הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

גישה ניתנת להרחבה צעד אחר צעד של ייצור ביו-פלסטיק בר קיימא מפסולת מזון

2.2K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/68499

⸱

18 ביולי 2025

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

במאמר זה

סיכום

פרוטוקול זה מציג שיטה ניתנת להרחבה להמרת פסולת מזון לביו-פלסטיק מתכלה (PHA). הוא משתמש בעיכול אנאירובי עצור לטיפול מקדים בפסולת מזון, תסיסה מיקרוביאלית הלופילית לביוסינתזה של PHA, ותהליך נטול כימיקלים במורד הזרם לשחזור PHA.

תקציר

משבר המיקרופלסטיק העולמי, יחד עם האתגרים ההולכים וגדלים של סילוק פסולת מזון, מחייבים פתרונות חדשניים לטיפול בבעיות סביבתיות אלה יחד. פוליהידרוקסיאלקנואטים (PHAs) הם ביו-פלסטיק ייחודי המתכלה לחלוטין בכל הסביבות, כולל מערכות אקולוגיות ימיות, ומציע חלופה בת קיימא לפלסטיק מבוסס נפט. יחד עם זאת, שימוש בפסולת מזון כחומר גלם לייצור PHA מספק אסטרטגיה יעילה להפחתת האתגרים של סילוק פסולת מזון תוך ייצור פלסטיק מתכלה בעל ערך גבוה. מחקר זה מספק פרוטוקול שלב אחר שלב להפקת PHA מפסולת מזון, תוך שימת דגש על הטיפול הקריטי הנדרש להבטחת תכולת PHA תאית גבוהה ואיכותה. התהליך מתחיל בעיכול אנאירובי עצור, הממיר פסולת מזון לחומצות שומן נדיפות הניתנות להטמעה מיקרוביאלית (VFA) על ידי שמירה על סביבה אנאירובית ואופטימיזציה של פרמטרים, כגון זמן שימור מוצק, כדי למקסם את ייצור ה-VFA, קודמן מרכזי לסינתזת PHA. לאחר מכן, העיכול העשיר ב-VFA משמש לגידול Haloflex mediterranei, מיקרואורגניזם הלופילי המסוגל לצבור PHA עד 66% ±-5% ממשקל התא היבש שלו. סביבת הגידול במליחות גבוהה של H. mediterranei מנעה זיהום תרבית, והבטיחה ייצור PHA אופטימלי. צמיחת התאים מנוטרת על ידי מדידת צפיפות אופטית כדי לקבוע את הזמן האידיאלי לקצירת PHA. התאים עוברים ליזה בשיטה נטולת כימיקלים על בסיס מים הממנפת שיפוע לחץ אוסמוטי, משיגה התאוששות של 93% ±-3% PHA, ואחריה טיהור PHA מבוסס ממס להשגת טוהר PHA של 96% ±-2%. כל שלב חיוני כדי להבטיח ייצור של פלסטיק איכותי ומתכלה. מאמר זה מספק שיטות מפורטות לעיכול אנאירובי עצור, תסיסה בתרבית טהורה, ליזה של תאים נטולי כימיקלים וטיהור PHA מבוסס ממסים, ומציע גישה ניתנת להרחבה ובת קיימא להמרת פסולת מזון לביו-פלסטיק מתכלה המתאים ליישומים פיילוטיים ובקנה מידה מלא.

מבוא

זיהום פלסטיק וסילוק פסולת מזון הם חששות סביבתיים הולכים וגדלים, ומדגישים את הצורך בגישות חדשניות המתמודדות עם שני האתגרים באמצעות ניהול פסולת בר קיימא ופיתוח חומרים1. פלסטיק קונבנציונלי מבוסס נפט הוא תורם עיקרי לזיהום סביבתי ולזיהום מיקרופלסטיק, ומתמשך במזבלות ובמערכות אקולוגיות מימיות במשך מאות שנים2. Polyhydroxyalkanoates (PHAs), סוג של ביו-פלסטיק מיקרוביאלי, מציעים חלופה מתכלה לחלוטין עם תכונות מכניות הדומות לפלסטיק קונבנציונאלי תוך הבטחת פירוק מוחלט בסביבות טבעיות3. עם זאת, עלויות הייצור הגבוהות של PHA נותרו מחסום משמעותי לאימוץ מסחרי נרחב4. גישה מבטיחה אחת להתגברות על מגבלה זו היא מינוף פסולת אורגנית כמקור פחמן חסכוני לביוסינתזה של PHA מיקרוביאלית, שכן חומרי גלם מהווים כ-50% מסך הוצאות הייצור בתהליכים תעשייתיים נוכחיים המסתמכים על מקורות פחמן טהורים כגון עמילן תירס או גלוקוז5. על ידי הערכת פסולת, גישה זו לא רק מסיטה חומר אורגני ממזבלות אלא גם הופכת אותו לחלופה בת קיימא לפלסטיק מבוסס נפט, ובו זמנית מטפלת בהצטברות פסולת ובבעיות זיהום פלסטיק.

