13.8 Immobilized yeast reactorsImmo

13.8 Immobilized yeast reactors
Immobilized yeast reactors are refinements of continuous fermentation systems. In the latter, some of the yeast exits from the vessel with the spent medium. This necessitates the use of additional plant, usually a continuous centrifuge, for separation of yeast and product. In continuous immobilized yeast reactors the yeast is retained within the vessel. Fresh medium enters the reactor and passes through the yeast biomass where it is transformed into product. The latter exits from the reactor essentially free from yeast.
Immobilized systems have several advantages compared to conventional continuous reactors. Process times are rapid and process efficiencies are high because of the combination of elevated biomass concentration and high volume throughput. Thus, because yeast loss is restricted, it is possible to use flow rates that would cause washout in a conventional chemostat. In an immobilized yeast reactor the relation between dilution rate and biomass concentration does not hold since cells are retained. Hence, it is possible to have high dilution rates and high biomass concentrations. High biomass concentration restricts growth, which also engenders high process efficiencies. High productivity allows the use of comparatively small immobilized yeast reactors. Clarification of the product stream is simplified because of the retention of biomass. In essence, the yeast in an immobilized system functions as a biocatalyst and no actual growth is necessary. The process has been defined as cells physically confined or localized within a specific region of space with retention of their catalytic activity, if possible or even necessary their viability, which can be used repeatedly and continuously (McMurrough, 1995).
Several systems for immobilization are used (McMurrough, 1995). Retention of flocculent yeast within a tower fermenter using upward flow is the simplest method. It is of limited use since it can be used only with very flocculent strains and high flow rates eventually result in washout of biomass. There are four methods for true immobilization of yeast. These are retention by a semi-permeable membrane, attachment to a surface, entrapment within a porous polymer and colonization of a porous material. Membrane reactors suffer the major disadvantage that the rate of exchange of solutes is slow. In consequence, they have not found application in production scale reactors.
Entrapment of yeast within the matrix of a porous polymer is possibly the most widely used method of immobilization. Polymers that have been used include polyacrylamide, calcium alginate, -carrageenan, agarose, pectin, chitin and gelatin (Godia et al., 1987). Polymeric supports are conveniently formed into beads, typically around 0.3mm diameter. Beads of this dimension offer the best performance with regard to diffusion of nutrients and metabolic by products from the surrounding medium to the immobilized cells. The mechanical strength of the bead is a function of the degree of cross-linking of the polymer. The latter also controls diffusivity of nutrients and metabolites from the medium to the yeast cells. The latter parameter is vital to the efficiency of these bioreactors hence it is usual to sacrifice some mechanical strength in the interests of productivity. Since the beads are also compressible, entrapped yeast bioreactors are usually operated with the process flow directed in a vertically upward direction. Beads with very low mechanical strength can be disrupted by the evolution of gas bubbles and retention of yeast is comparatively poor.
Yeast cells can be attached to inert surfaces such as wood chips, ceramics, glass, cellulose, stainless steel and various resins (Godia et al., 1987; Ryder et al., 1995). The mechanism of attachment is via a combination of electrostatic and hydrophobic binding (Mozes et al., 1987). For brewing applications the use of DEAE cellulose has found favour. This material is described as granulated derivatized cellulose (GDC) and is sold under the trade name SpezymeÕ (Cultor Finland). The beads have a diameter of 0.4ÿ 0.8mm and are capable of bearing a yeast loading of 500 106 cells per g wet weight of carrier. Following prolonged use the beads can be regenerated by treatment with NaOH (2% w/v) at 80 ëC (Pajunen, 1995).

Results (Vietnamese) 1:

