Fermenttorin käyttöönotto

Abstract

Opinnäytetyö suoritettiin Kaakkois-Suomen ammattikorkeakoulun Kuitu 3 -tiloissa, joka on osa koulun tutkimusyksikköä. Aiheena oli laboratorio- ja koulutuskäyttöön suunnitellun bioreaktorin eli fermenttorin ja siihen liitettävän MFCS-toiminnanohjausjärjestelmän käyttöönotto. Työ tehtiin biotuotetekniikan opettajan toimeksiantona, jotta fermenttoria voitaisiin käyttää jatkossa opetukseen.

Teoriaosassa lukija johdatetaan biotekniikkaan ja bioreaktoreihin, minkä jälkeen paneudutaan itse fermenttorin ja toiminnanohjausjärjestelmän laiteteknisiin ominaisuuksiin. Työ sisältää myös teoriaosan solun aineenvaihdunnasta, jossa perehdytään koeajossa tapahtuviin ilmiöihin solutasolla.

Työn edetessä huomattiin, että toiminnanohjausjärjestelmästä puuttui reseptieditori, jolla fermentointia voidaan ajaa täysin automaattisesti. Tästä johtuen kokeelliseksi osuudeksi valittiin yksinkertainen alkoholin käymisprosessi, jossa sakkaroosin, veden ja hiivan avulla tuotettiin fermenttorissa etanolia. Koeajon tarkoituksena oli havainnollistaa fermenttorin käyttöä ja seurata graafisesti prosessissa tapahtuvia suureiden muutoksia. Lopputuotteesta analysoitiin likimääräinen alkoholin tilavuusprosentti ominaispainoon perustuvalla mittauksella. Opinnäytetyön pohjalta laadittiin myös käyttöopas fermenttoriin liittyen. Oppaaseen on kerätty laitteen käytön kannalta tärkeää tietoa seuraavaa käyttäjää varten. Etanolin valmistukseen ja fermenttorin teknisiin ominaisuuksiin haettiin tietoa kirjallisuudesta.

Työ sujui muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta hyvin. Fermenttorilla saatiin tuotettua etanolia, mutta tarkempaa analyysia ei tarvittavien laitteiden puutteen vuoksi voinut määrittää. Koeajon aikana seurattavien suureiden analysointi onnistui suunnitellusti. Tulevaisuudessa on fermenttoriin hankittava puuttuvia komponentteja, jotka mahdollistavat laitteen ominaisuuksien hyödyntämisen.

The thesis study was performed in the Kuitu 3 premises of South-Eastern Finland University of Applied Sciences, which are part of the university’s research unit. The subject was commissioning of a bioreactor, or the fermentor, which has been designed for laboratory and education use and of the interconnected MFCS control unit. The thesis was conducted as an assignment from a teacher so that the fermentor could be used in the future for educational purposes.

In the theoretical part, biotechnology and bioreactors has been introduced, and after that the technical properties of the fermentor and the MFCS control unit will be presented in greater detail. The study also includes theoretical discussion on cell metabolism which examines the phenomena apparent in the experimental phase at the cellular level.

As the study progressed, it was noticed that the MFCS control unit system lacked an important attribute related to the recipe editor. As a result, a simple alcohol fermentation process was selected for experimentation, where ethanol was produced in the fermentor with sucrose, water and yeast. The purpose of the experiment was to illustrate the use of the fermentor and graphically monitor the changes in the quantities during the process. From the end product, an approximate volume percentage of alcohol was analyzed by specific gravity measurement. A guide to the fermentor was also prepared based on this study. The guide contains important information relevant to the operation of the device for the next potential user. The production of ethanol and the technical properties of the fermentor were also examined.

The study achieved its objectives with a few exceptions. The fermentor produced ethanol but no detailed analysis was made due to the lack of necessary equipment. The analysis of the quantities monitored during the test run was successfully conducted as planned. In the future, the missing components need to be acquired to enable the utilization of a broad range features of the fermentor.