H. mediterranei, מיקרואורגניזם הלופילי מדגים פוטנציאל גדול לניצול חומרי גלם שמקורם בפסולת לייצור PHA בשל יכולתו לשגשג בתנאי מליחות גבוהה (2-5 M NaCl), מה שמונע באופן טבעי זיהום על ידי עיכוב צמיחה של חיידקים שאינם הלופיליים6. סביבה זו עם מליחות גבוהה מבטלת את הצורך בעיקור קפדני בתסיסה תעשייתית, ומפחיתה את עלויות התפעול. בניגוד ליצרני PHA חיידקים מסורתיים, H. mediterranei מטבוליזם ביעילות מגוון רחב של מקורות פחמן שמקורם בפסולת ודווח כי הוא צובר PHA עד 70% ממשקל התא היבש שלו (DCW) כמנגנון תגובת עקה 7,8. בנוסף, סביבת המליחות הגבוהה שלו מאפשרת עיבוד פשוט במורד הזרם, שכן הלם אוסמוטי הנגרם על ידי טבילה במים משבש ביעילות את התאים, ומאפשר שחרור PHA ללא צורך בטיפולים אנזימטיים או כימיים9. יתרונות אלה מציבים את H. mediterranei כמועמד אידיאלי לייצור ביו-פלסטיק ניתן להרחבה ומבוסס פסולת.

מחקרים קיימים חקרו חומרי פסולת שונים, כולל מי גבינה, שפכי טחנת זיתים ושאריות אגרו-תעשייתיות, לתסיסה של PHA על ידי H. mediterranei 6,10,11,12,13,14,15,16,17,18. השונות הגבוהה של הרכב הפסולת מהווה אתגר משמעותי, הדורש אסטרטגיות טיפול מקדימות שונות, כגון הידרוליזה אנזימטית, הידרוליזה חומצית או עיבוד תרמי, לפני הטמעה מיקרוביאלית 11,17,19,20. כאן, עיכול אנאירובי עצור (aAD) מספק פתרון ניתן להרחבה על ידי המרת פסולת מזון מגוונת לעיכול עשיר בחומצות שומן נדיפות הומוגניות (VFA), המשמש כמבשר ישיר לסינתזה של PHA על ידי H. mediterranei21,22. תהליך זה משפר את עקביות חומרי ההזנה ומפחית את שונות המצע תוך שיפור יעילות התסיסה המיקרוביאלית.

למרות הפוטנציאל שלו, רק מחקרים מעטים הדגימו בהצלחה את התהליך הדו-שלבי הזה המשלב תסיסה של aAD ו-PHA מיקרוביאלית להמרה כללית של פסולת מזון לביו-פלסטיק על ידי H. mediterranei 23,24,25. מחקר זה מספק פרוטוקול מפורט שלב אחר שלב המכסה טיפול מקדים בפסולת מזון, ייצור VFA על ידי aAD רציף למחצה ותסיסה בתרבית טהורה של H. mediterranei לייצור PHA. יתר על כן, בעוד שמחקרים קודמים אימתו מיצוי PHA על בסיס מים מ-H. mediterranei, אף אחד מהם לא כימת את יעילות ההתאוששות והטוהר של PHA בשיטה זו11,18. מחקר זה מתייחס לפער זה על ידי הדגמת שיטת התאוששות PHA נטולת כימיקלים המשתמשת בליזה אוסמוטית עם מים וכימות יעילות ההתאוששות שלה בהשוואה לשיטות התאוששות PHA מסורתיות מבוססות נתרן היפוכלוריט (NaClO)26. בנוסף, מחקר זה מעריך את טוהר ה-PHA המוחזר במים, ומספק הערכה מקיפה של יעילותו לייצור ביו-פלסטיק ניתן להרחבה.

