Mikrobial | Brewing | Beer

May 6, 2017 | Author: Anonymous | Category: Documents
Share Embed

Short Description

Mikrobial - Download as Word Doc (.doc / .docx), PDF File (.pdf), Text File (.txt) or read online. ... Proses ini tampak...


Comparison of batch and continuous culture in industrial processes : scribed as the output of biomass per unit time of the fermentation. Thus, the productivity of a batch culture may be represented as: xmo' : is the maximum cell concentration achieved at stationary phase, xo : is the initial cell concentration at inoculation, ti : is the time during which the organism grows at miu x tii : is the time during which the organism is not growing at miu max and includes the lag phase, the deceleration phase and the periods of batching, sterilizing and harvesting. The productivity of a continuous culture may be represented as: where Rcont : is the output of the culture (g biomass dm-3 h -1), t iii : is the time period prior to the establishment of a steady state and includes vessel preparation, sterilization and operation in batch culture prior to continuous operation, and T is the time period during which steadystate conditions prevail. The term Dx increases with increasing dilution rate until it reaches a maximum value, after which any further increase in D results in a decrease in Dx, as illustrated in Fig. 2.9. Thus, maximum productivity of biomass may be achieved by the use of the dilution rate giving the highest value of Dx. The output of a batch fermentation described by equation (2.26) is an average over the period of the fermentation and, because the rate of biomass production is dependent on initial biomass (dx/dt = /Lx), the vast proportion of the biomass is produced towards the end of the fermentation. Thus, productivity in batch culture is at its maximum only towards the end of the process. For a continuous culture operating at the optimum dilution rate, under steady-state conditions, the productivity will be constant and always maximum. Thus, the productivity of the continuous system must be greater than the batch. A continuous system may be operated for a very long time period (several weeks or months) so that the negative contribution of the unproductive time, tiii , to productivity would be minimal. However, a batch culture may be operated for only a limited time period so that the negative contribution of the time, tii , would be very significant, especially when it is remembered that the batch culture would have to be re-established many times during the time-course of a continuous run. Thus, the superior productivity of biomass by a continuous culture, compared with a batch culture, is due to the maintenance of maximum output conditions

throughout the fermentation and the insignificance of the non-productive period associated with a long-running continuous process. The steady state achievable in a continuous proces also adds to the advantage of improved biomass productivity, as discussed by Hospodka (1966). Cell concentration, substrate concentration, product concentration and toxin concentration should remain constan throughout the fermentation. Thus, once the culture is established the demands of the fermentation, in terms of process control, should be constant. In a batch fermentation, the demands of the culture vary during the fermentation - at the beginning, the oxygen demand is low but towards the end the demand is high due to the high biomass and the increased viscosity of the broth. Also, the amount of cooling required wil increase during the process, as will the degree of pH control. In a continuous process oxygen demand cooling requirements and pH control should remain constant. Thus, the use of continuous culture should allow for the easier introduction of process automation. A batch process requires periods of intensive labour during medium preparation, sterilization, batching and harvesting but relatively little during the fermentation itself. However, a continuous process results in a more constant labour demand in that medium is supplied continuously sterilized (see Chapter 5), the product is continuously extracted and the relative time spent on equipment preparation and sterilization is very small.

