يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

نهج تدريجي قابل للتطوير للإنتاج المستدام للبلاستيك الحيوي من نفايات الطعام

2.2K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/68499

⸱

يوليو 18, 2025

 ,  ,  ,  , 
1Department of Biological Systems Engineering, Virginia Polytechnic Institute and State University, 2Quasar Energy Group, 3Department of Environmental Science and Technology, University of Maryland

في هذه المقالة

ملخص

يقدم هذا البروتوكول طريقة قابلة للتطوير لتحويل نفايات الطعام إلى بلاستيك حيوي بولي هيدروكسي ألكانوات (PHA) قابل للتحلل. يستخدم الهضم اللاهوائي المتوقف للمعالجة المسبقة لنفايات الطعام ، والتخمير الميكروبي الملحي للتخليق الحيوي للأحمض الهيدروجيني ، وعملية مصب خالية من المواد الكيميائية لاستعادة الهيدروجيني.

الملخص

تتطلب أزمة البلاستيك الدقيق العالمية ، إلى جانب التحديات المتزايدة للتخلص من نفايات الطعام ، حلولا مبتكرة لمعالجة هذه القضايا البيئية معا. بولي هيدروكسي ألكانوات (PHAs) هي مواد بلاستيكية حيوية فريدة من نوعها قابلة للتحلل البيولوجي بالكامل في جميع البيئات ، بما في ذلك النظم البيئية البحرية ، مما يوفر بديلا مستداما للبلاستيك القائم على البترول. في الوقت نفسه ، يوفر استخدام نفايات الطعام كمادة وسيطة لإنتاج الهيدروكسيك الهيدروجيني استراتيجية فعالة للتخفيف من تحديات التخلص من نفايات الطعام مع إنتاج مواد بلاستيكية عالية القيمة قابلة للتحلل. توفر هذه الدراسة بروتوكولا خطوة بخطوة لإنتاج الهيدروكسوهيدروجيني من نفايات الطعام ، مع التركيز على الرعاية الحرجة المطلوبة لضمان محتوى عالي من PHA الخلوي وجودته. تبدأ العملية بالهضم اللاهوائي المتوقف ، والذي يحول نفايات الطعام إلى أحماض دهنية متطايرة قابلة للاستيعاب الميكروبي (VFA) من خلال الحفاظ على بيئة لاهوائية وتحسين المعلمات ، مثل وقت الاحتفاظ الصلب ، لزيادة إنتاج VFA إلى أقصى حد ، وهو مقدمة رئيسية لتخليق PHA. ثم يتم استخدام الهضم الغني ب VFA لزراعة Haloflex mediterranei ، وهو كائن حي دقيق محبة للملح قادر على تراكم ما يصل إلى 66٪ ± 5٪ من وزن الخلية الجافة. ومنعت بيئة الزراعة عالية الملوحة في H. mediterranei تلوث الاستزراع، مما يضمن الإنتاج الأمثل من الهيدروجيني. تتم مراقبة نمو الخلايا عن طريق قياس الكثافة الضوئية لتحديد الوقت المثالي لحصاد حمض الهيدروجيني. يتم تحلل الخلايا باستخدام طريقة خالية من المواد الكيميائية تعتمد على الماء تستفيد من تدرج الضغط التناضحي ، مما يحقق 93٪ ± 3٪ استرداد PHA ، متبوعا بتنقية PHA القائم على المذيبات للحصول على نقاء PHA بنسبة 96٪ ± 2٪. كل خطوة حيوية لضمان إنتاج مواد بلاستيكية عالية الجودة وقابلة للتحلل. توفر هذه الورقة طرقا مفصلة للهضم اللاهوائي المتوقف ، والتخمير النقي ، وتحلل الخلايا الخالي من المواد الكيميائية ، وتنقية PHA القائم على المذيبات ، مما يوفر نهجا قابلا للتطوير ومستداما لتحويل نفايات الطعام إلى مواد بلاستيكية حيوية قابلة للتحلل الحيوي مناسبة للتطبيقات التجريبية والكاملة.

المقدمة

يعد التلوث البلاستيكي والتخلص من نفايات الطعام من المخاوف البيئية المتزايدة ، مما يسلط الضوء على الحاجة إلى نهج مبتكرة تعالج كلا التحديين من خلال الإدارة المستدامة للنفايات وتطويرالمواد 1. تعتبر المواد البلاستيكية التقليدية القائمة على البترول من المساهمين الرئيسيين في التلوث البيئي والتلوث باللدائن الدقيقة ، وتستمر في مدافن النفايات والنظم البيئية المائية لعدة قرون2. توفر البولي هيدروكسي ألكانوات (PHAs) ، وهي فئة من البلاستيك الحيوي الميكروبي ، بديلا قابلا للتحلل البيولوجي بالكامل بخصائص ميكانيكية مماثلة للبلاستيك التقليدي مع ضمان التحلل الكامل في البيئاتالطبيعية 3. ومع ذلك ، تظل تكاليف الإنتاج المرتفعة للوحدات الأولية عائقا كبيرا أمام التبني التجاري على نطاقواسع 4. يتمثل أحد الأساليب الواعدة للتغلب على هذا القيد في الاستفادة من النفايات العضوية كمصدر كربون فعال من حيث التكلفة للتخليق الحيوي الميكروبي للأحمض الهيدروجيني ، حيث تمثل المواد الأولية ما يقرب من 50٪ من إجمالي نفقات الإنتاج في العمليات الصناعية الحالية التي تعتمد على مصادر الكربون النقي مثل نشا الذرة أو الجلوكوز5. من خلال تثمين النفايات ، لا يؤدي هذا النهج إلى تحويل المواد العضوية من مدافن النفايات فحسب ، بل يحولها أيضا إلى بديل مستدام للمواد البلاستيكية القائمة على البترول ، ويعالج في نفس الوقت تراكم النفايات وقضايا التلوث البلاستيكي.

يظهر H. mediterranei ، وهو كائن حي دقيق محبة للملح ، إمكانات كبيرة لاستخدام المواد الأولية المشتقة من النفايات لإنتاج PHA نظرا لقدرته على الازدهار في ظروف عالية الملوحة (2-5 M NaCl ) ، مما يمنع التلوث بشكل طبيعي عن طريق تثبيط نمو الميكروبات غير المحبةللملح 6. هذه البيئة عالية الملوحة تلغي الحاجة إلى التعقيم الصارم في التخمير الصناعي ، مما يقلل من تكاليف التشغيل. على عكس منتجي PHA البكتيري التقليديين ، يقوم H. mediterranei باستقلاب مجموعة متنوعة من مصادر الكربون المشتقة من النفايات بكفاءة وقد تم الإبلاغ عن تراكم PHA بنسبة تصل إلى 70٪ من وزن الخلية الجافة (DCW) كآلية استجابة للإجهاد7،8. بالإضافة إلى ذلك ، تتيح بيئتها عالية الملوحة معالجة بسيطة في اتجاه مجرى النهر ، حيث أن الصدمة التناضحية الناتجة عن الغمر في الماء تعطل الخلايا بشكل فعال ، مما يسمح بإطلاق PHA دون الحاجة إلى معالجات إنزيمية أوكيميائية 9. هذه المزايا تضع H. mediterranei كمرشح مثالي لإنتاج البلاستيك الحيوي القابل للتطوير والقائم على النفايات.