כדי לגשר על הפער בין היתכנות בקנה מידה מעבדתי ליישום תעשייתי, פרוטוקול זה מיועד למדרגיות ביישומים תעשייתיים, המשלב תסיסה aAD ו-PHA בקנה מידה פיילוט, יחד עם צנטריפוגת דיסק להפרדת תאים, טכניקה בשימוש נרחב בעיבוד ביולוגי ותסיסה מיקרוביאלית בקנה מידה גדול27. על ידי אופטימיזציה של המרת פסולת מזון לביו-פלסטיק, שיטה זו תומכת בתיעוש של הערכת פסולת בקנה מידה גדול, ומקדמת יוזמות ביו-כלכלה מעגלית. השילוב של חומרי גלם שמקורם בפסולת, תסיסה הלופילית ואסטרטגיית השבת PHA ידידותית לסביבה מאפשר המרה יעילה של פסולת לביופולימר, הפחתת ההסתמכות על פלסטיק מבוסס דלק מאובנים תוך קידום ייצור ביו-פלסטיק בר קיימא.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. איסוף והכנת פסולת מזון

  1. איסוף פסולת מזון ממסעדות מקומיות, כפי שמוצג באיור 1A. העריכו את הפסולת המתקבלת באופן חזותי. תצפיות גילו כי הפסולת כללה בעיקר קליפות ירקות, בשר נא שהושלך ורכיבים עשירים בפחמימות כמו אורז ואטריות. ייתכן שיהיה צורך למדוד את יחס הפחמן לחנקן (C: N) כמפורט בשלבים 5.1 ו-5.2, ולהתאים אותו אם פסולת המזון עשירה בעיקר בפחמן, עם יחס C:N אופטימלי קרוב ל-20:128.
  2. הכניסו 10 ק"ג פסולת מזון לדלי של 5 ליטר והוסיפו 2.5 ליטר מים. חבר את הבלנדר למקור חשמל. טבלו את הלהב בתערובת פסולת המזון והמים, ולאחר מכן לחצו על כפתור התחל כדי להתחיל במיזוג. מערבבים לפחות 30 דקות עד להומוגניזם מלא (איור 1B). הזז את הלהב למעלה ולמטה כדי להבטיח ערבוב יסודי של פסולת המזון.
    זהירות: כדי למנוע התחממות יתר, ייתכן שיהיה צורך לשחרר את כפתור ההתחלה של הבלנדר למשך דקה אחת לאחר כל 2 דקות של פעולה.
  3. לאחר הערבוב מוציאים את הבלנדר ומנקים אותו במים חמים וסבון כלים. מכסים את הדלי במכסה, מסמנים את הדלי עם שם המדגם ותאריך ההכנה, ומאחסנים אותו בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס, אם לא משתמשים בו מיד.
    הערה: בשל שינויים בתכונות פסולת המזון שנאספו ממקורות וזמנים שונים, יש למדוד את הפרמטרים הבסיסיים של התרחיץ המוכן, כגון סך המוצקים (TS) ומוצקים נדיפים (VS), על סמך שלב 5.1 לאחר כל הכנה כדי להבטיח כניסות TS ו-VS מדויקות לשימוש מאוחר יותר. בפרוטוקול זה, 4 מעלות צלזיוס מיועדות לאחסון לטווח קצר (פחות מ-7 ימים), ו-20 מעלות צלזיוס משמשות לאחסון לטווח ארוך.

figure-protocol-1
איור 1: השוואה חזותית של פסולת מזון במסעדות לפני ואחרי הומוגניזציה. תצלומים מראים (א) פסולת מזון גולמית ו-(ב) תמיסת פסולת מזון הומוגנית. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