The effect of substrate concentration on specific growth rate for two organisms, A and B, is shown in Fig. 2.11. A is capable of growing at a higher specific growth rate at any substrate concentration. The self-balancing properties of the chemostat mean that the organism reduces the substrate concentration to the value where t-t = D. Thus, at dilution rate X, organism A would reduce the substrate concentration to Z. However, at this substrate concentration, organism B could grow only at a t-t of Y. Therefore, if organisms A and B were introduced into a chemostat operating at dilution rate X, A would reduce the substrate concentration to Z at which B could not maintain a t-t of X and would be washed out at a rate of (X - Y) and a monoculture of A would be established eventually. The same situation would occur if A and B were mutant strains arising from the same organism. Commercial organisms have been selected and mutated to produce metabolites at very high concentrations (see Chapter 3) and, as a result, tend to grow inefficiently with low t-tmax values and, possibly, high K, values. Back mutants of production strains produce much lower concentrations of product and, thus, grow more efficiently. If such back mutants arise in a chemostat industrial process, then the production strain will be displaced from the fermentation as described in the foregoing scenario. Calcott (1981) described this phenomenon as "contamination from within" and this type of 'contamination' cannot be solved by the design of more 'secure' fermenters. Thus, it is the problem of strain degeneration which has limited the application of large scale continuous culture to biomass and, to a lesser extent, potable and industrial alcohol. The production of alcohol by continuous culture is feasible because it is a byproduct of energy generation and, thus, is not a drain on the resources of the organism. However, it is possible that the technique could be exploited for other products provided strain degeneration is controlled; this may be possible in certain genetically engineered strains. It has been reported that the development of a continuous process for the manufacture of polyhydroxybutyrate, a biopolymer. Other processes have been developed using chemostat culture. The adoption of continuous culture for animal cell products is even more complex than for microbial systems. Griffiths (1992) compared the following process options for producing an animal cell product: (i) Batch culture. (ii) Semi-continuous culture where a portion of the culture is harvested at regular intervals and replaced by an equal volume of medium. (iii) Fed-batch culture where medium is fed to the culture resulting in an increase in volume (see later section) (iv) Continuous perfusion where an immobilized cell population is perfused with fresh medium and is equivalent to an internal feedback continuous system. (v) Continuous culture. The characteristics of all five modes of operation are shown in Table 2.3, from which it may be seen that the perfusion continuous system appears extremely

attractive. However, the practicalities of running a large scale continuous perfusion system present considerable difficulties. The process has to be reliable and able to operate aseptically for the long periods necessary to exploit the advantage of a continuous process. Also, the licensing of a continuous process may present some difficulties where a consignment of product must be traceable to a batch of raw materials. In a long-term continuous process several different batches of media would have to be used which presents the problem of associating product with raw material. Furthermore, it is difficult to monitor the genetic stability of cell which are immobilized in a large reactor system. Thus large scale (kg quantities) animal cell products are stili produced by batch methods. However, where very high value products are required and production can be satisfied on a small scale, the continuous perfusion system is a very attractive proposition (Griffiths,1992). Continuous brewing and biomass production which are the major industrial applications of continuous microbial culture will now be considered in more detail. CONTINUOUS BREWING The brewing industry in the United Kingdom has had a relatively brief 'courtship' with continuous culture. Two types of continuous brewing have been used : (i) The cascade or multistage system. (ii) The tower system. Hough et al. (1976) described the cascade system utilized at Watneys' Mortlake brewery in London. The process utilized three vessels, the first two for fermentation and the third for separation of the yeast biomass. The specific gravity of the wort was reduced from 1040 to 1019 in the first vessel and from 1019 to 1011 inthe second vessel. The residence time for the system was 15 to 20 hours, using worts in the specific gravity range of 1035 to 1040, and it could be run continuously for 3 months. However, it is believed that the system was abandoned due to problems of excessive biomass production. This process appears to have been used widely in New Zealand with greater success (Kirsop, 1982), but apparently newer installations are of the batch type. A typical tower fermenter for brewing is iIIustrate in Fig. 2.12. The system is partially closed in that relatively little yeast leaves the fermenter due to the highly flocculent nature of the strains employed. Thus, the system is a type of internal feed-back. Wort is introduced into the base of the tower and passes through a porous plug of yeast. As the wort rises through the vessel it is progressively fermented and leaves the fermenter via a yeast-separation zone, which is twice the diameter of the rest of the tower. Hough et al 1976 described the protocol employed in the establishment of a yeast plug in the tower and the subsequent operating conditions. Prior to the fermentation,the tower is throughly cleaned and steam sterilized, aseptic operation being more important for the continuous process than the batch one. The vessel is filled partially with sterile wort and inoculated with a laboratory culture. The initial stages are designed to encourage high biomass production by