استكشفت الدراسات الحالية العديد من النفايات ، بما في ذلك مصل اللبن ، ومياه الصرف الصحي في مطحنة الزيتون ، والمخلفات الصناعية الزراعية ، لتخمير PHA بواسطة H. mediterranei6،10،11،12،13،14،15،16،17،18. يمثل التباين الكبير في تكوين النفايات تحديا كبيرا ، يتطلب استراتيجيات معالجة مسبقة مختلفة ، مثل التحلل المائي الأنزيمي أو التحلل المائي الحمضي أو المعالجة الحرارية ، قبل الاستيعاب الميكروبي11،17،19،20. هنا ، يوفر الهضم اللاهوائي المتوقف (aAD) حلا قابلا للتطوير عن طريق تحويل نفايات الطعام المتنوعة إلى هضم غني بالأحماض الدهنية المتطايرة المتجانسة (VFA) ، ويعمل كمقدمة مباشرة لتخليق PHA بواسطة H. mediterranei21،22. تعزز هذه العملية تناسق المواد الأولية وتخفف من تقلب الركيزة مع تحسين كفاءة التخمير الميكروبي.

على الرغم من إمكاناتها ، فقد نجحت دراسات قليلة فقط في إثبات هذه العملية المكونة من مرحلتين التي تدمج تخمير aAD والأس الهيدروجيني الميكروبي لتحويل نفايات الطعام العامة إلى البلاستيك الحيوي بواسطة H. mediterranei23،24،25. توفر هذه الدراسة بروتوكولا مفصلا خطوة بخطوة يغطي المعالجة المسبقة لنفايات الطعام ، وإنتاج VFA بواسطة aAD شبه المستمر ، والتخمير النقي للاستزراع من H. mediterranei لإنتاج PHA. علاوة على ذلك ، في حين أن الدراسات السابقة قد تحققت من صحة استخراج PHA القائم على الماء من H. mediterranei ، لم يحدد أي منها كفاءة استرداد PHA ونقاءه باستخدام هذه الطريقة11،18. تعالج هذه الدراسة هذه الفجوة من خلال إظهار طريقة استرداد PHA الخالية من المواد الكيميائية باستخدام التحلل التناضحي بالماء وتحديد كفاءة استردادها مقارنة بطرق استرداد هيبوكلوريت الصوديوم التقليدية (NaClO)26. بالإضافة إلى ذلك ، تقوم هذه الدراسة بتقييم نقاء PHA المستردة بالمياه ، مما يوفر تقييما شاملا لفعاليتها في إنتاج البلاستيك الحيوي القابل للتطوير.

لسد الفجوة بين الجدوى على نطاق المختبر والتنفيذ الصناعي ، تم تصميم هذا البروتوكول لقابلية التوسع في التطبيقات الصناعية ، بما في ذلك تخمير aAD و PHA على نطاق تجريبي ، جنبا إلى جنب مع الطرد المركزي القرصي لفصل الخلايا ، وهي تقنية مستخدمة على نطاق واسع في المعالجة الحيوية والتخمير الميكروبي على نطاقواسع 27. من خلال تحسين تحويل نفايات الطعام إلى بلاستيك حيوي ، تدعم هذه الطريقة تصنيع تثمين النفايات على نطاق واسع ، وتعزيز مبادرات الاقتصاد الحيوي الدائري. يتيح دمج المواد الأولية المشتقة من النفايات ، والتخمير المحبي للملحيات ، واستراتيجية استعادة PHA الصديقة للبيئة التحويل الفعال للنفايات إلى بوليمر حيوي ، مما يقلل من الاعتماد على البلاستيك القائم على الوقود الأحفوري مع تعزيز الإنتاج المستدام للبلاستيك الحيوي.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. جمع وإعداد نفايات الطعام

  1. اجمع نفايات الطعام من المطاعم المحلية ، كما هو موضح في الشكل 1 أ. تقييم النفايات التي تم الحصول عليها بصريا. كشفت الملاحظات أن النفايات تتكون في المقام الأول من قشور الخضار واللحوم النيئة المهملة والمكونات الغنية بالكربوهيدرات مثل الأرز والمعكرونة. قد تحتاج نسبة الكربون إلى النيتروجين (C: N) إلى القياس كما هو مفصل في الخطوتين 5.1 و 5.2 ، وتعديلها إذا كانت نفايات الطعام غنية بالكربون في الغالب ، مع نسبة C: N المثلى بالقرب من 20: 128.
  2. ضع 10 كجم من نفايات الطعام في دلو سعة 5 جالون وأضف 2.5 لتر من الماء. قم بتوصيل الخلاط بمصدر طاقة. اغمر الشفرة في خليط فضلات الطعام والماء، ثم اضغط على زر البدء لبدء الخلط. امزج لمدة 30 دقيقة على الأقل حتى تتجانس تماما (الشكل 1 ب). حرك الشفرة لأعلى ولأسفل لضمان المزج الشامل لنفايات الطعام.
    تنبيه: لمنع ارتفاع درجة الحرارة ، قد يلزم تحرير زر بدء الخلاط لمدة دقيقة واحدة بعد كل دقيقتين من التشغيل.
  3. بعد الخلط ، أخرج الخلاط ونظفه بالماء الساخن وصابون الأطباق. قم بتغطية الدلو بغطاء ، وقم بتسمية الدلو باسم العينة وتاريخ التحضير ، وقم بتخزينه في درجة حرارة 4 درجات مئوية ، إذا لم يتم استخدامه على الفور.
    ملاحظة: نظرا للاختلافات في خصائص نفايات الطعام التي يتم جمعها من مصادر وأوقات مختلفة ، يجب قياس المعلمات الأساسية للملاط المحضر ، مثل المواد الصلبة الكلية (TS) والمواد الصلبة المتطايرة (VS) ، بناء على الخطوة 5.1 بعد كل تحضير لضمان دقة مدخلات TS و VS لاستخدامها لاحقا. في هذا البروتوكول ، 4 درجات مئوية للتخزين قصير الأجل (أقل من 7 أيام) ، و -20 درجة مئوية للتخزين طويل الأجل.

figure-protocol-1
الشكل 1: مقارنة بصرية لنفايات طعام المطاعم قبل التجانس وبعده. تظهر الصور الفوتوغرافية (أ) نفايات الطعام الخام و (ب) ملاط نفايات الطعام المتجانسة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. إنتاج VFA من خلال aAD

