming protein solution. In that earlier study with invertase, it was demonstrated that droplets created by ultrasonic energy waves could be enriched up to 8 times that of the initial dilute invertase solution. In this study, a mixture of bromelain (a foaming protein) and invertase (a nonfoaming protein) is investigated as a preliminary step to determine if droplet fractionation can also be used to separate a non-foaming protein from foaming proteins. The foaming mixture containing bromelain is first removed by bubbling the binary mixture with air. After the foam is removed, the protein rich air-water interfacial layer is skimmed off (prior to droplet fractionation) so as not to interfere with the subsequent droplet production from the remaining bulk liquid, rich in non-foaming protein. Finally, sonic energy waves are then applied to this residual bulk liquid to recover droplets containing the non-foaming protein, presumed to be invertase. The primary control variable used in this droplet fractionation process is the pH, which ranged for separate experiments between 2 and 9. It was observed that the maximum overall protein partition coefficients of 5 and 4 were achieved at pH 2 and 4, respectively, for the initial foaming experiment followed by the post foaming droplet fractionation experiment.
Park, Don-Hee;Jr., Douglas.M.Ackermann;Stedman, Matthew.L.;Ko, Samuel;Prokop, Ale;Tanner, And Robert D.
한국생물공학회:학술대회논문집
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한국생물공학회 2002년도 생물공학의 동향 (X)
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pp.515-518
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2002
The method of foam fractionation can be applied to enrich proteins from a dilute protein solution if the proteins are hydrophobic and foam. If a protein, such as invertase, is hydrophilic, a dilute solution containing this protein may not foam. In that case, a batch foam fractionation process may not be appropriate for recovering a concentrated solution of that protein. In this paper, various concentrations of invertase were added to a dilute solution containing bromelain (a hydrophobic protein), in order to determine how the presence of a hydrophilic protein can affect the recovery of the desired hydrophobic protein. The effect of invertase on bromelain recovery was studied here at an initial bulk solution pH of 5 and an air superficial velocity of 4.6 cm/s.
Typically, closed production system units are subject to an accumulation of fine suspended solids and dissolved organics (Weeks et at., 1992). Foam fractionation process is believed to be most effective in marine application for solids removal. In present experiment, the performance of foam fractionator for removal of solids, protein, and other dissolved materials was evaluated at different foam overflow heights and air flow rates in a pilot-scale recirculating aquaculture system for culture of Korean rockfish. (omitted)
The performance of a foam fractionator to remove TAN, $NO_2,\;NO_3$, TSS, protein, and $PO_4-P$ at different superficial air velocities and foam overflow heights was evaluated in a lab-scale seawater recirculating system for culture of Korean rockfish (Sebastes schlegeli). The foam overflow rates increased with the increase of superficial air velocities, but decreased with the increase of foam overflow heights. Concentrations of all the water quality variables in the foam condensates increased with the increase of foam overflow height, but decreased with the increase of superficial air velocities. TSS, protein, and phosphate enrichment factors were within the range of 6.4-39.4, 1.6-7.3 and 1.2-3.9, respectively. Low values of TAN, $NO_2,\;and\;NO_3$ enrichment factors were obtained and they indicate that foam fractionation is rot an effective way to remove dissolved inorganic nitrogen. The calculated maximum daily removal values for TSS and protein were 10.9 and 1.4g, respectively.
In a simulated seawater aquaculture system, effects of different operating factors like the superficial air velocity (SAY), hydraulic residence time (HRT), protein concentration and foam overflow height on the removal of total suspended solids (TSS) by a foam fractionator, with 20 cm diameter and 120 cm height, were investigated. This experiment was performed on batch and consecutive modes for different combinations of the tested factors, using synthetic wastewater. In 5 consecutive trials, TSS concentration in culture tank water decreased faster, when the foam fractionator was operated at higher SAV and lower HRT. In batch trials, with increasing SAV, TSS removal rate increased, but decreased with increasing HRT. Higher protein concentration in the bulk solution resulted in higher TSS removal rate. TSS concentration in the collected foam condensates increased but the foam overflow rate decreased with increasing foam overflow height. Foam fractionation was effective for removing TSS in seawater aquaculture systems and its performance largely depended on the operating parameters, especially superficial air velocity.