the periodical addition of wort over about a 9-day period. A porous plug of yeast develope at the base of the tower. The flow rate of the wort is then gradually increased over a further 9 to 12 days by which time an approximate steady state may be achieved. Following the establishment of a high biomass in the fermenter the system is operated such that the wort is converted to beer with the formation of approximately the same amount of yeast as would be produced in the batch process. The beer produced during the 3-week start-up period is usually below specification and would have to be blended with high quality beer. Thus, more than 3 months' continuous operation is necessary to compensate for the initial losses of the process. The major advantage of the continuous tower process was that the wort residence time could be reduced from about 1 week to 4 to 8 hours as compared with the batch system. However, the development of the cylindro-conical vessel (initially described by Nathan in the 1930s, but not introduced until the 1970s, see also Chapter 7) led to the shortening of the batch fermentation time to approximately 48 hours. Although this is still considerably longer than the residence time in a tower fermenter, it should be remembered that beer conditioning and packaging takes considerably longer than the fermentation stage, so that the difference in the overall processing time between the tower and the cylindro-conical batch process is not sufficient to justify the disadvantages of the tower. The major disadvantages of the tower system are the long start-up time, the technical complexity of the plant, the requirement for more highly skilled personnel than for a batch plant, the inflexibility of the system in that a long time delay would ensue between changing from one beer fermentation to another and, finally, the difficulty in matching the flavour of the continuously produced product with that of the traditional batch product. Thus, the continuous-tower system has fallen from use, with virtual universal adoption of the cylindro-conical batch process. CONTINUOUS CULTURE AND BIOMASS PRODUCTION Microbial biomass which is produced for human or animal consumption is referred to as single cell protein (SCP). Although yeast was produced as food on a large scale in Germany during the First World War (Laskin, 1977) the concept of utilizing microbial biomass as food was not thoroughly investigated until the 1960s. Since the 1960s, a large number of industrial companies have explored the potential of producing SCP from a wide range of carbon sources. Almost without exception, these investigations have been based on the use of continuous culture as the growth technique. As previously discussed, continuous culture is the ideal method for the production of microbial biomass. The superior productivity of the technique, compared with that of batch culture, may be exploited fully and the problem of strain degeneration is not as significant as in the production of microbial metabolites. The selective pressure in the chemostat would tend to work to the advantage of the industrialist producing SCP, in that the most efficient strain of the organism would be selected, although this is not necessarily the case for mycelial processes. The development of SCP processes generated considerable research into large-scale chemostat design and the behaviour of the production

organism in these very large vessels. Many 'novel' fermenters have been designed for SCP processes and these are considered in more detail in Chapter 7. A very wide range of carbon sources have been investigated for the production of SCPo Whey has been used as a carbon source for biomass production since the 1940s and such fermentations have been shown to be economic in that they provide a high-grade feed product, whilst removing an, otherwise, troublesome waste product of the cheese industry (Meyrath and Bayer, 1979). Cellulose has been investigated extensively as a potential carbon source for SCP production and this work has been reviewed by Callihan et al. (1979) and Woodward (1987). The major difficulty associated with the use of cellulose as a substrate is its recalcitrant nature. An enormous amount of research has been conducted into the use of hydrocarbons as sources of carbon for biomass processes; the hydrocarbons investigated being methane, methanol and n-alkanes. A large number of commercial firms were involved in this research field but very few created viable, commercial processes based on SCP production from hydrocarbons because of the economic difficulties involved (Sharp, 1989). At the start of this research, hydrocarbons were relatively cheap but, following the 1973 Middle East War, oil prices escalated and transformed the economic basis of biomass production from petroleum sources. ICI were successful in developing a commercial process for production of bacterial biomass (Pruteen) from methanol at an annual rate of 54,000 to 70,000 tonnes. The process utilized a novel air-lift, pressure cycle fermenter, of 3000 m3 capacity, and was the firs commercial process to produce SCP from methano (King, 1982). The fermentation was run successfully fo periods in excess of 100 days without contamination (Howells, 1982). Regrettably, the economics of the process were such that when the price of soya and fishmeal declined Pruteen could not compete as an animal feed. SeIling in bulk ceased in (Sharp,1989) and the 3000 m3 vessel was eventually demolished. The expertise developed by ICI during the pruteen project and RHM's research into the use of a fungus Fusarium gramineamm, for the production of human food formed the basis of a joint venture between the two companies. The ICI pressure cycle pilot plant was used to produce the fungal biomass (Myco-protein marketed as Quom) in continuous culture. The advantage of fungal biomass is that it may be processed to give a textured protein which is acceptable for human consumption. The low shear properties of the air-lift vessel conserve the desirable morphology of the fungus. The process is operated at a dilution rate of between 0.17 and 0.20 h~ 1 (/Lmax is 0.28 h~ 1). The phenomenon of mutation and intense selection in the chemostat has proved to be problematical in Myco-protein fermentation, because highly branched mutants have arisen in the vessel resulting in the loss of the desirable morphology. However, the process may stilI be operated in chemostat culture for 1000 hours on the full scale (Trinci, 1992). Comparison of batch and continuo culture as investigative tools Although the use of continuous culture on an industrial scale is very limited it is an invaluable investigative technique. The principle characteristic of batch