  1. تشغيل جهاز هضم aAD على نطاق تجريبي (100 لتر) (الشكل 2 أ) لتحويل نفايات الطعام إلى نفايات غذائية.
    1. تحقق من توصيل الطاقة ومحكم الإغلاق لجهاز الهضم aAD التجريبي. اضبط درجة حرارة جهاز الهضم على 35 درجة مئوية وسرعة التقليب عند 150 دورة في الدقيقة.
    2. اضغط على زر الرفع لرفع غطاء جهاز الهضم. توقف بمجرد أن يرتفع الغطاء حوالي 40 سم بالضغط على زر إيقاف .
    3. أضف المزرعة التي تم جمعها من هضم البذور aAD إلى هضم aAD التجريبي حتى يصل إلى حجم عمل يبلغ 80 لترا.
    4. اضغط على الزر السفلي حتى يغلق الغطاء تماما ، ثم قم بتثبيته بالمشابك. هذا يضمن أن جهاز الهضم يحافظ على الظروف اللاهوائية.
    5. في هذه الدراسة ، تم الحفاظ على وقت الاحتفاظ القوي (SRT) لمدة 9 أيام في هضم aAD. قم بتغذية وتفريغ 1/3من حجم عمل الهضم (حوالي 26.7 لتر) كل 3 أيام كما هو موضح أدناه.
      ملاحظة: يتم تشغيل الهضم اللاهوائي التقليدي مع SRT من 14-30 يوما لإنتاج الميثان 29,30. يتم استخدام SRT قصير لمدة 9 أيام هنا لتثبيط تكوين الميثان ، مما يعزز تراكم VFA من أجل aAD الناجح.
    6. تفريغ جزء من محتويات aAD قبل التغذية. للمساعدة في سهولة التفريغ ومنع الانسداد ، قم بزيادة سرعة تحريك جهاز الهضم مؤقتا من 150 دورة في الدقيقة إلى 200 دورة في الدقيقة وحافظ على هذه السرعة لمدة 20 دقيقة قبل التفريغ.
      ملاحظة: تضمن زيادة سرعة التقليب توزيعا متساويا للجزيئات الصلبة في مادة الهضم، مما يسهل التفريغ وأخذ العينات المتجانسة.
    7. افتح صمام التفريغ في الجزء السفلي من جهاز الهضم التجريبي aAD وقم بتفريغ 1/3rd من حجم عمل الهضم. اجمع الهضم المفرغ في دلاء وقم بتخزينه عند 4 درجات مئوية لتحليل VFA والفصل اللاحق بين الصلبة والسائلة في الخطوة 2.2.
    8. استخدم معدل تحميل عضوي (OLR) يبلغ 2.5 جم مقابل لتر في اليوم ، وبلغ متوسط VS من ملاط نفايات الطعام ~ 14.5٪ (الجدول 1). لهذا الغرض ، يلزم 4.1 كجم من الوزن الرطب لملاط نفايات الطعام بناء على المعادلة 1 لتحقيق OLR المصمم. قم بأخذ عينات من الملاط الذي يبلغ وزنه 4.1 كجم وضعه في دلو منفصل لرضائه لاحقا.
      الوزن الرطب لملاط نفايات الطعام المراد إطعامه = figure-protocol-2 (1)
      حيث يكون OLR 2.5 جم VS / L-day ، وفاصل التغذية 3 أيام ، وحجم العمل 80 لترا ، و VS 14.5٪.
    9. أضف الماء إلى دلو منفصل يحتوي على ملاط نفايات الطعام ذو الوزن الرطب المذكور أعلاه 4.1 كجم حتى تصل إلى الحجم المحسوب من المعادلة 2 ، وهو 26.7 لترا في هذا المثال.
      figure-protocol-3(2)
      حيث يكون الفاصل الزمني للتغذية 3 أيام ، وحجم العمل 80 لترا ، و SRT هو 9 أيام.
    10. استخدم مضخة تمعجية لتغذية ملاط نفايات الطعام سعة 26.7 لترا في هضم aAD في الشكل 2 أ. تأكد من بقاء أنبوب مدخل المضخة التمعجية مغمورا في سائل دلو التغذية حتى يتم نقل كل السائل.
      ملاحظة: أثناء عملية السحب ، قد يهتز الأنبوب قليلا ، وهو أمر طبيعي.
    11. قم بإيقاف تشغيل المضخة وافصل الطاقة. أعد ضبط سرعة تحريك الهضم التجريبي إلى 150 دورة في الدقيقة لمدة 30 دقيقة لتجانس العلف الجديد مع الهضم الحالي.
    12. قم بتفريغ 3 لتر من الهضم المتجانس في دلو لغرض ضبط الأس الهيدروجيني. قم بتوزيع 100 مل من مادة الهضم من 3 لتر من الهضم المتجانس في دورق وقم بقياس الرقم الهيدروجيني.
    13. أضف كريات هيدروكسيد الصوديوم تدريجيا إلى هضم 100 مل حتى يصل الرقم الهيدروجيني إلى 5.5. لحساب وزن كريات هيدروكسيد الصوديوم المضافة, احسب فقدان الوزن لحاوية حبيبات هيدروكسيد الصوديوم قبل وبعد تعديل الأس الهيدروجيني.
    14. أضف كريات هيدروكسيد الصوديوم بما يتناسب مع حجم الهضم في الهضم التجريبي في الشكل 2 أ لضبط الرقم الهيدروجيني إلى 5.5. فمثلا, إذا استغرق الأمر 0.09 جم من كريات هيدروكسيد الصوديوم لضبط 100 مل من الهضم المتجانس إلى درجة الحموضة 5.5, يجب تحميل 72 جم من كريات هيدروكسيد الصوديوم في هضم aAD التجريبي لأن حجم عمله هو 80 لتر, أي 80 لتر / 0.1 لتر × 0.09 جم = 72 جم.
      ملاحظة: نظرا لأن نطاق الأس الهيدروجيني المثالي ل aAD هو 5-5.531 ، بعد كل تغذية ، يجب ضبط الرقم الهيدروجيني إلى 5.5. أثناء aAD ، سينخفض الرقم الهيدروجيني دائما بسبب تفاعل التحمض. وبالتالي ، يوصى بشدة باتباع الخطوات من 2.1.13 إلى 2.1.16 للتحقق من الرقم الهيدروجيني وضبطه يوميا ، إذا لزم الأمر.
    15. تحقق من جهاز الهضم التجريبي للتأكد من إغلاق جميع الصمامات واضبط سرعة التقليب عند 150 دورة في الدقيقة لتوفير خلط متقطع للدورة التالية من تشغيل aAD.
      ملاحظة: يتم تشغيل جهاز الهضم التجريبي aAD في هذه الدراسة في وضع شبه مستمر لتقليد العمليات الصناعية32.
  2. فصل الطاف لاستعادة VFA لتخمير PHA
    1. قم بتشغيل مفتاح الطاقة الرئيسي لجهاز الطرد المركزي القرصي.
    2. انتظر حتى يظهر نص STANDSTILL على شاشة نظام واجهة الإنسان والآلة (HMI). تحقق من أن مستوى زيت التشحيم أعلى من الحد الأدنى.
    3. افتح صمام خط مرافق المياه واضبط الضغط على 45 رطل لكل بوصة مربعة. افتح صمام خط مرافق الهواء واضبط الضغط على 90 رطل لكل بوصة مربعة.
    4. اضغط على الزر الأخضر على شاشة نظام HMI لبدء عملية إنتاج جهاز الطرد المركزي القرصي. انتظر حتى يكمل النظام فحوصاته.
    5. راقب حتى يصل النظام إلى السرعة المحددة بالكامل ، والتي يشار إليها بواسطة STANDBY على شاشة نظام HMI.
      ملاحظة: يتم ضبط سرعة جهاز الطرد المركزي القرصي على سعتها القصوى للفصل عالي الكفاءة.
    6. تأكد من غمر خرطوم المدخل في حاوية الهضم المفرغة. قم بتوصيل أنبوب المخرج الطافي لجهاز الطرد المركزي القرصي بدلو فارغ سعة 5 جالون لتجميع المادة الطافية ، والتي سيتم استخدامها لتخمير PHA اللاحق. قم بتوصيل المخرج الصلب بدلو فارغ منفصل لجمع المواد الصلبة المتبقية من مادة الهضم (الشكل 2 ب).
    7. استخدم المضخة التمعجية لتغذية الهضم بمدخل جهاز الطرد المركزي القرصي. في غضون ذلك ، انقر فوق الزر PROD على شاشة نظام HMI. PROD تعني الإنتاج.
    8. اضبط صمام المدخل للحفاظ على معدل تدفق بين 0.2-0.5 م3 / ساعة وضغط خلفي بين 0.5-1 بار.
      ملاحظة: يتم تدوير المادة الطافية للحصول على نسبة فصل أعلى أثناء عملية الإنتاج ، والتي تشير إلى مرحلة الفصل بين المواد الصلبة والسائلة لجهاز الطرد المركزي للقرص ، بينما تتراكم المواد الصلبة في جهاز الطرد المركزي للقرص.
    9. بعد 30 دقيقة من عملية الإنتاج ، اضغط على زر التفريغ على شاشة نظام HMI لتفريغ المواد الصلبة والمادة الطافية في الجرافة المعنية (الشكل 2 ب).
      ملاحظة: تستند هذه الخطوة إلى فحص بصري، حيث لا يمكن قياس كفاءة الفصل من حيث TS على الفور. عادة ما تكون 30 دقيقة من التشغيل كافية لتحقيق الفصل المطلوب للبقايا المطفية والصلبة.
    10. قم بتخزين المادة الطافية التي تم جمعها عند 4 درجات مئوية لتخمير PHA اللاحق. تخلص من المواد الصلبة المتبقية وفقا للوائح التخلص من النفايات الحيوية أو أعد تدويرها مرة أخرى إلى جهاز هضم aAD لمزيد من الهضم.
    11. ابدأ دورة التنظيف في المكان (CIP) عن طريق تحديد الزر CIP على شاشة HMI. اغسل جهاز الطرد المركزي للقرص باتباع الخطوات المحددة في الجدول 2.
      ملاحظة: يتم استخدام المضخة التمعجية لتغذية وتفريغ وسائط الغسيل. خطوة الغسيل هذه مهمة لصيانة المعدات.
    12. بعد الانتهاء من الغسيل ، قم بإيقاف تشغيل المضخة التمعجية وفصلها ، ثم اضغط على زر PROD للتأكد من أن جهاز الطرد المركزي القرصي يقوم بتفريغ كل شيء من خزان الفصل. تقليل سرعة الدوران تدريجيا.
    13. اضغط على الزر الأحمر على شاشة نظام HMI لإيقاف العمليات. أدر صمامات خط مرافق المياه والهواء إلى وضع إيقاف التشغيل. قم بإيقاف تشغيل الطاقة الرئيسية.

