Use of headspace and substrate composition to steer fermentation processes

Currently, industrial chemicals such as acids and solvents are produced via fossil fuel resources. However, because of increasing environmental concerns, the new trend is towards bio-based production of these chemicals. Fermentation, which is an intermediate step in the anaerobic digestion process, can generate acids and alcohols. In other words, fermentation processes can be used for the production of bulk chemicals from organic biomass sources. Among the variety of biomass sources, organic wastes are the most interesting ones because they are abundantly available, cheap and they do not compete with food.

Further authors:
K.J.J. Steinbusch, Wageningen University, Sub-department of Environmental Technology, The Netherlands;
H. De Wever, Flemish Institute for Technological Research (VITO);
C.J.N Buisman, Wageningen University, Sub-department of Environmental Technology, The Netherlands

Organic waste materials consist of carbohydrates, proteins and lipids. Because of this complexity, only mixed culture fermentations can provide the reduction of mixed sources for desired products. The benefit of using a mixed culture is the elimination of the costly sterilization step in the fermentation process. The mixed culture environment, however, creates a final fermentation broth in which the produced bulk chemicals are diluted and occur as a mixture. As a result, to recover these chemicals more energy is needed in the further downstream processing steps. It is, therefore, desired to steer the fermentation process towards a single compound in sufficiently high concentrations in the final fermentation liquor.
This study investigated the thermodynamics of the reactions and assessed how selected environmental parameters influence the feasibility of the reactions. The Gibbs’ free energy values from the model substrates towards volatile fatty acids and alcohols were calculated. Selected model substrates were glucose, glutamate, glycine and proline as they represent carbohydrate and protein substrates in their simplest forms. The change in product formation from model compounds under a range of proton concentrations and hydrogen partial pressures was calculated. The first calculations showed that nearly all reactions are under the thermodynamically required limit of -20 kJ/mol, independent of the conditions chosen. There was a clear and variable impact of the studied operational parameters on the Gibb’s free energy levels. However, the effects were often similar for different reactions.



Copyright: © European Compost Network ECN e.V.
Quelle: Orbit 2012 (Juni 2012)
Seiten: 8
Preis inkl. MwSt.: € 8,00
Autor: Doga Arslan
Dr. Bert Hamelers
Ludo Diels
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