Xanthan gum은 수용성 생물고분자로 수용액 상태에서 독특한 유변학적 특성을 나타내기 때문에 식품, 의약품, 화장품 및 기타 화학산업에서 유화제, 윤활제,응고제 등으로 널리 사용되고 있다. 특히 앞으로 원유의 삼차 회수공정에 대량 사용될 전망이다.미생물 세포외 다당류인 xanthan은 절대 호기성 박테리아인 Xanthomonas compestris를 이용하여 100㎥이상의 대형 교반반응기에서 생산되고 있다. 균이 세포외 배양액으로생산 배출하는 xanthan은 고점도 강한 가소성의 독특한 유변학적 특성을 유발하기 때
Xanthan gum은 수용성 생물고분자로 수용액 상태에서 독특한 유변학적 특성을 나타내기 때문에 식품, 의약품, 화장품 및 기타 화학산업에서 유화제, 윤활제,응고제 등으로 널리 사용되고 있다. 특히 앞으로 원유의 삼차 회수공정에 대량 사용될 전망이다.미생물 세포외 다당류인 xanthan은 절대 호기성 박테리아인 Xanthomonas compestris를 이용하여 100㎥이상의 대형 교반반응기에서 생산되고 있다. 균이 세포외 배양액으로생산 배출하는 xanthan은 고점도 강한 가소성의 독특한 유변학적 특성을 유발하기 때문에반응기에서의 기-액 산소전달, 혼합 및 열전달 등에 커다란 문제를 야기시킨다. 이러한문제를 해결하기 위해 교반반응기에 다량의 에너지를 투입하여 xanthan을 생산하므로 원가중 동력비가 차지하는 비중이 상당히 크다. 현재 xanthan은 질에 따라 ㎏당 10-20달러의고가로 판매되고 있으며, 생산원가 절감을 위한 새로운 형의 반응기 개발 및 생산공정의 최적화가 절실히 요구되고 있는 실정이다.본 연구에서는 혼합특성이 우수한 기포탑과 에너지 효율이 좋은 삼상유동층을xanthan의 생산에 생물반응기로서 이용하였다. 삼상유동층 생물반응기에서 반응기에 투입되는 공기는 기상을, 배양액은 액상을, 그리고 유동입자는 기-액 산소전달 속도를 촉진시키는 불활성 고체상을 각각 형성한다. 삼상유동층 생물반응기는 직경 8㎜의 유리구슬을 사용한 결과, 높은 점도 하에서 형성되는 공기 슬러그 기포가 분쇄되어 기포탑에 비해 약 7배의 기-액 산소전달속도를 나타냈으며 교반반응기에 비해 높은 단위에너지투입속도 당 기-액 산소 전달속도를 나타냈다. 따라서 삼상유동층 반응기에서의 회분식 발효는 같은 공기유속을 사용한 기포탑 반응기보다 높은 반응기 단위체적 당 생성물 생성속도 즉 공간-시간수율[㎏ xanthan/㎥ h]을 나타내었다. 또한 생산공정 최적화의 일환으로 삼상유동층을xanthan의 연속 생산공정에 결과, 반응기 희석율을 증가시킴에 따라 xanthan의 겉보기 수율은 감소하였으나 단위 균체량 및 반응기 단위부피 당 xanthan 생성속도는 증가하였다.
Abstract▼
Xanthan gum is a water soluble biopolymer and is used as aemulsifying, lubricating and thickneing agent in the food, pharmaceutical, cosmetic andchemical industries due to excellent rheological properties. Particularly, there is agrowing demand for a low-cost xanthan for the tertiary
Xanthan gum is a water soluble biopolymer and is used as aemulsifying, lubricating and thickneing agent in the food, pharmaceutical, cosmetic andchemical industries due to excellent rheological properties. Particularly, there is agrowing demand for a low-cost xanthan for the tertiary enhanced oil recovery bypolymer flooding.The microbial exopolysaccharide xanthan is produced in a large-scale stirred tankfermentor of 100㎥ by the obligatorily aerobic bacterium Xanthomonas camperties.Since xanthan gum excreted into culture broth by the bacteria induces high viscosityand strong pseudoplasticity, gas-liquid oxygen transfer, mixing and heat transfer in thefermentor become critical. High energy input is required for escaping these problems,which increases the production cost. Xanthan is presently purchased at the high priceof 10-20 dollars per ㎏ depending on xanthan quality. In order to reduce the price, thedevelopment of more efficient reactors than stirred tanks and the process optimizationare urgently necessary.In this study, a bubble column exhibiting excellent mixing characteristics and athree-phase fluidized bed (TPFB) which is energetically efficient were employed as abioreactor in the xanthan production. In the TPFB reactor, sparged air, culture brothand inert fluidized particles used for promoting the gas-liquid oxygen transfer rate aregas, liquid and solid phase, respectively. Since glass beads of 8㎜ diameter disintegratethe large slug bubbles formed in highly viscous culture broths, the TPFB bioreactorshowed about seven times gas-liquid oxygen transfer rate compared to the bubblecolumn and higher energetic sorption efficiency [㎏-O2/kWh] than stirred tank reactor.As the alternative to optimizing the production process, the TPFB reactor was also usedin the continuous xanthan fermentation, in which, as increasing the dilution rate, thexanthan production rate per unit cell dry mass and per unit volume of reactor increased,although the apparent yield of xanthan decreased.
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