13.8 lò phản ứng hỏng menLò phản ứng hỏng nấm men là cải tiến của hệ thống liên tục quá trình lên men. Trong sau này, một số men thoát ra từ tàu với các phương tiện dành. Điều này đòi hỏi việc sử dụng bổ sung thực vật, thường một ly tâm liên tục, tách của nấm men và sản phẩm. Lò phản ứng liên tục hỏng nấm men được giữ lại trong tàu. Tươi vừa đi vào lò phản ứng và đi qua sinh khối men nơi nó được chuyển thành sản phẩm. Các lối ra sau này từ lò phản ứng về cơ bản miễn phí từ nấm men.Hỏng hệ thống có một số lợi thế so với thông thường lò phản ứng liên tục. Quá trình thời gian được nhanh chóng và hiệu quả quá trình là cao vì sự kết hợp của nhiên liệu sinh học cao nồng độ và số lượng lớn thông qua. Vì vậy, bởi vì nấm men mất bị hạn chế, có thể sử dụng tỷ lệ lưu lượng sẽ gây ra washout trong một chemostat thông thường. Trong một lò phản ứng nấm men hỏng mối quan hệ giữa tỷ lệ pha loãng và nhiên liệu sinh học tập trung không giữ kể từ khi tế bào được giữ lại. Do đó, nó có thể có tỷ lệ cao pha loãng và nồng độ cao sinh khối. Nhiên liệu sinh học cao tập trung hạn chế sự tăng trưởng, cũng sanh ra cao quá trình hiệu quả. Năng suất cao cho phép việc sử dụng các lò phản ứng tương đối nhỏ hỏng men. Làm rõ của dòng sản phẩm là đơn giản bởi vì việc lưu giữ của nhiên liệu sinh học. Về bản chất, nấm men trong một hệ thống immobilized chức năng như một biocatalyst và không có sự tăng trưởng thực sự là cần thiết. Quá trình này đã được xác định như tế bào cơ thể bị giam giữ hoặc bản địa hoá trong một khu vực cụ thể của không gian duy trì hoạt động xúc tác, nếu có thể hoặc thậm chí cần thiết với khả năng của họ, mà có thể được sử dụng liên tục và liên tục (McMurrough, 1995).Một số hệ thống cho cố định được sử dụng (McMurrough, 1995). Lưu giữ các nấm men flocculent trong vòng một tháp fermenter bằng cách sử dụng dòng chảy trở lên là phương pháp đơn giản nhất. Nó là hạn chế sử dụng kể từ khi nó có thể được sử dụng chỉ với rất flocculent chủng và tỷ lệ lưu lượng cao cuối cùng dẫn đến washout của nhiên liệu sinh học. Chúng ta có bốn phương pháp để thực sự cố định của nấm men. Đây là lưu giữ bởi một màng bán thấm, đính kèm vào một bề mặt, bẫy trong vòng một polymer xốp và thuộc địa hóa của một vật liệu xốp. Lò phản ứng màng bị những bất lợi chính là các tỷ lệ trao đổi của solutes chậm. Trong đó, họ đã không tìm thấy ứng dụng trong lò phản ứng sản xuất quy mô.Bẫy của nấm men trong ma trận polymer xốp có thể là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất cố định. Polyme đã được sử dụng bao gồm polyacrylamide, canxi Nitrite NaNO2, - carrageenan, agarose, pectin, chitin và gelatin (Godia và ctv., 1987). Hỗ trợ polymer được thuận tiện dạng hạt, thường xung quanh thành phố 0,3 mm đường kính. Hạt của kích thước này cung cấp hiệu suất tốt nhất đối với phổ biến của chất dinh dưỡng và trao đổi chất của sản phẩm từ môi trường xung quanh để các tế bào immobilized. Sức mạnh cơ khí của các hạt là một chức năng của mức độ qua của polymer. Sau này cũng kiểm soát diffusivity của chất dinh dưỡng và chất chuyển hóa từ các phương tiện để các tế bào nấm men. Các tham số thứ hai là quan trọng đối với hiệu quả của các bioreactors do đó nó là bình thường để hy sinh một số sức mạnh cơ khí vì lợi ích của năng suất. Kể từ khi các hạt cũng được nén, entrapped nấm men bioreactors thường hoạt động cùng với dòng chảy quá trình đạo diễn trong một hướng trở lên theo chiều dọc. Hạt với cường độ rất thấp có thể được bị gián đoạn do sự tiến triển của bong bóng khí và lưu giữ của nấm men là tương đối nghèo.Tế bào nấm men có thể được gắn liền với các bề mặt trơ như gỗ dăm, gốm sứ, thủy tinh, cellulose, thép không gỉ và các loại nhựa (Godia et al., năm 1987; Ryder et al., 1995). Cơ chế tập tin đính kèm là thông qua một sự kết hợp của sơn tĩnh điện và kỵ nước ràng buộc (Mozes và ctv., 1987). Nấu bia ứng dụng việc sử dụng DEAE cellulose đã tìm thấy ân. Vật liệu này được miêu tả là kết tinh thành derivatized cellulose (GDC) và được bán dưới thương hiệu SpezymeÕ (Cultor Phần Lan). Các hạt có đường kính 0.4ÿ 0.8 mm và có khả năng mang một tải men của các tế bào 500 106 trên g ướt trọng lượng của tàu sân bay. Sau kéo dài sử dụng các hạt có thể được tái tạo bởi điều trị với NaOH (2% w/v) lúc 80 ëC (Pajunen, 1995).