figure-protocol-4
الشكل 2: المعدات المستخدمة لإنتاج VFA والفصل الصلب عن السائل. (أ) هضم aAD على نطاق تجريبي سعة 100 لتر. (ب) تصريف المواد الطافية والمواد الصلبة في الدلاء المعنية من خزان فصل جهاز الطرد المركزي القرصي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

البارامتراتهدر الطعام
TS (٪)~ 16.5
مقابل (٪)~14.5
ج: ن~ 17: 1

الجدول 1: خصائص مثال على نفايات الطعام.

درجوسائطدرجة الحرارةقصدالفترة الزمنية (دقيقة)حجم التفريغ (لتر)تلاحظ
1الماءبردللتنظيف الأولي51عادة ما تمر المياه المستخدمة للتصريف.
2الماءحار (70 درجة مئوية)لتحلل الخميرة بالترمس ، إن أمكن51عادة ما تمر المياه المستخدمة إما للتصريف أو يتم تدويره.
3محلول هيدروكسيد الصوديوم 2٪حار (70 درجة مئوية)لإذابة رواسب البروتين ، إن أمكن201عادة ما يتم تعميم الحل.
4الماءحار (70 درجة مئوية)للتنظيف51عادة ما تمر المياه المستخدمة إما للتصريف أو يتم تدويره.
51٪ محلول حمض النيتريكحار (70 درجة مئوية)لإذابة الرواسب غير العضوية101إذا تم استخدام الماء العسر ، فإن الغسيل الحمضي مطلوب فقط بضع مرات في السنة. في هذه الحالة ، يمكن أن تمر العودة إلى التصريف. إذا تم استخدام الماء العسر ، فقد تكون هناك حاجة إلى الغسيل الحمضي في كل CIP. في هذه الحالة ، يجب استخدام نظام الدوران.
6الماءحار (80-95 درجة مئوية)للتنظيف والتعقيم51إذا كانت تعكر التفريغ من هذه الخطوة عالية ، كرر من الخطوة 2.

الجدول 2: تعليمات الغسيل لجهاز الطرد المركزي القرصي.

