Experimental studies of continuous ethanol production by immobilized saccharomyces cerevisiae

Abstract

vıı ÖZET Enerji krizi yıllarından beri, yenilenebilir kaynaklardan etanol üretimi giderek önem kazanmıştır. Son yıllarda fermentasyonla etanol üretimi konusundaki çalışmalar artmaktadır. Geleneksel sürekli ve kesikli kültür tekniklerinin ekonomik olarak verimli olmadığının anlaşılması ile, bu konudaki çalışmalar özellikle fermentörlerin geliştirilmesi konusunda yoğunlaşmıştır. Sürekli sistemler daha ucuza mal olan bioreaktör dizaynı olanağı, ekonomik bakım ve operasyon gereksinimleri, yüksek prodüktivite ve daha iyi proses kontrolü bakımından geleneksel kesikli sistemlere göre daha avantajlıdır. Bu avantajların birçoğu sürekli reaktörlerdeki daha kararlı ve aktif hücre yoğunluğunun yüksek olmasından kaynaklanmaktadır. Yüksek hücre yoğunluğu hücre tutuklanması, hücrelerin geri kazanılması ve işleme yeniden sokulması ve/ya da kontrollü hücre büyümesi gibi değişik yaklaşımlar kullanılarakviii sağlanabilir. Pasif tutuklanma tekniğiyle, topaklanan bir S. cerevisiae türünün özel bir dolgu maddesi üzerine tutuklanması bölümümüzde daha önce yapılan çalışmalarla geliştirilmiştir. Bu sistemde glukozdan etanol üretimi model proses olarak alınmıştır. Bu çalışmada amaç, önceki çalışmalarda geliştirilen deneysel sistemlerin, aynı susun sürekli reaktörde ve sabit bir deney süresinde büyüme ve etanol üretimi ile ilgili deneysel verilerini toplamak için kullanılmasıdır. Deneyler çeşitli seyreltme hızlarında ve glukoz derişimlerinde gerçekleştirilmiştir. Deneysel sonuçlar; 15 saat deney sürelerinde ve kullanılan deneysel şartlarda, en yüksek etanol derişimi ve en yüksek glukoz tüketimine, kullanılan en düşük seyreltme hızında (0.2 saat-x) ve %8 glukoz derişiminde ulaşıldığını göstermiştir.

V ABSTRACT Since the energy crisis, much interest has been shown in producing ethanol from renewable sources. The activity in recent years in the production of ethanol, by fermentation, for use as fuel, was increased. Conventional batch and continuous culture techniques are not economically attractive for such a process and much attention has been directed towards the development of fermentor configurations. The continuous flow process has significant advantages over the traditional batch ethanol fermentor, due mostly to the reduced cost of the bioreactor construction, reduced maintenance and operation requirements, better process control, and increased productivity. Several of these advantages are attributed to the high cell densities of stable and active cell populations that exist in the continuous flow reactors. The high cell densities are achieved by cell immobilization techniques, cell recovery andVI cell recycle, and/or controlled cell growth. Experimental studies on the establishment of a passive immobilization technique in which flocculating Saccharomyces cerevisiae cells are entrapped within biomass support particles, have previously been carried out in our department by using the production of ethanol from glucose as a model process. The aim of the present study was to use the experimental procedures developed in the previous work in order to obtain kinetic data on the growth and ethanol production characteristics of the same strain in an immobilized cell reactor under continuous operation for a certain operation time. A range of experiments were conducted by varying the dilution rate and the glucose concentration. The results of these experiments have shown that maximum ethanol concentration and maximum utilization of glucose were obtained at minimum dilution rate (0.2h_:L) used and with 8% glucose concentration for 15h operation time under the experimental conditions used.