culture is change. Even during the log phase cultural conditions are not constant and it is only the constant maximum specific growth rate which gives the semblance of stability - biomass concentration, substrate concentration and microbial products all change exponentially. During the deceleration phase the onset of nutrient limitation causes the growth rate to decline from its maximum to zero in a very short time, so it is virtually impossible to study the physiological effects of nutrient limitation in batch culture. As TriIli (1990) pointed out, adaptation of an organism to change is not instantaneous, so that the activity of a batch culture is not in equilibrium with the composition of its environment. Physiological events in a batch culture may have been initiated by a change in the environment which took place some significant time before the change was observed. Thus, it is very difficult to relate 'cause and effect'. The major feature of continuous culture, on the other hand, is 'the steady state' - biomass, substrate and product concentration should remain constant over

Perbandingan batch dan budaya terus menerus dalam proses industri: jelaskan sebagai output dari biomassa per satuan waktu fermentasi. Dengan demikian, produktivitas budaya bets dapat direpresentasikan sebagai: xmo ': adalah konsentrasi sel maksimum dicapai pada fase stasioner, xo: adalah konsentrasi sel awal pada inokulasi, ti: adalah waktu di mana organisme tumbuh di miu x TII: adalah waktu di mana organisme tidak tumbuh di miu max dan termasuk lag fase, fase perlambatan dan periode batching, sterilisasi dan panen. Produktivitas budaya terus menerus dapat direpresentasikan sebagai: mana Rcont: adalah output dari budaya (g biomassa dm-3 h -1), t iii: adalah periode waktu sebelum pembentukan negara stabil dan termasuk persiapan kapal, sterilisasi dan operasi dalam budaya bets sebelum operasi terus-menerus, dan T adalah periode waktu di mana kondisi SteadyState berlaku. Istilah meningkat Dx dengan meningkatnya tingkat pengenceran hingga mencapai nilai maksimum, setelah itu setiap peningkatan lebih lanjut dalam hasil D dalam penurunan Dx, seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 2.9. Dengan demikian, produktivitas maksimum dari biomassa dapat dicapai dengan penggunaan tingkat pengenceran memberikan nilai tertinggi Dx. Output dari fermentasi batch yang dijelaskan oleh persamaan (2.26) adalah ratarata selama periode fermentasi dan, karena tingkat produksi biomassa tergantung pada biomassa awal (dx / dt = / Lx), proporsi besar dari biomassa diproduksi menjelang akhir fermentasi. Dengan demikian, produktivitas dalam budaya batch pada maksimum hanya menjelang akhir proses. Untuk budaya terus menerus beroperasi pada tingkat pengenceran optimal, dalam kondisi mapan, produktivitas akan konstan dan selalu maksimal. Dengan demikian, produktivitas sistem kontinyu harus lebih besar dari batch. Sebuah sistem yang terus menerus dapat dioperasikan dalam jangka waktu yang sangat lama (beberapa minggu atau bulan) sehingga kontribusi negatif dari waktu yang tidak produktif, tiII, produktivitas akan minimal. Namun, budaya bets dapat dioperasikan hanya untuk jangka waktu terbatas sehingga kontribusi negatif dari waktu, TII, akan sangat signifikan, terutama bila diingat bahwa budaya bets akan harus didirikan kembali berkali-kali selama waktu-kursus lari terus menerus. Dengan demikian, produktivitas unggul dari biomassa oleh budaya terus menerus, dibandingkan dengan budaya batch, adalah karena pemeliharaan kondisi output maksimum seluruh fermentasi dan minimnya periode non-produktif terkait dengan proses yang berkesinambungan berjalan lama.