3. تخمير PHA باستخدام طافي هضمي غني ب VFA

  1. تخمير PHA على نطاق مقاعد البدلاء لتحديد الظروف المثلى للتوسع.
    1. أضف الماء لتخفيف المادة الطافية الهضمية التي تم جمعها في الخطوة 2.2.9 إلى تدرج التركيزات لتحديد وقت التخفيف الأمثل الذي يقلل من التأثيرات المثبطة للمركبات السامة المحتملة الموجودة في مادة هضم نفايات الطعام مع ضمان الحد الأدنى من المساومة لنمو الخلايا23.
      ملاحظة: عادة ما يكون هناك حاجة إلى تخفيف لمدة 2 مرة على الأقل للتخفيف من هذه التأثيراتالمثبطة 25.
    2. استكمل المادة الطافية الهضمية المخففة بالملح والمواد المغذية ، على وجه التحديد ، 156 جم / لتر كلوريد الصوديوم ، 5 جم / لتر مستخلص الخميرة ، 13 جم / لتر MgCl2 6ساعات2O ، 20 جم / لتر MgSO47H2O ، 1 جم / لتر CaCl22H2 O ،4 جم / لتر KCl ، 0.2 جم / لتر NaHCO3 ، و 0.5 جم / لتر NaBr ، و NH4Cl حسب الحاجة33.
    3. قم بقياس ملوحة المادة الطافية الهضمية باستخدام مسبار التوصيلية الكهربية قبل إضافة كلوريد الصوديوم. عادة ما يكون لهضم نفايات الطعام ملوحة ضئيلة. ومع ذلك ، في حالة وجود ملوحة عالية ، اضبط جرعات كلوريد الصوديوم بناء على المعادلة 3.
      إضافة كلوريد الصوديوم (جم) = 156 جم / لتر كلوريد الصوديوم × الحجم الإجمالي للوسط المحضر - figure-protocol-5 × حجم طافي هضم مضاف (3)
    4. حافظ على نسبة C: N للوسط المصنوع من المادة المطفية الهضمية عند 15. حدد إضافة NH4Cl بناء على نسبة C: N الأصلية للطافي الهضمي المقاس من حيث إجمالي الكربون العضوي (TOC) والنيتروجين الكلي (TN) كما هو محدد في الخطوتين 5.2 و 5.3.
    5. حرك الوسط باستخدام لوحة تحريك مغناطيسية عند 200 دورة في الدقيقة حتى تذوب جميع المكملات الغذائية تماما. اضبط الرقم الهيدروجيني المتوسط إلى 7.0 ± 0.05 باستخدام 1 N هيدروكسيد الصوديوم أو 1 نيوتن هيدروكسيدالصوديوم 2SO4.
    6. قم بتخصيص الوسط المحضر في قوارير Erlenmeyer المعقمة ، واملأ 1/5 فقط من الحجم للحفاظ على مساحة كبيرة لنقل الهواء الكافي أثناء الزراعة (الشكل 3 أ). قم بتغطية القارورة بالقطن أو أي نوع من المواد القابلة للتنفس ذات المسامية الكافية للسماح بتبادل الغازات أثناء الزراعة.
    7. قم بإذابة استزراع بذور H. mediterranei (يتم تفعيلها من مجموعة الاستزراع الأمريكية التجارية (ATCC) 33500 المخزنة عند -80 درجة مئوية) عن طريق التحريك اللطيف في حمام مائي يتم ضبطه على درجة حرارة النمو الطبيعية لسلالة H. mediterranei (على سبيل المثال ، 37 درجة مئوية). يجب أن يكون الذوبان سريعا ، أي حوالي دقيقتين أو حتى تذوب جميع بلورات الثلج.
    8. تلقيح 0.2٪ (حجم / حجم) H. زراعة بذور البحر الأبيض المتوسط مع OD600nm من ~ 0.5 في الوسط المحضر. تحضير قارورة تحكم إيجابية بالتلقيح وقارورة تحكم سلبية بدون تلقيح بوسط ATCC 117633.
      ملاحظة: يحتوي وسط ATCC على نفس تركيبة المغذيات كما هو مفصل في الخطوة 3.1.2 ، باستثناء أنه يتم استبدال المادة المطفية الهضمية ب 1 جم / لتر من الجلوكوز ، ولا يتم إضافة مصدر نيتروجين إضافي.
    9. احتضان جميع القوارير عند 37 درجة مئوية مع الاهتزاز عند 150 دورة في الدقيقة في شاكر مداري. قم بقياس الكثافة الضوئية (OD600nm) يوميا حتى تستقر في المرحلة الثابتة ، ثم توقف عن الزراعة. اجمع المرق الوردي (الشكل 3 ب) لاستعادة PHA في اتجاه مجرى النهر.
  2. تخمير PHA على نطاق تجريبي في جهاز تخمير زجاجي سعة 50 لترا.
    1. قم بتوصيل جهاز التخمير التجريبي PHA (الشكل 4) وسخان دوران المياه بمصدر الطاقة.
    2. قم بتشغيل مفتاح تسخين الحمام المائي. اضبط درجة الحرارة على 37 درجة مئوية. قم بتشغيل النمام واضبطه على 150 دورة في الدقيقة.
    3. أضف مادة هضم نفايات الطعام الطافية المحضرة باستخدام عامل التخفيف الأمثل ، جنبا إلى جنب مع مكملات الملح والمغذيات المحددة في الخطوة 3.1.2 ، لتحقيق حجم عمل قدره 40 لترا.
    4. اضبط قيمة الأس الهيدروجيني على 7. تلقيح 10٪ (v/v) H. mediterranei زراعة البذور مع OD600nm من ~ 0.5 في الوسط المحضر.
    5. قم بتشغيل مضخة الهواء الخاصة بجهاز التخمير التجريبي واضبط معدل التهوية على 110 م3 / ساعة. اجمع العينة وقم بقياس OD600nm على أساس يومي. عندما يصل OD600nm إلى المرحلة الثابتة ، أوقف التخمير ، وقم بتخزين مرق التخمير عند 4 درجات مئوية لاستعادة PHA في اتجاه مجرى النهر.
    6. اغسل المخمر بماء الصنبور و 70٪ إيثانول.

figure-protocol-6
الشكل 3: قوارير ما قبل التخمير وبعده لإنتاج PHA بواسطة H. mediterranei. (أ) متوسط في قوارير مصنوعة من نفايات الطعام تهضم طافية قبل الحضانة / التخمير. (ب) ثقافة H. mediterranei الغنية ب PHA الوردي بعد التخمير. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

figure-protocol-7
الشكل 4: 50 لتر من التخمير PHA على نطاق تجريبي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

4. استعادة PHA في اتجاه مجرى النهر

  1. قم بتغذية مرق التخمير H. mediterranei إلى جهاز الطرد المركزي القرصي لفصل الخلايا الطافية المالحة و H. mediterranei . اجمع الخلية المحصودة (الجزء الصلب في الشكل 5) لتحلل الخلية اللاحق. تخلص من جزء السائل المخرج وفقا للوائح التخلص من النفايات الحيوية.
    ملاحظة: تشغيل جهاز الطرد المركزي القرصي هنا هو نفسه الخطوات الواردة في 2.2.
  2. أعد تعليق الخلايا المحصودة التي تم جمعها في الماء عند 100 مل / غرام من الخلايا الرطبة واخلطها عند 150 دورة في الدقيقة لمدة ساعتين في درجة حرارة الغرفة للسماح بتحلل الخلية عن طريق صدمة الضغط الاسموزي.
  3. أعد تعليق جزء صغير (50 مل) من الخلايا المحصودة التي تم جمعها في الخطوة 4.1 في محلول كلوريد الصوديوم بنسبة 4٪ (2 مل من محلول كلوريد الصوديوم 4٪ لكل غرام من الخلايا الرطبة) واخلطه لمدة 5 دقائق.
    ملاحظة: يستخدم علاج كلوريد الصوديوم لتوفير خط أساس يفترض أنه يمكن أن يستعيد 100٪ من حمض الهيدروجيني من خلايا الملوية الوسطى . يتم إجراء هذا الافتراض بناء على حقيقة أن علاج كلوريد الصوديوم هذا هو الطريقة الأكثر تكيفا على نطاق واسع لاستعادة PHA34. عادة ما يعتبر علاج كلوريد الصوديوم هذا عدوانيا بدرجة كافية لتحلل الخلايا الكامل واستعادة PHA بغض النظر عن أنواع الخلايا.
    تنبيه: NaClO هو عامل مؤكسد قوي. يمكن أن يسبب حروقا شديدة في الجلد وتلف العين وتهيج الجهاز التنفسي. تعامل دائما مع NaClO في منطقة جيدة التهوية أو تحت غطاء الدخان ، مع ارتداء معدات الحماية الشخصية المناسبة (PPE) ، بما في ذلك القفازات ونظارات السلامة ومعطف المختبر. في حالة ملامسة الجلد ، اشطف المنطقة المصابة على الفور بكميات وفيرة من الماء واطلب العناية الطبية إذا استمر التهيج. تخلص من النفايات المحتوية على كلوريد الصوديوم وفقا للوائح النفايات الخطرة المحلية لمنع التلوث البيئي.
  4. جهاز الطرد المركزي التعليق المحلل عند 10,000 × جم لمدة 30 دقيقة لجمع حبيبات PHA. تخلص من المادة الطافية وفقا للوائح التخلص من النفايات الحيوية في المختبر.
  5. جفف حبيبات PHA بالتجميد عند -50 درجة مئوية لمدة ~ 48 ساعة حتى يتم تحقيق وزن ثابت للحصول على مسحوق PHA الخام (الشكل 6 أ).
  6. أضف الإيثانول إلى مسحوق PHA الخام عند 10 مل / جم لإزالة الشوائب المتبقية. جهاز طرد مركزي عند 10,000 × جم لمدة 30 دقيقة لجمع حبيبات PHA المنقى. تخلص من المادة الطافية وفقا للوائح التخلص من النفايات الكيميائية.
  7. جفف حبيبات PHA بالتجميد عند -50 درجة مئوية لمدة ~ 48 ساعة حتى يتم تحقيق وزن ثابت للحصول على مسحوق PHA منقى (الشكل 6 ب).

