Studies on immobilized ethonol-producing saccharomyces cerevisiae (A.T.C.C. 9763)

Abstract

ÖZET Fermentasyon yolu ile etanol üretiminde, tutuklanmış hücre sistemlerinin kullanılması son yıllarda büyük önem kazanmıştır. Bu reaktörlerde elde edilen hücre yoğunlukları, sürekli sistemlerde yüksek akış hızlarına erişilmesini sağlayarak sistemin verimliliğini arttırmaktadır. Seçilen maya türünün etanol üretkenliği de fermentör verimliliğini arttırmak amacıyla üzerinde duruluca, gereken önemli parametrelerden biridir, Bu çalışmada, etanol üretkenliği yüksek, yumaklaşmayan bir Saccharomyces cerevisiae türünün (A.T.C.C. 9763) tutuklama özellikleri pasif ve aktif yöntemler kullanılarak incelendi. Değişik polimerik taşıyıcı dolgu maddeleri üzerinde yapılan pasif tutuklama deneylerinde kesikli/geri beslemeli ve sürekli çalışma düzenekleri kullanıldı. Deney sonuçları, serbest hücre miktarlarının tutuklanmış hücre miktarlarına oranla yüksek olduğunu ve tutuklanmanın yeterli olmadığını gösterdi. Bir sonraki aşamada, aynı maya türü kalsiyum aljinat jelinde tutuklandı. Aktif olarak tutuklanmış hücrelerle yapılan kesikli ve kesikli/geri beslemeli deneylerde tutuklanmış hücre miktarlarının serbest hücre miktarlarına oranla önemli ölçüde yüksek olduğugözlendi. Kalsiyum aljinat jelinde tutuklanmış hücrelerle yapılan deneylerde, sabit etanol derişimine kesikli/geri beslemeli sistemde kesikli sisteme oranla daha erken erişildiği gözlendi. Ayrıca, kesikli/geri beslemeli sistemde elde edilen etanol üretim hızlarının kesikli sisteme oranla daha yük3ek olduğu saptandı. Maya hücrelerinin aljinat jeli içerisindeki büyüme eğrileri ve kinetic parametreleri kesikli ve kesikli/geri beslemeli sistemlerde belirlendi ve birbirlerine çok yakın oldukları gözlendi.

iv ABSTRACT The use of immobilized whole cell3 in the production of ethanol via fermentation ha3 gained considerable attention recently. The research presented in this thesi3 has been directed towards the immobilisation of a nonflocculating Saccharomyces cerevisiae 3train (A. T.C.C. 9763) with good ethanol producing characteristics. Both passive and active methods of immobilization have been investigated by performing batch, batch-recycle and/or continuous fermentations. The production of ethanol from glucose was chosen as the model process in these studies. Several polymeric biomas3 support particles were U3ed in the passive immobilization experiments. The resulting high free/ immobilized cell ratios indicated that these were not suitable carriers for the immobilization of the nonflocculating yeast strain. Active immobilization experiments revealed that calcium alginate gel wa3 a suitable matrix for the entrapment of the nonflocculating yeast cell3. Batch and batch-recycle experiments using calcium alginate gel beads were conducted concurrently and a parametric study wa3 carried out by varying the initial glucose concentration in the medium. In these experiments, a time delay was observed in the ethanol production and glucose consumption trendsof batch fermentations compared with tho3e of batch-recycle systems. Ethanol production rates and specific productivities in the batch-recycle system were higher than those attained in the batch system. The growth patterns and kinetic parameters of the alginate-entrapped cells determined in batch and batch-recycle fermentations resembled each other closely.