Steady state dicapai dalam proces terus menerus juga menambah keuntungan dari peningkatan produktivitas biomassa, seperti yang dibahas oleh Hospodka (1966). konsentrasi sel, konsentrasi substrat, konsentrasi produk dan konsentrasi racun harus tetap konstan sepanjang fermentasi. Jadi, sekali budaya didirikan tuntutan fermentasi, dalam hal kontrol proses, harus konstan. Dalam fermentasi batch, tuntutan budaya bervariasi selama fermentasi - di awal, kebutuhan oksigen rendah tetapi menjelang akhir permintaan yang tinggi karena biomassa yang tinggi dan meningkatnya viskositas kaldu. Juga, jumlah pendinginan diperlukan wil meningkat selama proses, seperti yang akan tingkat kontrol pH. Dalam proses oksigen kebutuhan pendinginan permintaan terus menerus dan kontrol pH harus tetap konstan. Dengan demikian, penggunaan budaya terus menerus harus memungkinkan untuk pengenalan lebih mudah otomatisasi proses. Sebuah proses batch memerlukan periode padat karya selama menengah persiapan, sterilisasi, batching dan panen tetapi relatif sedikit selama fermentasi itu sendiri. Namun, hasil proses yang berkesinambungan dalam permintaan tenaga kerja lebih konstan di media yang disediakan terus disterilkan (lihat Bab 5), produk tersebut terus diekstrak dan waktu relatif dihabiskan untuk persiapan peralatan dan sterilisasi sangat kecil.

Pengaruh konsentrasi substrat pada laju pertumbuhan spesifik untuk dua organisme, A dan B, ditunjukkan pada Gambar. 2.11. Sebuah mampu tumbuh pada laju pertumbuhan spesifik yang lebih tinggi pada setiap konsentrasi substrat. Sifat self-balancing dari chemostat yang berarti bahwa organisme mengurangi konsentrasi substrat untuk nilai di mana tt = D. Dengan demikian, pada tingkat pengenceran X, organisme A akan mengurangi konsentrasi substrat sampai Z. Namun, pada konsentrasi substrat ini, organisme B hanya bisa tumbuh pada tt Y. Oleh karena itu, jika organisme A dan B diperkenalkan ke chemostat beroperasi pada tingkat pengenceran X, A akan mengurangi konsentrasi substrat untuk Z di mana B tidak bisa mempertahankan tt X dan akan dicuci pada tingkat (X - Y) dan monokultur A akan dibentuk akhirnya. Situasi yang sama akan terjadi jika A dan B adalah strain mutan yang timbul dari organisme yang sama.organisme komersial telah dipilih dan bermutasi untuk menghasilkan metabolit pada konsentrasi yang sangat tinggi (lihat Bab 3) dan, sebagai hasilnya, cenderung tumbuh tidak efisien dengan nilai rendah t-tmax dan, mungkin, K tinggi, nilai-nilai. mutan kembali strain produksi menghasilkan konsentrasi yang lebih rendah dari produk dan, dengan demikian, tumbuh lebih efisien. Jika mutan kembali seperti berasal dari suatu proses industri chemostat, maka regangan produksi akan dipindahkan dari fermentasi seperti yang dijelaskan dalam skenario di atas. Calcott (1981) menggambarkan fenomena ini sebagai "kontaminasi dari dalam" dan jenis 'kontaminasi' tidak bisa diselesaikan dengan desain yang lebih fermentor 'aman'. Oleh karena itu, masalah ketegangan degenerasi yang telah membatasi penerapan budaya terus menerus skala besar untuk biomassa dan, pada tingkat lebih rendah, minum dan alkohol industri. Produksi alkohol oleh budaya terus menerus layak karena merupakan produk sampingan dari pembangkit energi dan, dengan demikian, tidak menguras sumber daya dari organisme. Namun, ada kemungkinan bahwa teknik ini dapat dimanfaatkan untuk produk lain yang disediakan degenerasi regangan dikendalikan; ini mungkin mungkin dalam strain rekayasa genetika tertentu. Telah dilaporkan bahwa perkembangan dari proses yang berkelanjutan untuk pembuatan polihidroksibutirat, biopolimer. proses lain telah dikembangkan menggunakan budaya chemostat.Adopsi budaya terus menerus untuk produk sel hewan bahkan lebih kompleks daripada sistem mikroba. Griffiths (1992) dibandingkan opsi proses berikut untuk menghasilkan produk sel hewan: (I) budaya Batch. (Ii) budaya Semi-kontinyu di mana sebagian dari budaya dipanen secara berkala dan digantikan oleh volume yang sama dari media. (Iii) Fed-batch budaya di mana media diumpankan ke budaya yang mengakibatkan peningkatan volume (lihat bagian selanjutnya) (Iv) perfusi berkelanjutan di mana populasi sel amobil adalah perfusi dengan media segar dan setara dengan sistem kontinyu umpan balik internal. (V) budaya berkelanjutan. Karakteristik kelima mode operasi ditunjukkan pada Tabel 2.3, yang dapat dilihat bahwa sistem kontinyu perfusi muncul sangat menarik.Namun, praktis