figure-protocol-8
الشكل 5: طافي مالح منفصل (يسار) والخلايا (يمين). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-protocol-9
الشكل 6: مسحوق PHA. (أ) مسحوق PHA الخام و (ب) مسحوق PHA المنقى. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

5. الأساليب التحليلية

  1. قم بقياس TS و VS باتباع الطرق القياسية35. حدد TN بواسطة مجموعات اختبار Hach باتباع الطريقة القياسية باستخدام مقياس الطيفالضوئي 35.
  2. قم بقياس TOC بواسطة محلل TOC باتباع الطرق الموضحة في دراسة سابقة25. قم بقياس الأس الهيدروجيني بواسطة مقياس الأس الهيدروجيني على الطاولة.
  3. تحديد القياس الكمي ل VFA باستخدام مجموعة36. راقب OD600 نانومتر باستخدام قارئ صفيحة دقيقة.
  4. تقدير DCW من المواد الصلبة العالقة المتطايرة (VSS) لمرق الخلية المقاسة باتباع طريقة قياس VSS القياسية25،35. باختصار ، جهاز طرد مركزي 50 مل من مرق الخلية عند 8,000 × جم لمدة 15 دقيقة ونقل الحبيبات إلى بوتقة لتحليل VSS.
    ملاحظة: استخدم VSS لتقدير DCW ، لأنه يعكس الكتلة الحيوية العضوية ويتجنب المبالغة في التقدير بسبب محتوى الملح في H. mediterranei23.
  5. إجراء القياس الكمي ل PHA بواسطة كروماتوغرافيا الغاز (GC) باتباع الطرق في دراسة سابقة25 ، حيث يتم تحلل الكتلة الحيوية المجففة بالتجميد في الكلوروفورم والميثانول المحمض عند 105 درجة مئوية لمدة ساعتين ، ويتم قياس المونومرات الناتجة باستخدام GC مع بنزوات الميثيل كميارا داخليا. احسب استرداد PHA باستخدام المعادلة 4 ونقاء PHA باستخدام المعادلة 5. تحديد كل كتلة PHA من GC.
    استرداد PHA (٪) = figure-protocol-10 (4)
    نقاء PHA (٪) = figure-protocol-11 (5)
    تنبيه: الكلوروفورم وحمض الكبريتيك المستخدم في القياس الكمي PHA خطيران ويجب التعامل معهما بحذر شديد. الكلوروفورم هو مذيب عضوي متطاير يشكل مخاطر سمية الاستنشاق وقد يتسبب في تلف الكبد والكلى عند التعرض لفترات طويلة. حمض الكبريتيك مادة كيميائية قوية مسببة للتآكل يمكن أن تسبب حروقا شديدة على الجلد أو ملامسة العين. تعامل دائما مع هذه المواد الكيميائية داخل غطاء الدخان لمنع التعرض للاستنشاق. تأكد من استخدام معدات الوقاية الشخصية المناسبة ، بما في ذلك القفازات المقاومة للمواد الكيميائية ونظارات السلامة ومعطف المختبر. التخلص بشكل صحيح من جميع نفايات الكلوروفورم وحمض الكبريتيك وفقا للوائح النفايات الخطرة المحلية للحفاظ على ممارسات معملية آمنة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

خصائص نفايات الطعام وإنتاج VFA من aAD
يظهر مثال على نسبة TS و VS و C: N في ملاط نفايات الطعام المحضر في الجدول 1. نظرا للتباين المتأصل في تكوين نفايات الطعام عبر مصادر ووقت أخذ العينات المختلفة ، من المتوقع حدوث تقلبات في قيم نسبة TS و VS و C: N. في حين أن التباين مقبول ، فإن قياسات نسبة TS و VS و C: N المنتظمة ضرورية لمراقبة العملية ، والتوازن الميكروبي ، وتحسين نظام aADالشامل 37.

يعمل تركيز VFA كمؤشر رئيسي لاستقرار وكفاءة عملية هضم...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

إنتاج VFA من aAD
يلعب VFA دورا مهما كمقدمة رئيسية ل H. mediterranei في تحويل نفايات الطعام إلى PHA. لذلك ، من الضروري الحفاظ على تركيز مرتفع من VFA أثناء aAD. يمكن استخدام العديد من الاستراتيجيات لتعزيز إنتاج VFA فيAA 25 AD. أحد الأساليب الفعالة هو تحسين SRT ، بمدة مثالية تبلغ 8 أيام أو أقل ، مما يعزز غسل الميثانوجينات مع زيادة التحلل المائي وتكوين الحمض إلى أقصى حد ، وبالتالي منع الاستهلاك المفرط ل VFA46. يعد ت...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