Results (Vietnamese) 2:

13,8 lò phản ứng nấm men cố định
bất động lò phản ứng men là cải tiến của hệ thống lên men liên tục. Năm thứ hai, một số các lối thoát hiểm men từ các tàu với các phương tiện chi tiêu. Điều này đòi hỏi phải sử dụng thêm thực vật, thường là một máy ly tâm liên tục, để tách riêng các men và sản phẩm. Trong lò phản ứng nấm men cố định liên tục men được giữ lại bên trong tàu. Môi trường mới đi vào các lò phản ứng và truyền qua sinh khối nấm men, nơi nó được chuyển thành sản phẩm. Các lối ra sau từ các lò phản ứng cơ bản miễn phí từ nấm men.
Hệ thống cố định có nhiều ưu điểm so với các lò phản ứng liên tục thông thường. Lần Process là nhanh chóng và hiệu quả xử lý rất cao vì sự kết hợp của nồng độ sinh khối cao và khối lượng thông lượng cao. Do đó, vì mất men bị hạn chế, nó có thể sử dụng tốc độ dòng chảy có thể gây ra sự rửa trôi trong một chemostat thông thường. Trong một lò phản ứng men cố định mối quan hệ giữa tốc độ pha loãng và nồng độ sinh khối không giữ kể từ khi tế bào được giữ lại. Do đó, nó có thể có tỷ lệ pha loãng cao và nồng độ sinh khối cao. Nồng độ sinh khối cao hạn chế tăng trưởng, mà cũng sanh ra hiệu quả quá trình cao. Năng suất cao cho phép sử dụng của lò phản ứng nấm men cố định tương đối nhỏ. Làm rõ các dòng sản phẩm được đơn giản hoá vì sự duy trì của sinh khối. Về bản chất, các men trong một chức năng hệ thống cố định như một -chất xúc tác sinh và không có tăng trưởng thực tế là cần thiết. Quá trình này đã được định nghĩa là các tế bào cơ thể hẹp hoặc khu trú trong một khu vực cụ thể của không gian với giữ các hoạt động xúc tác của họ, nếu có thể hoặc thậm chí cần thiết khả năng tồn tại của họ, có thể được sử dụng nhiều lần và liên tục (McMurrough, 1995).
Một số hệ thống cho việc cố định là đã qua sử dụng (McMurrough, 1995). Retention men flocculent trong vòng một fermenter tháp bằng cách sử dụng dòng chảy trở lên là phương pháp đơn giản nhất. Đó là hạn chế sử dụng vì nó có thể được sử dụng chỉ với chủng rất flocculent và tốc độ dòng chảy cao cuối cùng dẫn đến sự rửa trôi của sinh khối. Có bốn phương pháp cố định thực sự của nấm men. Đây là lưu giữ bởi một màng bán thấm, gắn bó với một bề mặt, ngậm trong vòng một polyme xốp và thuộc địa hóa của các vật liệu xốp. Lò phản ứng màng chịu bất lợi lớn mà tỷ giá hối đoái của các chất hòa tan chậm. Kết quả là, họ đã không tìm thấy ứng dụng trong các lò phản ứng quy mô sản xuất.
Entrapment của nấm men trong ma trận của một polyme xốp có thể là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất của cố định. Polyme đã được sử dụng bao gồm polyacrylamide, calcium alginate, -carrageenan, agarose, pectin, kitin và gelatin (Godia et al., 1987). Hỗ trợ bằng polymer tiện lợi hình thành vào hạt, thường khoảng 0.3mm đường kính. Hạt của không gian này cung cấp hiệu suất tốt nhất đối với sự khuếch tán của các chất dinh dưỡng và trao đổi chất của các sản phẩm từ môi trường xung quanh để các tế bào cố định với. Độ bền cơ học của hạt là một chức năng của các mức độ liên kết ngang của polymer. Sau này cũng điều khiển độ khuếch tán của các chất dinh dưỡng và các chất chuyển hóa từ trung bình đến các tế bào nấm men. Tham số thứ hai là quan trọng đến hiệu quả của các phản ứng sinh học vì thế nó là bình thường phải hy sinh một số sức mạnh cơ khí trong các lợi ích về năng suất. Kể từ khi các hạt cũng là nén, phản ứng sinh học nấm men kẹt thường được điều hành với dòng chảy quá trình chỉ đạo trong một chiều hướng đi lên theo chiều thẳng đứng. Beads với độ bền cơ học rất thấp có thể bị gián đoạn bởi sự tiến triển của bọt khí và lưu giữ của nấm men là tương đối nghèo.
Tế bào nấm men có thể được gắn vào bề mặt trơ như gỗ vụn, gốm sứ, thủy tinh, cellulose, thép không gỉ và các loại nhựa khác nhau (Godia et al, 1987;.. Ryder et al, 1995). Cơ chế của tập tin đính kèm là thông qua một sự kết hợp của điện và kỵ nước ràng buộc (Mozes et al., 1987). Đối với các ứng dụng sản xuất bia sử dụng DEAE cellulose đã được ơn. Vật liệu này được mô tả như là hạt cellulose dẫn xuất (GDC) và được bán dưới tên thương mại SpezymeÕ (Cultor Phần Lan). Các hạt có đường kính 0.4ÿ 0.8mm và có khả năng mang tải của nấm men 500 106 tế bào trên mỗi g trọng lượng ướt của tàu sân bay. Sau khi sử dụng kéo dài các hạt có thể được tái sinh bằng cách xử lý với NaOH (2% w / v) tại 80 EC (Pajunen, 1995).