menjalankan sistem perfusi kontinyu skala besar kesulitan yang cukup hadir. Proses ini dapat diandalkan dan mampu beroperasi secara aseptik untuk waktu yang lama diperlukan untuk memanfaatkan keuntungan dari proses yang berkelanjutan. Juga, lisensi dari proses yang berkelanjutan dapat menyajikan beberapa kesulitan di mana konsinyasi produk harus dapat dilacak pada batch bahan baku. Dalam proses yang berkesinambungan jangka panjang beberapa batch yang berbeda media harus digunakan yang menyajikan masalah bergaul produk dengan bahan baku. Selain itu, sulit untuk memantau stabilitas genetik sel yang bergerak dalam sistem reaktor besar. Dengan demikian skala besar (jumlah kg) produk sel hewan stili diproduksi dengan metode batch. Namun, di mana produk-produk nilai yang sangat tinggi diperlukan dan produksi dapat dipenuhi pada skala kecil, sistem perfusi terus menerus adalah proposisi yang sangat menarik (Griffiths, 1992). pembuatan bir terus menerus dan produksi biomassa yang merupakan aplikasi industri utama budaya mikroba terus menerus sekarang akan dipertimbangkan secara lebih rinci. BREWING TERUS MENERUS Industri pembuatan bir di Inggris telah memiliki relatif singkat 'pacaran' dengan budaya terus menerus. Dua jenis bir terus menerus telah digunakan: (I) kaskade atau sistem multistage. (Ii) Sistem tower. Hough et al. (1976) menggambarkan sistem cascade digunakan di Watneys 'Mortlake brewery di London. Proses ini digunakan tiga kapal, dua yang pertama untuk fermentasi dan yang ketiga untuk pemisahan biomassa ragi. Berat jenis wort berkurang 1040-1019 di kapal pertama dan 1019-1011 inthe kapal kedua. Waktu tinggal untuk sistem adalah 15 sampai 20 jam, menggunakan worts di kisaran berat jenis 1035-1040, dan itu bisa terus berjalan selama 3 bulan. Namun, diyakini bahwa sistem itu ditinggalkan karena masalah produksi biomassa yang berlebihan. Proses ini tampaknya telah digunakan secara luas di Selandia Baru dengan sukses yang lebih besar (Kirsop, 1982), tetapi instalasi rupanya baru adalah dari jenis batch. Sebuah fermentor menara khas untuk pembuatan bir adalah iIIustrate pada Gambar. 2.12. Sistem ini sebagian ditutup dalam ragi relatif sedikit daun fermentor karena sifat yang sangat flocculent dari strain yang digunakan. Dengan demikian, sistem adalah jenis internal umpan balik. Wort diperkenalkan ke dasar menara dan melewati plug berpori ragi. Sebagai wort naik melalui kapal itu semakin difermentasi dan daun fermentor melalui zona ragi-pemisahan, yang dua kali diameter sisa menara. Hough et al 1976 dijelaskan protokol yang digunakan dalam pembentukan plug ragi di menara dan kondisi operasi berikutnya. Sebelum fermentasi, menara ini benar-benar dibersihkan dan uap disterilkan, operasi aseptik menjadi lebih penting bagi proses yang berkesinambungan dari batch satu. Kapal ini sebagian diisi dengan wort steril dan diinokulasi dengan kultur laboratorium. Tahap awal dirancang untuk mendorong produksi biomassa tinggi dengan penambahan berkala wort selama sekitar periode 9-hari. Sebuah plug berpori ragi Mengembangkan di dasar menara. Laju aliran wort yang kemudian secara bertahap meningkat selama lebih lanjut 9 sampai 12 hari dengan waktu yang suatu keadaan stabil perkiraan dapat dicapai. Setelah pembentukan biomassa yang tinggi di fermentor sistem dioperasikan sehingga wort diubah menjadi bir