المؤلفون ليس لديهم ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

تم دعم هذه الدراسة من قبل وزارة الطاقة - مكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة (الجائزة الأولى رقم . DEEE0009268) والمعهد الوطني للأغذية والزراعة التابع لوزارة الزراعة الأمريكية (الجائزة رقم 2023-79000-38973).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
هواءايرغازالذكاء الاصطناعي UZ300تستخدم لتشغيل GC
مفرغة الهواءكلاود رايهايليا ACO-009D
كلوريد الأمونيومأكروس أورجانيكسA0396560
الأوتوكلافستيريسمختبر أمسكو 250تستخدم في التحضير المتوسط ATCC
توازنMETTLER TOLEDOME204TE/00
خلاطفيفورIB750LV + BLD300 + WB-1
دلولويموديل 50640دلو عام بلاستيكي خال من مادة BPA سعة 5 جالون
كلوريد الكالسيوم ثنائي الهيدراتأكروس أورجانيكسA0362932
كلوروفورمميليبور سيجماسي 2432
مجففأي نوع يمكن استخدامه في قياس TS و VS و VSS
أنابيب الهضم ، غطاء لولبي مع بطانة PTFEميليبور سيجماCLS982613
كتلة المفاعل الرقميشركة هاشدروب 200تستخدم في طرق القياس الكمي Hach VFA
محرك رقميسيلوجيكسال SCI550-برو
جهاز طرد مركزي قرصيشركة ألفا لافالكلارا 20
قوارير إرلينمايرالامازونB07V3JPQMM
ايثانولالامازونB09DGVL4ML
مجفف التجميدلابكونكو10030133 و 1027319 و 0109621أنظمة التجميد 2.5 لتر من المنطقة الحرة
غطاء الدخانمؤسسة كيواني العلميةسوبريم اير LV
فرنثيرمو ساينتفيكنموذج F30428C
كروماتوغرافيا الغاز (GC)أجيلينتنموذج 8890   ؛
هالوفيراكس البحر الأبيض المتوسطATCC33500
هيدروجينايرغازHY UHP300تستخدم لتشغيل GC
سكينأي نوع يستخدم لخفض نفايات الطعام
زيت التشحيمشركة فيشر العلميةNC9844626
كلوريد المغنيسيوم سداسي هيدراتشركة فيشر العلميةBP214-500
كبريتات المغنيسيوم سباعي الهيدراتميليبور سيجمام 1880
ميثونالميليبور سيجما34860
بنزوات الميثيلميليبور سيجما93583تستخدم كمعيار داخلي في القياس الكمي للهيدروجينك هيدروجينيك
قارئ الصفيحة الدقيقة BioTek التآزرالتآزر H1
نيتروجينايرغازNI UHP300تستخدم لتشغيل GC
فرنثيرمو ساينتفيكأوم إتش750
مضخة تمعجيةSimply Pumps Inc.PM6000 تيار مترددمضخة ذاتية التحضير عالية التدفق مع قدرة ممتازة على التشغيل الجاف ، وقادرة على التعامل مع الملاط عالي الجسيمات ومصممة لأنابيب الحائط مقاس 1/8 بوصة.
مقياس الأس الهيدروجينيشركة فيشر العلميةدرهم 150
معيار PHAميليبور سيجما403105
هضم الطيار aADمجموعة كوازار للطاقة ، إندبندنس ، أوهايو ، الولايات المتحدة الأمريكيةجهاز تخمير من الفولاذ المقاوم للصدأ بحجم إجمالي 100 لتر وحجم عمل 80 لتر   ؛
تخمير PHA التجريبيمانوكاتريSF-50l ISO 9001 CEمفاعل زجاجي مزدوج الطبقة
كلوريد البوتاسيومجي بيوساينسز162006
أنابيب المضخةأي نوع من أنابيب السيليكون مع معرف 1/8 '' و 3/8 '' OD
بيكربونات الصوديومفيشر للكيماويات241787
بروميد الصوديومكارولنا21139-45
كلوريد الصوديومأمازون   ؛B0787CFHF3
هيدروكسيد الصوديوم ، الكرياتالكواشف الحيوية فيشر236088
هيبوكلوريت الصوديومميليبور سيجما425044
جهاز طرد مركزي سورفال LYNX 4000 فائق السرعةثيرمو ساينتفيك75006580تستخدم لجمع حبيبات PHA في استعادة PHA النهائية   ؛
مقياس الطيف الضوئي   ؛شركة هاشالطراز DR3900تستخدم في طرق القياس الكمي Hach VFA
حامض الكبريتيكميليبور سيجما258105
مرشح حقنةالامازونB06X6GTKVY
محلل جدول المحتوياتشيمادزونموذج TOC-LCSN
الأحماض المتطايرة TNTplus اختبار قارورةشركة هاشتي إن تي 872قادرة على قياس VFA في حدود 50 - 2,500 مجم / لتر حمض الخليك.
سخان مياهشركة بوشترونيك 3000 تي 7 جالون (ES8)
مستخلص الخميرةشركة فيشر العلميةAAJ6028736

