Serbest ve tutuklanmış zymomonas mobilis ile etil alkol üretimi

Abstract

ÖZET Yüksek Lisans Tezi SERBEST VE TUTUKLANMIŞ ZYMOMONAS MOBILIS ÎLE ETÎL ALKOL ÜRETİMİ Sevilay GÜLSEN Ankara üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Kimya Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Yard. Doç. Dr. Ülkü MEHMETO?LU 1988, Sayfa: 99 Jüri: Yard. Doç. Dr. Ülkü MEHMETO?LU Yard. Doç. Dr. Gönül GENCER Doç. Dr. H. Tunçer ÖZDAMAR Etil alkol üretiminde yaygın olarak S. Cereviciae mayası kullanılmaktadır. Fakat son yıllarda yapılan araş tırmalar, Z. mobilis bakterisinin daha etkili olduğunu göstermektedir. Bu çalışmada, serbest ve kalsiyum alji nat j eline tutuklanmış Z. mobilis ile etil alkol üretim kinetiği incelenmiştir. Etil alkol üretimi, serbest mik roorganizmalar ile kesikli, tutuklanmış mikroorganizmalar ile sürekli düzende gerçekleştirilerek uygun çalışma ko şulları belirlenmiştir. Serbest mikroorganizmalar ile çalkalayıcıda yürütülen kesikli çalışmalarda en uygun koşullar T= 306C, pH=5-6, So=150 g/L olarak bulunmuştur. Maksimum özgül üreme hızı (y _) 0.209 st~l, substrat doy gunluk derişimi (Ks) ise 16.33 g/L dir. Başlangıçta or tamdan azot gazı geçirildiğinde, mikroorganizma özgül üreme hızı ve etil alkol üretim hızının arttığı gözlen miştir. Bu nedenle, kesikli sistemde yapılan çalışmalar başlangıçta ortamdan azot gazı geçirilerek yürütülmüştür. Kalsiyum al j inat jeline tutuklanmış mikroorganizma içe ren dolgulu kolonda sürekli olarak yapılan çalışmalarda, kalma süresi ve substrat derişiminin üretim hızı, üretkenlik ve % etanol verimine etkisi incelenmiştir. Kalma süresinin artmasıyla üretkenlik artmış bir maksimumdan geçtikten sonra azalmıştır. Maksimum üretken lik değeri 26.5 g/L.st olup 1.44 st lik kalma süre- iiiiv sinde elde edilmiştir. Glikoz derişimindeki artışın eta nol derişimi, üretkenlik ve % etanol verimine etkisi in celenmiş ve So=150 g/L glikoz derişiminin üstünde çalış manın uygun olmadığı belirlenmiştir. Dolgulu kolonda, kalma süresine ve substrat derişimine uygulanan ba samak değişime sistemin cevabı da izlenmiştir. Yeni ka rarlı hale ulaşılması için yaklaşık 8 saat geçtiği göz lenmiştir. Tutuklanmış mikroorganizmaların bir enzim de posu gibi davrandıkları düşünülerek tepkime hızı Mıchaelis- Menten denklemi ile ifade edilmiş ve K = 69.4 g/L, r = 1.25 g. glikoz/g. k.h.st olarak bulunmuştur. Ayrıca piston akışlı tepkime kabı tasarım denkliğinden fayda lanarak, farklı substrat derişimi veya akış hızlar ında ki çıkış etil alkol derişimleri teorik olarak hesaplan mış ve deneysel sonuçlarla karşılaştırılmıştır. ANAHTAR KELİMELER: Etil alkol f ermentasyonu, Zymomonas mobilis, Tutuklanmış Z. mobilis, Kalsiyum Al j inat.

ABSTRACT Masters Thesis ETHYL ALCOHOL PRODUCTION WITH FREE AND IMMOBILIZED ZYMOMONAS MOBILIS Sevilay GÜLSEN Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Chemical Engineering Supervisor: Asst. Prof. Dr. Ülkü MEHMETO?LU 1988, Page: 99 Jury: Asst. Prof. Dr. ülkü MEHMETO?LU Asst. Prof. Dr. Gönül GENCER Assoc. Prof. Dr. H. Tunçer ÖZDAMAR S. cereviciae yeast has been generaly used in ethyl alcohol fermentation. Recently, it has been demonstrated that Z. mobilis bacteria was more efficient. In this study, the kinetics of the ethyl alcohol produc tion with free and Calcium alginate immobilized Z. mobilis were investigated. Optimum conditions were determined for the featch system using free microorganisms and for continuous system using immobilized microorganism. The optimum conditions with free microorganisms were found to be T= 30°C, pH=5-6, So=150 g/L. The maximum spegific production rate (ym) was 0.70 h~l and the saturation concentration for the substrate (Kg) was 16.33 g/L. Experiments were conducted by passxng nitrogen throught the system initially, since this method was found to yield higher specific production rate and ethyl alcohol production rate. In the studies carried out with the column reactor using calcium alginate immobilized bacteria, the effects of the residence time and substrate concentra tion on the production rate, productivity and percent ethanol yield were investigated. It was observed that productivity increased with the residence time, reached to a maximum and than decreased. Maximum productivity was obtained as 26.5 g/L.h at t = 1.44 h. The effect of the glucose concentration on the ethanol concentration, vvi productivity and percent ethanol yield were investigated and it was observed that it is not convenient to work above the concentration of S =150 g/L. In the column system, a step input in the residence time or glucose concentration was applied and the response of the system was observed. It was found that the system reached the steady-state in 8 hours. Assuming that the immobilized microorganisms are enzyme stores and that the reaction follows Michaelis-Menten kinetics, Michaelis-Menten constants were found to be K = 69.4 g/L and r = 1.25 g. glucose/h.g.k.h. In addition? using plug f lowmreactor desing equation, exit ethanol concentrations for various residence times or glucose concentrations were calculated therotically and the results were compared with the experimental results. KEY WORDS: Ethly alcohol fermentation, Zymomonas mobilis, Immobilized Z. mobilis, Calcium alginate.