Effects of different operating factors including superficial air velocity (SAV), hydraulic residence time (HRT), protein concentration, and foam overflow height on protein removal by a foam fractionator in simulated seawater aquaculture system were investigated. This experiment was conducted on batch and consecutive modes at different combinations of the affecting factors. The foam fractionator had a diameter of 20cm and a height of 120cm and the experiment was conducted with synthetic wastewater. In 5 consecutive trials, protein concentrations in culture tank water decreased faster when the foam fractionator was operated at higher SAVs and lower HRTs. In batch trials, protein removal rates increased with an increase in SAV but decreased with an increase in URT. Higher protein concentrations in the bulk solution resulted in higher protein removal rates. Protein concentrations in the collected foam condensates increased but the foam overflow rates decreased with the increase of foam overflow heights. The results of this experiment indicate that foam fractionation would be an effective way for protein removal in seawater aquaculture systems and the performance of the foam fractionator depends largely on the operating parameters, especially SAV.
친환경적 바이오 계면활성제의 하나인 람노리피드(rhamnolipid)의 제조는 Pseudomonas aeruginos 계열의 박테리아가 가장 많이 사용되며, 바이오 공정을 통해 생산된다. 람노리피드의 화학구조는 rhamnose당과 𝛽-hydroxylated fatty acid의 결합으로 이루어져 있으며, 바이오 공정을 통해 동질체 혼합물 형태로 생산된다. 발효(fermentation)공정 중 거품 제어가 수율을 결정하는 가장 중요한 요인으로 알려져 있다. 본 논문에서는, 박테리아 내부에서 일어나는 람노리피드 합성 메카니즘을 소개하였고, 발효공정에서 문제점으로 인식되었던 거품 제어 방법에 대한 최근 시도들을 살펴보았다. 10년 전과 비교하여, 람노리피드 양산화 가능성은 빠르게 높아지고 있다. 특히, 람노리피드와 같은 바이오 계면활성제는 의약품과 같은 고부가가치 제품으로 응용된다면, 시장의 요구가 더 커질 것으로 기대한다.
기포분리 조작을 이용하여 소 혈청 단백질의 분리농축 현상을 전기영동 패턴에 의하여 분석하였다. 기포분리가 이루어지는 소 혈청 단백질 농도범위는 $20{\mu}g/ml$$800{\mu}g/ml$이었으며 용액의 pH5부근에서 기포분리액의 부피는 최대가 되며 단백질 농축율은 최소치를 기록하였다. 기포분리 온도가 높아질수록 분리액의 부피는 감소하고 농축율은 증가하였으며, 가스유입속도가 25ml/min에서 100ml/min으로 증가 할 수록 기포분리액의 부피는 감소하고 농축율은 증가하였다. 염을 첨가할 때 이온강도 $1{\sim}3$부근에서 농축율은 최대치를 나타내었으며 이는 표면장력의 저하효과와 관계가 있었다. 일반적으로 소수성이 분자량이 작은 BSA, ${\alpha}_1$, 및 ${\alpha}_2-globulin$ 분획이 선택적으로 기포 분리 되는 경향을 나타내었으며 단백질 분획의 이동은 pH, 분리온도 가스유입속도, 첨가한 염의 이온강도 등에 따라 다르게 나타났다.
흡착 기포 분리에 의하여 수용액으로부터 아연(II)을 회수하는 방법에 관하여 연구하였다. 그리고 흡착 기포 분리에서 용매부선 과정과 거품 분별 과정에 채용되었고 이들 분리 과정에서 카프르산을 아연의 회수 물질로 사용하였다. 이온 강도 및 수소이온의 농도가 분리 과정의 효율에 어떤 영향을 미치는지를 기술하였으며, 추출제로 벤젠에 녹은 카프르산을 이용한 용매 추출과정과도 상호 비교하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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