dengan pembentukan sekitar jumlah yang sama dari ragi seperti yang akan diproduksi dalam proses batch. Bir yang dihasilkan selama periode start-up 3minggu biasanya di bawah spesifikasi dan harus dicampur dengan kualitas tinggi bir. Dengan demikian, operasi terus-menerus lebih dari 3 bulan diperlukan untuk mengkompensasi kerugian awal proses. Keuntungan utama dari proses tower terus menerus adalah bahwa wort waktu tinggal dapat dikurangi dari sekitar 1 minggu untuk 4 sampai 8 jam dibandingkan dengan sistem batch. Namun, pengembangan kapal cylindro-kerucut (awalnya digambarkan oleh Nathan di tahun 1930-an, tetapi tidak diperkenalkan sampai tahun 1970, lihat juga Bab 7) menyebabkan pemendekan waktu fermentasi batch untuk sekitar 48 jam. Meskipun ini masih jauh lebih panjang dari waktu tinggal di fermentor menara, harus diingat bahwa pendingin bir dan kemasan membutuhkan jauh lebih panjang dari tahap fermentasi, sehingga perbedaan waktu proses keseluruhan antara menara dan batch cylindro-kerucut proses ini tidak cukup untuk membenarkan kerugian dari menara. Kelemahan utama dari sistem menara adalah waktu start-up yang lama, kompleksitas teknis tanaman, kebutuhan untuk tenaga lebih terampil daripada tanaman batch, kaku sistem dalam waktu yang lama bahwa penundaan akan terjadi antara berubah dari satu bir fermentasi yang lain dan, akhirnya, kesulitan dalam pencocokan rasa produk terus diproduksi dengan yang dari batch produk tradisional. Dengan demikian, sistem kontinyu-tower telah jatuh dari penggunaan, dengan adopsi yang universal virtual dari proses batch cylindro-kerucut. BUDAYA TERUS MENERUS DAN BIOMASSA PRODUKSI biomassa mikroba yang diproduksi untuk konsumsi manusia atau hewan disebut protein sel sebagai tunggal (SCP). Meskipun ragi diproduksi sebagai makanan dalam skala besar di Jerman selama Perang Dunia Pertama (Laskin, 1977) konsep memanfaatkan biomassa mikroba sebagai makanan tidak diselidiki secara menyeluruh sampai tahun 1960-an. Sejak tahun 1960, sejumlah besar perusahaan industri telah mengeksplorasi potensi memproduksi SCP dari berbagai sumber karbon. Hampir tanpa kecuali, penyelidikan ini telah didasarkan pada penggunaan budaya terus menerus sebagai teknik pertumbuhan. Seperti dibahas sebelumnya, budaya terus menerus adalah metode yang ideal untuk produksi biomassa mikroba. Produktivitas unggul teknik, dibandingkan dengan budaya batch, dapat dimanfaatkan sepenuhnya dan masalah degenerasi regangan tidak signifikan sebagai dalam produksi metabolit mikroba. Tekanan selektif dalam chemostat akan cenderung bekerja untuk keuntungan dari industrialis memproduksi SCP, di bahwa strain yang paling efisien dari organisme akan dipilih, meskipun hal ini tidak selalu terjadi untuk proses miselium. Pengembangan proses SCP dihasilkan penelitian yang cukup ke dalam desain chemostat skala besar dan perilaku organisme produksi di pembuluh yang sangat besar. Banyak novel 'fermentor telah dirancang untuk proses SCP dan ini dianggap lebih rinci dalam Bab 7. Sebuah rentang yang sangat luas dari sumber karbon telah diteliti untuk produksi SCPo Whey telah digunakan sebagai sumber karbon untuk produksi biomassa sejak tahun 1940-an dan fermentasi tersebut telah terbukti ekonomi dalam bahwa mereka menyediakan produk pakan bermutu tinggi, sementara menghapus sebuah, jika tidak, produk limbah merepotkan dari industri keju (Meyrath dan Bayer, 1979). Selulosa telah diteliti secara luas sebagai sumber karbon potensial untuk produksi SCP dan pekerjaan ini telah ditinjau oleh

