Enzymatic pre-treatment of complex fermentation medium

No Thumbnail Available

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Helsinki University of Technology | Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author

Authors

Date

2004

Department

Kemian tekniikan osasto

Major/Subject

Bioprosessitekniikka

Mcode

Kem-70

Degree programme

Language

en

Pages

vi + 79 s. + liitt. 18

Series

Abstract

The aim of this thesis was to study and optimize the enzymatic treatment of complex, soybean meal based fermentation medium. The primary purpose of the enzymatic treatment -also called as maceration -is to decrease the apparent viscosity of the medium by partially degrading the complex cell wall structures of soybean. In the first part, literature over the structure and composition of soybean as well as soybean processing and enzymatic treatment was reviewed. The experimental part started with setting up a laboratory-scale maceration system aiming to mimic the production scale maceration. Next, lots of a maceration enzyme blend composed of two commercially available cellulase preparations containing various cellulase and hemicellulase activities were compared to detect possible differences between lots. It was noticed that the protein content of the lots varied and the lots containing less total soluble protein also gave poorer maceration results. The maceration conditions for the enzyme blend were optimized by carrying out experiments in the pH range of 3.0-7.0 and temperature range of 40-60 °C. The results showed that optimal pH range was quite wide as good results were achieved in the pH range of 4.5-5.5. The optimal temperature range was between 40 °C and 50 °C. Raising the temperature over 50 °C weakened the maceration performance significantly. The effect of changing the composition of the maceration enzyme blend was also tested by first varying the ratio of the components in the current blend and then by adding other enzyme components. It appeared that with the current components, the ratio being used presently was relatively optimal but could nevertheless be improved. Adding pectic enzymes to the blend helped to boost the maceration. It was concluded that in order to avoid problems in the production scale fermentations, the protein content of the maceration enzyme blend lot should be checked and a small-scale maceration test should be carried out with it prior to its introduction into production. More investigation into maceration enzyme dosage as well as optimal blend composition and maceration time was also recommended.

Työn tarkoitus oli tutkia ja optimoida kompleksisen, soijahiutalepohjaisen fermentointialustan entsymaattista esikäsittelyä. Tämän entsyymikäsittelyn eli maseroinnin pääsiallinen tarkoitus on alentaa alustan näennäisviskositeettiä hajottamalla osittain soijapavun monimutkaisia soluseinärakenteita. Työn kirjallisuusosassa on tarkasteltu soijapavun rakennetta, koostumusta ja teollista prosessointia sekä entsymaattista käsittelyä. Kokeellinen osa aloitettiin tuotantomittakaavaa mallintavan maserointikoejärjestelyn pystyttämisellä laboratoriomittakaavaan. Seuraavaksi kahdesta kaupallisesti saatavilla olevasta sellulaasivalmisteesta koostuvan maserointientsyymiseoksen eri valmistuseriä vertailtiin keskenään. Entsyymivalmisteet sisälsivät useita eri sellulaasi- ja hemisellulaasiaktiivisuuksia. Kokeiden tuloksena huomattiin, että erien kokonaisproteiinimäärä vaihteli ja vähiten proteiinia sisältävät erät olivat myös huonoimpia maserointikokeissa. Entsyymiseoksen toiminnalle optimaalisia olosuhteita tutkittiin suorittamalla maserointikokeita pH-alueella 3,0-7,0 sekä lämpötila-alueella 40-60°C. Tulokset osoittivat, että optimaalinen pH-alue oli suhteellisen laaja sijoittuen välille 4,5-5,5. Optimaalinen lämpötila-alue oli välillä 40-50 °C. Lämpötilan nostaminen yli 50 °C:een heikensi entsyymiseoksen maserointikykyä huomattavasti varsin nopeasti. Entsyymiseoksen koostumuksen muuttamisen vaikutusta testattiin ensin vaihtelemalla käytössä olevan seoksen komponenttien suhteita ja seuraavassa vaiheessa lisäämällä uusia komponentteja. Tulosten perusteella käytössä olevan seoksen komponenttien suhde on verrattain optimaalinen, mutta sen parantaminen oli mahdollista. Pektinaasiaktiivisuutta omaavien komponenttien lisääminen paransi maseroinnin tulosta. Tulosten pohjalta todettiin, että maseroinnista aiheutuvien ongelmien välttämiseksi tuotantomittakaavan fermentoinneissa maserointientsyymiseoserästä olisi hyvä määrittää proteiinipitoisuus sekä suorittaa laboratoriomittakaavan koemaserointi ennen erän käyttöönottoa tuotannossa. Maserointientsyymin optimaalisen annostelun ja seoksen koostumuksen sekä myös maserointiajan selvittämiseksi suositellaan jatkotutkimuksia.

Description

Supervisor

Leisola, Matti

Thesis advisor

Leskinen, Sanna

Keywords

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-2020120450811

Collections

[dipl] Teknillinen korkeakoulu / TKK