المراجع

  1. Sabapathy, P. C. Recent developments in polyhydroxyalkanoates (phas) production-a review. Biores Tech. 306, 123132(2020).
  2. Koller, M., Simon, K. M. R. Haloarchaea as emerging big players in future polyhydroxyalkanoate bioproduction: Review of trends and perspectives. Curr Res Biotechnol. 4, 377-391 (2022).
  3. Atarés, L., Chiralt, A., González-Martínez, C., Vargas, M. Production of polyhydroxyalkanoates for biodegradable food packaging applications using haloferax mediterranei and agrifood wastes. Foods. 13 (6), 950(2024).
  4. Kusuma, H. S., et al. Waste to wealth: Polyhydroxyalkanoates (pha) production from food waste for a sustainable packaging paradigm. Food Chem Mol Sci. 9, 100225(2024).
  5. Li, M., Wilkins, M. R. Recent advances in polyhydroxyalkanoate production: Feedstocks, strains and process developments. Int J Biol Macromol. 156, 691-703 (2020).
  6. Alsafadi, D., Al-Mashaqbeh, O. A one-stage cultivation process for the production of poly-3-(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) from olive mill wastewater by haloferax mediterranei. New Biotechnol. 34, 47-53 (2017).
  7. Amaro, T. M., Rosa, D., Comi, G., Iacumin, L. Prospects for the use of whey for polyhydroxyalkanoate (pha) production. Front Microbio. 10, 992(2019).
  8. Sharma, K., Gillum, N., Boyd, J. L., Schmid, A. The rosr transcription factor is required for gene expression dynamics in response to extreme oxidative stress in a hypersaline-adapted archaeon. BMC Genomics. 13, 1-18 (2012).
  9. Mitra, R., Xu, T., Xiang, H., Han, J. Current developments on polyhydroxyalkanoates synthesis by using halophiles as a promising cell factory. Micro Cell Factories. 19, 1-30 (2020).
  10. Alsafadi, D., Alhesan, J. S. A., Mansoura, A., Oqdeha, S. Production of polyhydroxyalkanoate from sesame seed wastewater by sequencing batch reactor cultivation process of haloferax mediterranei. Arabian J Chem. 16 (4), 104584(2023).
  11. Pais, J., Serafim, L. S., Freitas, F., Reis, M. A. Conversion of cheese whey into poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) by haloferax mediterranei. New Biotechnol. 33 (1), 224-230 (2016).
  12. Koller, M., et al. Potential of various archae-and eubacterial strains as industrial polyhydroxyalkanoate producers from whey. Macromol Biosci. 7, 218-226 (2007).
  13. Bhattacharyya, A. Integration of poly-3-(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) production by haloferax mediterranei through utilization of stillage from rice-based ethanol manufacture in india and its techno-economic analysis. World J Microbiol Biotechnol. 31, 717-727 (2015).
  14. Bhattacharyya, A., et al. Utilization of vinasse for production of poly-3-(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) by haloferax mediterranei. AMB express. 2, 1-10 (2012).
  15. Khamplod, T., Wongsirichot, P., Winterburn, J. Production of polyhydroxyalkanoates from hydrolysed rapeseed meal by haloferax mediterranei. Biores Tech. 386, 129541(2023).
  16. Montemurro, M., et al. Exploitation of wasted bread as substrate for polyhydroxyalkanoates production through the use of haloferax mediterranei and seawater. Front Microbio. 13, 1000962(2022).
  17. Alsafadi, D., Ibrahim, M. I., Alamry, K. A., Hussein, M. A., Mansour, A. Utilizing the crop waste of date palm fruit to biosynthesize polyhydroxyalkanoate bioplastics with favorable properties. Sci Total Environ. 737, 139716(2020).
  18. Raho, S. Production of the polyhydroxyalkanoate phbv from ricotta cheese exhausted whey by haloferax mediterranei fermentation. Foods. 9 (10), 1459(2020).
  19. Aliyu Salihu, M. Z. A. Pretreatment methods of organic wastes for biogas production. J Appl Sci. 16 (3), 124-137 (2016).
  20. Khomlaem, C., et al. Defatted chlorella biomass as a renewable carbon source for polyhydroxyalkanoates and carotenoids co-production. Algal Res. 51, 102068(2020).
  21. Li, Y., Jin, Y., Borrion, A., Li, H., Li, J. Effects of organic composition on mesophilic anaerobic digestion of food waste. Biores Tech. 244, 213-224 (2017).
  22. Giduthuri, A. T., Ahring, B. K. Current status and prospects of valorizing organic waste via arrested anaerobic digestion: Production and separation of volatile fatty acids. Fermentation. 9 (1), 13(2022).
  23. Wang, K., Zhang, R. Production of polyhydroxyalkanoates (pha) by haloferax mediterranei from food waste derived nutrients for biodegradable plastic applications. Journal of Microbio Biotech. 31 (2), 338-347 (2021).
  24. Wang, K., Chen, C., Zhang, R. Process development of polyhydroxyalkanoates production by halophiles valorising food waste. Bioengineering. 9 (11), 630(2022).
  25. Zhang, X. Long-term effects of cycle time and volume exchange ratio on poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) production from food waste digestate by haloferax mediterranei cultivated in sequencing batch reactors for 450 days. Biores Tech. 416, 131771(2024).
  26. Getino, L., Martín, J. L., Chamizo-Ampudia, A. A review of polyhydroxyalkanoates: Characterization, production, and application from waste. Microorganisms. 12 (10), 2028(2024).
  27. Esmaeilnejad-Ahranjani, P., Hajimoradi, M. Optimization of industrial-scale centrifugal separation of biological products: Comparing the performance of tubular and disc stack centrifuges. Biochem Engineering J. 178, 108281(2022).
  28. Tennison-Omovoh, C. A., Fagbohungbe, M. O., Bankole, P. O., Semple, K. T. The effect of different cn ratios on volatile fatty acid (vfas) production from acidogenic fermentation of sucrose in continuous-stirred tank reactors. Biomass Convers Biorefinery. 13, 9339-9351 (2023).
  29. Epa, U. Biosolids technology fact sheet, multi-stage anaerobic digestion. Natl Serv Center Environ Publi. , 1-13 (2006).
  30. Schnaars, K. What every operator should know about anaerobic digestion. Water Environ Tech. 24, 82-83 (2012).
  31. Sun, J., Zhang, X., Guan, J., He, Z. Volatile fatty acid production through arresting methanogenesis by electro-synthesized hydrogen peroxide in anaerobic digestion and subsequent recovery by electrodialysis. ACS ES&T Eng. 4 (12), 2964-2973 (2024).
  32. Bhatia, P., et al. Effect of semi-continuous anaerobic digestion on the substrate solubilisation of lignin-rich steam-exploded ludwigia grandiflora. Appl Sci. 11 (10), 4452(2021).
  33. Product sheet of haloferax mediterranei (rodriguez-valera et al.) torreblanca et al. , American type culture collection (atcc). https://www.atcc.org/products/33500 (2025).
  34. Pagliano, G., Galletti, P., Samorì, C., Zaghini, A., Torri, C. Recovery of polyhydroxyalkanoates from single and mixed microbial cultures: A review. Front Bioeng Biotechnol. 9, 624021(2021).
  35. Rice, E. W., Bridgewater, L. Standard methods for the examination of water and waste water. 10, American Public Health Association. Washington, DC. (2012).
  36. Kaur, H., Kommalapati, R. R. Optimizing anaerobic co-digestion of goat manure and cotton gin trash using biochemical methane potential (bmp) test and mathematical modeling. SN Appl Sci. 3, 1-14 (2021).
  37. Yi, J., Dong, B., Jin, J., Dai, X. Effect of increasing total solids contents on anaerobic digestion of food waste under mesophilic conditions: Performance and microbial characteristics analysis. PloS One. 9 (7), e102548(2014).
  38. Velivela, A., et al. Biogas: Converting waste to energy. Innovation Mang Intelligent World Cases Tools. , 285-298 (2020).
  39. Cui, Y. W., Shi, Y. P., Gong, X. Y. Effects of c/n in the substrate on the simultaneous production of polyhydroxyalkanoates and extracellular polymeric substances by haloferax mediterranei via kinetic model analysis. RSC Adv. 7 (31), 18953-18961 (2017).
  40. Ghosh, S., et al. Macroalgal biomass subcritical hydrolysates for the production of polyhydroxyalkanoate (pha) by haloferax mediterranei. Biores Tech. 271, 166-173 (2019).
  41. Bold goals for us biotechnology and biomanufacturing: Harnessing research and development to further societal goals. , The White House Office of Science and Technology Policy. (2023).
  42. Nienow, A. W. Reactor engineering in large scale animal cell culture. Cytotechnology. 50 (1), 9-33 (2006).
  43. Goodhead, L. K., Macmillan, F. M. Measuring osmosis and hemolysis of red blood cells. Adv Physiol Educ. 41 (2), 298-305 (2017).
  44. Cai, S., et al. Identification of the haloarchaeal phasin (phap) that functions in polyhydroxyalkanoate accumulation and granule formation in haloferax mediterranei. Appl Environ Microbio. 78 (6), 1946-1952 (2012).
  45. Giani, M. Haloferax mediterranei cells as c50 carotenoid factories. Marine Drugs. 19 (2), 100(2021).
  46. Tanvir, R. U., Ahmed, M., Lim, T. T., Li, Y., Hu, Z. Arrested methanogenesis: Principles, practices, and perspectives. Adv Bioener. 7, 1-66 (2022).
  47. Lukitawesa,, Patinvoh, R. J., Millati, R., Sarvari-Horvath, I., Taherzadeh, M. J. Factors influencing volatile fatty acids production from food wastes via anaerobic digestion. Bioengineered. 11 (1), 39-52 (2020).
  48. Cabrera, F., et al. The accumulation of volatile fatty acids and phenols through a ph-controlled fermentation of olive mill solid waste. Sci Total Environ. 657, 1501-1507 (2019).
  49. Koller, M., Obruca, S., Pernicova, I., Braunegg, G. Physiological, kinetic, and process engineering aspects of polyhydroxyalkanoate biosynthesis by extremophiles. Polyhydroxyalkanoates Biosynth Chem Struct Appl. 2013, 1-70 (2018).
  50. Schiraldi, C., De Rosa, M. The production of biocatalysts and biomolecules from extremophiles. Trends Biotech. 20 (12), 515-521 (2002).
  51. Lorantfy, B., Seyer, B., Herwig, C. Stoichiometric and kinetic analysis of extreme halophilic archaea on various substrates in a corrosion resistant bioreactor. New Biotech. 31 (1), 80-89 (2014).
  52. Hezayen, F., Rehm, B., Eberhardt, R., Steinbüchel, A. Polymer production by two newly isolated extremely halophilic archaea: Application of a novel corrosion-resistant bioreactor. Appl Microbio Biotechnol. 54, 319-325 (2000).
  53. Mahler, N., Tschirren, S., Pflügl, S., Herwig, C. Optimized bioreactor setup for scale-up studies of extreme halophilic cultures. Biochem Eng J. 130, 39-46 (2018).
  54. Bondi, C. A., et al. Human and environmental toxicity of sodium lauryl sulfate (sls): Evidence for safe use in household cleaning products. Environ Health Insights. 9, S31765(2015).
  55. Najim, A. A., Ismail, Z. Z., Hummadi, K. K. Biodegradation potential of sodium dodecyl sulphate (sds) by mixed cells in domestic and non-domestic actual wastewaters: Experimental and kinetic studies. Biochem Eng J. 180, 108374(2022).
  56. Zhao, F., Wang, Z., Huang, H. Physical cell disruption technologies for intracellular compound extraction from microorganisms. Processes. 12 (10), 2059(2024).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

نهج تدريجي قابل للتطوير للإنتاج المستدام للبلاستيك الحيوي من نفايات الطعام
اتصل بنا
أوصِ بها للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

2026 © حقوق الطبع والنشر MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.