Callihan et al. (1979) dan Woodward (1987). Kesulitan utama yang terkait dengan penggunaan selulosa sebagai substrat adalah sifat bandel nya. Sejumlah besar penelitian telah dilakukan ke dalam penggunaan hidrokarbon sebagai sumber karbon untuk proses biomassa; hidrokarbon diselidiki menjadi metana, metanol dan n-alkana. Sejumlah besar perusahaan-perusahaan komersial yang terlibat dalam bidang penelitian ini tetapi sangat sedikit dibuat layak proses komersial, berdasarkan produksi SCP dari hidrokarbon karena kesulitan ekonomi yang terlibat (Sharp, 1989). Pada awal penelitian ini, hidrokarbon yang relatif murah tapi, berikut 1.973 Tengah Timur Perang, harga minyak meningkat dan mengubah basis ekonomi produksi biomassa dari sumber minyak bumi. ICI berhasil dalam mengembangkan proses komersial untuk produksi biomassa bakteri (Pruteen) dari metanol pada tingkat tahunan dari 54.000 sampai 70.000 ton. Proses ini dimanfaatkan udara-lift baru, tekanan siklus fermentor, 3000 kapasitas m3, dan cemara proses komersial untuk menghasilkan SCP dari methano (Raja, 1982). Fermentasi berhasil menjalankan fo periode lebih dari 100 hari tanpa kontaminasi (Howells, 1982).Sayangnya, ekonomi dari proses itu sedemikian rupa sehingga ketika harga kedelai dan tepung ikan menurun Pruteen tidak bisa bersaing sebagai pakan ternak. Seiling dalam jumlah besar berhenti di (Sharp, 1989) dan 3000 m3 kapal akhirnya dibongkar. Keahlian yang dikembangkan oleh ICI selama proyek pruteen dan penelitian RHM ke dalam penggunaan jamur Fusarium gramineamm, untuk produksi makanan manusia membentuk dasar dari perusahaan patungan antara dua perusahaan. ICI siklus tekanan pilot plant digunakan untuk menghasilkan jamur biomassa (Myco-protein dipasarkan sebagai Quom) dalam budaya terus menerus. Keuntungan dari biomassa jamur adalah bahwa hal itu dapat diproses untuk memberikan protein bertekstur yang diterima untuk konsumsi manusia. Sifat geser rendah dari kapal udara-angkat menghemat morfologi diinginkan dari jamur. Proses ini dioperasikan pada tingkat pengenceran antara 0,17 dan 0,20 h ~ 1 (/ Lmax adalah 0,28 h ~ 1). Fenomena mutasi dan seleksi yang ketat di chemostat telah terbukti menjadi problematis dalam fermentasi Myco-protein, karena mutan bercabang muncul di kapal yang mengakibatkan hilangnya morfologi yang diinginkan. Namun, proses dapat stilI dioperasikan dalam budaya chemostat untuk 1000 jam pada skala penuh (Trinci, 1992). Perbandingan batch dan budaya continuo sebagai alat investigasi Meskipun penggunaan budaya terus menerus pada skala industri sangat terbatas itu adalah teknik investigasi yang tak ternilai.Karakteristik prinsip budaya batch perubahan. Bahkan selama fase log kondisi budaya yang tidak konstan dan hanya maksimum laju pertumbuhan spesifik konstan yang memberikan kemiripan stabilitas - konsentrasi biomassa, konsentrasi substrat dan produk mikroba semua perubahan secara eksponensial. Selama fase perlambatan timbulnya keterbatasan nutrisi menyebabkan tingkat pertumbuhan menurun dari maksimum ke nol dalam waktu yang sangat singkat, sehingga hampir tidak mungkin untuk mempelajari efek fisiologis keterbatasan nutrisi dalam budaya batch. Sebagai TriIli (1990) menunjukkan, adaptasi dari suatu organisme untuk mengubah tidak seketika, sehingga aktivitas budaya batch tidak dalam kesetimbangan dengan komposisi lingkungannya. peristiwa fisiologis dalam budaya batch yang mungkin telah dimulai oleh perubahan lingkungan yang terjadi beberapa waktu yang signifikan sebelum perubahan diamati. Dengan demikian, sangat sulit untuk berhubungan 'sebab dan

akibat'. Fitur utama dari budaya terus menerus, di sisi lain, adalah 'steady state' - biomassa, substrat dan konsentrasi produk harus tetap konstan

View more...


Copyright © 2017 DATENPDF Inc.