Please use this identifier to cite or link to this item: https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/20956
Title: [gamma]–alumina doped alginate gel for cell immobilization in fermentation processes
Other Titles: [แกมมา]-อะลูมินาในเจลอัลจิเนทสำหรับการตรึงเซลล์ในกระบวนการหมัก
Authors: Jiranan Pullsirisombat
Advisors: Muenduen Phisalaphong
Seeroong Prichanont
Other author: Chulalongkorn University. Faculty of Engineering
Advisor's Email: muenduen.p@chula.ac.th
seeroong.p@chula.ac.th
Subjects: Immobilized cells
Alginates
Issue Date: 2007
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: [gamma]-Alumina ([gamma]-Al[subscript 2]O[subscript 3]) doped alginate gel (AEC) was developed as a cell carrier in this study. The immobilization system of Saccharomyces cerevisiae M.30 for ethanol production from molasses and Clostridium butylicum DSM 5431 for 1,3-propanediol production from glycerol were used to evaluate the performance of the new carrier. Its feasibility for cell immobilization was examined and compared with suspended cell (SC) culture and immobilized cell on [gamma]-Al[subscript 2]O[subscript 3] (AC). Reusability of the carrier was evaluated by repeated batch mode. In a single batch system of ethanol fermentation, the final ethanol concentration of suspended cell, AC and AEC cultures were 82.4, 77.1 and 74.6 g/l, respectively. In repeated batch modes, AEC culture demonstrated a good potential of reusability. Its ethanol production and conversion yield of the 1[superscript st], 2[superscript nd] and 3[superscriptrd] repeated batch were comparable to those of SC and AC cultures. In addition, its ethanol production was more stable than that of SC culture. The yeast cell immobilization yield of the new carrier was approximately 85.6 %. AEC and AC were also found to be effective for the cell immobilization of C. butylicum with the immobilization yield of 79.6% and 83.2%, respectively. However, the strong inhibition effect of cell-[gamma]-Al[subscript 2]O[subscript 3] immobilization on 1,3-propanediol production was observed. In a single batch system, although the final cell concentration of AC and AEC culture were slightly higher than that of the suspended culture, the final 1,3-propanediol concentration and the conversion yield were significantly decreased. After 33 hours of the cultivation, the final 1,3-propanediol concentration of suspended cell, AC and AEC culture were 41.4, 20.6 and 15.5 g/l, with the conversion yield of 0.75, 0.58 and 0.48, respectively. In the repeated batch fermentation, the strong inhibitory effect of [gamma]-Al[subscript 2]O[subscript 3], towards 1, 3-propanediol production, especially in the system of AEC culture was confirmed. Moreover, the instability of SC and AEC cultures for reuse was observed. Interfering of positive charge of [gamma]-Al[subscript 2]O[subscript 3] on the cell membrane was thought as the cause of inactivity of C. butylicum DSM 5431 on 1,3-propanediol production.
Other Abstract: งานวิจัยนี้ได้มีการพัฒนาตัวพยุงแบบใหม่ คือ แกมมา-อะลูมินาล้อมด้วยอัลจิเนท (AEC) โดยนำมาตรึงเซลล์ยีสต์ตกตะกอน Saccharomyces cerevisiae M 30 สำหรับผลิตเอทานอลจากกากน้ำตาลและตรึงเซลล์แบคทีเรีย Clostridium butyricum DSM 5431 สำหรับการผลิต 1,3-โพรเพนไดออลจากกลีเซอรอล จากนั้นทำการประเมินความเหมาะสม และ เปรียบเทียบผลกับการใช้เซลล์แขวนลอย (SC) และการใช้แกมมา-อะลูมินา (AC) เป็นตัวพยุง ทำการหมักแบบครั้งคราวที่ทำซ้ำ (repeated batch) เพื่อประเมินความเป็นไปได้ในการนำกลับมาใช้ใหม่ ในการศึกษาการหมักเอทานอลที่ทำเป็นชนิดครั้งคราว (batch) พบว่า ปริมาณเอทานอลที่ผลิตได้ในระบบ SC, AC และ AEC มีค่าเท่ากับ 82.4, 77.1 และ 74.6 กรัมต่อลิตร ตามลำดับ และ เมื่อใช้ AEC ในการหมักแบบครั้งคราวที่ทำซ้ำ พบว่า AEC มีศักยภาพในการนำกลับมาใช้ใหม่และให้ผลของการหมักในเทอมของผลได้และอัตราการผลิตที่ดีสำหรับการนำกลับมาใช้ในรอบที่ 1, 2 และ 3 โดยมีค่าเทียบเท่ากับระบบ SC และ AC อีกทั้งยังมีอัตราการผลิตเอทานอลที่เสถียรกว่าระบบ SC จากการวิเคราะห์ผลในเทอมของผลได้ของปริมาณยีสต์ตรึงรูปในตัวพยุงแบบใหม่ จะมีค่าประมาณ 85.6 % และนอกจากนี้ AC และ AEC ยังมีประสิทธิภาพในการตรึงเซลล์แบคทีเรีย C. butyricum โดยในเทอมของผลได้ของปริมาณแบคทีเรียตรึงรูปในตัวพยุงแบบใหม่ มีค่าเท่ากับ 79.6% และ 83.2% ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม พบว่า เกิดผลยับยั้งในการผลิต 1,3-โพรเพนไดออลจากการตรึงเซลล์บนแกมมา-อะลูมินา โดยในการหมักแบบครั้งคราว ถึงแม้ว่าปริมาณเซลล์สุดท้ายในระบบ AC และ AEC จะมากกว่าระบบ SC เล็กน้อย แต่พบว่าความเข้มข้น 1,3-โพรเพนไดออลสุดท้ายและสัดส่วนผลได้ของผลิตภัณฑ์มีค่าลดลงอย่างเด่นชัด โดยหลังจากทำการหมักเป็นเวลา 33 ชั่วโมง ปริมาณ 1,3-โพรเพนไดออลที่ผลิตได้ในระบบ SC, AC และ AEC มีค่าเท่ากับ 41.4, 20.6 และ 15.5 กรัมต่อลิตรและผลได้ของผลิตภัณฑ์มีค่าเท่ากับ 0.75, 0.58 และ 0.48 ตามลำดับ นอกจากนี้ เมื่อทำการหมักแบบครั้งคราวที่ทำซ้ำ ผลที่ได้ยืนยันการยับยั้งการผลิต 1,3-โพรเพนไดออลของแกมมา-อะลูมินาโดยเฉพาะในระบบ AEC ยิ่งไปกว่านั้นพบว่าเซลล์จากการหมักในระบบ SC และ AEC ไม่มีเสถียรภาพในการนำกลับมาใช้ใหม่ โดยคาดว่าจากการมีประจุเป็นบวกของแกมมา-อะลูมินา จะส่งผลไปขัดขวางการทำงานของเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งเป็นสาเหตุให้เกิดผลยับยั้งกิจกรรมของเซลล์แบคทีเรีย C. butyricum ในการผลิต 1,3-โพรเพนไดออล
Description: Thesis (M.Eng.)--Chulalongkorn University, 2007
Degree Name: Master of Engineering
Degree Level: Master's Degree
Degree Discipline: Chemical Engineering
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/20956
URI: http://doi.org/10.14457/CU.the.2007.1543
metadata.dc.identifier.DOI: 10.14457/CU.the.2007.1543
Type: Thesis
Appears in Collections:Eng - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Jiranan.pdf1.5 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.