Lait 79 (1999) 137-148
DOI: 10.1051/lait:1999111

Feasibility of propionic acid production by extractive fermentation

Zhong Gu^a, David A. Rickert^b, Bonita A. Glatz^b and Charles E. Glatz<sup>a

a</sup>  Department of Chemical Engineering, Iowa State University, Ames, lA, USA
^b  Department of Food Science and Human Nutrition. Iowa State University, Ames, lA, USA

Abstract - Production of propionic acid by fermentation is hindered by low productivity and product inhibition. Cell immobilisation to increase productivity and extractive fermentation to reduce product inhibition were investigated. Propionic acid concentration in the extractive fermentation was maintained at 13 g·L^-1 by concurrent extraction with a Iiquid extractant consisting of 40 % (v / v) Alamine^® 304-1 (trilaurylamine) in Witcohol^® 85 NF (oleyl alcohol). A final concentration of 71 g-L^-1 propionic acid was obtained in non extractive mode. Yields of propionic and acetic acids were doubled and higher overall productivities were obtained in the extractive fermentation. The extractant also exhibited selectivity for propionic acid over acetic acid, thus partially purifying the former. In both fermentation modes, productivity was enhanced by cell immobilization in calcium alginate beads. An economic analysis of a modified version of the fermentation based on several favorable assumptions showed that the extractive fermentation can, at best, approach economic feasibility at an annual production of 4.7 x 10⁷ kg. For the assumed conditions, the production cost of the propionic acid was US$ 1.16kg^-1; this cost was reduced to US$ 0.94kg^-1 when the value of the acetic acid byproduct was included. © Inra / Elsevier, Paris.

Résumé - Étude de faisabilité de la production d'acide propionique par fermentation extractive
La production d'acide propionique par fermentation rencontre deux obstacles : la faible productivité et l'inhibition par le produit. L'immobilisation de cellule pour augmenter la productivité et la fermentation extractive pour réduire l'inhibition par le produit ont été étudiées. La concentration en acide propionique en fermentation extractive était maintenue à 13 g-L^-1 par extraction en co-courant avec un liquide d'extraction composé à 40 % (v / v) d'Alamine® 304-1 (trilaurylamine) dans du Witcohol® 85NF (oleyl alcool). Une concentration finale de 71 g-L^-1en acide propionique était obtenue en mode non-extractif. Les rendements en acides propionique et acétique étaient doublés et une productivité globale supérieure était obtenue en fermentation extractive. Le liquide d'extraction montrait de plus une sélectivité en faveur de l'acide propionique par rapport à l'acide acétique, conduisant à une purification partielle. Dans les deux modes de fermentation, la productivité était augmentée par l'immobilisation des cellules dans des billes d'alginate de calcium. Une analyse économique de la version modifiée de la fermentation basée sur ces hypothèses les plus favorables a montré que la fermentation extractive peut, au mieux, approcher la faisabilité économique pour une production annuelle de 4,7 x 10⁷ kg. Dans les conditions envisagées, le coût de production de l'acide propionique était de 1,16 $·kg^-1; ce coût était réduit à 0,94 $·kg^-1 lorsque l'on incluait la valeur du coproduit acide acétique. © Inra / Elsevier, Paris.

Key words: extractive fermentation / propionic acid / propionibacteria / economic

Mots clés : fermentation extractive / acide propionique / bactérie propionique / économie

Corresponding author: Bonita A. Glatz cglatz@iastate.edu