2. ייצור VFA באמצעות aAD

  1. הפעלת מעכל aAD בקנה מידה פיילוט (100 ליטר) (איור 2א) להמרת פסולת מזון ל-VFA.
    1. בדוק את חיבור החשמל והאטימות של מעכל הטייס aAD. הגדר את טמפרטורת המעכל על 35 מעלות צלזיוס ואת מהירות הערבוב על 150 סל"ד.
    2. לחץ על כפתור ההרמה כדי להרים את מכסה המעכל. עצור ברגע שהמכסה עולה כ -40 ס"מ על ידי לחיצה על כפתור העצירה .
    3. הוסף את התרבית שנאספה ממעכל aAD זרעים לתוך מעכל הפיילוט aAD עד שהיא מגיעה לנפח עבודה של 80 ליטר. מידע מפורט על מעכל הזרעים ניתן למצוא במחקר קודם25.
    4. לחץ על הכפתור התחתון עד שהמכסה נסגר לחלוטין, ולאחר מכן אבטח אותו עם clamps. זה מבטיח שהמעכל שומר על תנאים אנאירוביים.
    5. במחקר זה, זמן שמירה מוצק (SRT) של 9 ימים נשמר במעכל aAD. האכילו ופרקו 1/3 מנפח העבודה של המעכל (בערך 26.7 ליטר) כל 3 ימים כמתואר להלן.
      הערה: עיכול אנאירובי מסורתי מופעל עם SRT של 14-30 יום לייצור מתאן29,30. SRT קצר של 9 ימים משמש כאן כדי לעכב מתאנוגנזה, ומקדם הצטברות VFA להצלחה ב-aAD.
    6. שחרור חלק מתכולת ה-aAD לפני האכלה. כדי לסייע בפריקה קלה ולמנוע סתימה, הגדל זמנית את מהירות ערבוב המעכל מ-150 סל"ד ל-200 סל"ד ושמור על מהירות זו למשך 20 דקות לפני הפריקה.
      הערה: הגדלת מהירות הערבוב מבטיחה פיזור אחיד של חלקיקים מוצקים בעיכול, מה שמקל על פריקה קלה יותר ודגימה הומוגנית.
    7. פתח את שסתום הפריקה בתחתית מעכל הטייס aAD ושחרר 1/3 מנפח העבודה של העיכול. אסוף את העיכול המשוחרר בדליים ואחסן אותם ב-4 מעלות צלזיוס לניתוח VFA והפרדת מוצק-נוזל לאחר מכן בשלב 2.2.
    8. השתמש בקצב העמסה אורגני (OLR) של 2.5 גרם לעומת ליטר ליום, וה-VS של תמיסת פסולת המזון היה בממוצע ~14.5% (טבלה 1). לשם כך, נדרש משקל רטוב של 4.1 ק"ג של תמיסת פסולת המזון בהתבסס על משוואה 1 כדי להשיג את ה-OLR המתוכנן. דגימו את התרחיץ הזה במשקל 4.1 ק"ג והניחו אותו בדלי נפרד להאכלה מאוחרת יותר.
      משקל רטוב של תמיסת פסולת מזון שיש להאכיל = figure-protocol-2 (1)
      בו ה-OLR הוא 2.5 גרם VS/L-יום, מרווח ההזנה הוא 3 ימים, נפח העבודה הוא 80 ליטר ו-VS הוא 14.5%.
    9. הוסף מים לדלי נפרד המכיל את תמיסת פסולת המזון במשקל רטוב של 4.1 ק"ג הנ"ל עד שתגיע לנפח המחושב ממשוואה 2, שהוא 26.7 ליטר בדוגמה זו.
      figure-protocol-3(2)
      כאשר מרווח ההזנה הוא 3 ימים, נפח העבודה הוא 80 ליטר ו-SRT הוא 9 ימים.
    10. השתמש במשאבה פריסטלטית כדי להזין את תמיסת פסולת המזון הזו בנפח 26.7 ליטר לתוך מעכל ה-aAD באיור 2A. ודא שצינור הכניסה של המשאבה הפריסטלטית נשאר שקוע בנוזל דלי ההזנה עד להעברת כל הנוזלים.
      הערה: במהלך תהליך הצריכה, הצינור עשוי לרטוט מעט, וזה נורמלי.
    11. כבה את המשאבה ונתק את החשמל. אפס את מהירות הערבוב של מעכל הפיילוט ל-150 סל"ד למשך 30 דקות כדי להומוגניזציה של ההזנה החדשה עם העיכול הקיים.
    12. פרקו 3 ליטר עיכול הומוגני לדלי לצורך התאמת pH. יש להוציא 100 מ"ל מהעיכול מתוך 3 ליטר לעכל הומוגני לכוס ולמדוד את ה-pH.
    13. הוסיפו בהדרגה כדורי NaOH לעיכול של 100 מ"ל עד שה-pH שלו מגיע ל-5.5. כדי לחשב את המשקל של כדורי NaOH שנוספו, חשב את הירידה במשקל של מיכל הגלולות NaOH לפני ואחרי התאמת ה-pH.
    14. הוסף כדורי NaOH ביחס לנפח העיכול לתוך מעכל הפיילוט באיור 2A כדי להתאים את ה-pH ל-5.5. לדוגמה, אם נדרשים 0.09 גרם כדורי NaOH כדי להתאים 100 מ"ל עיכול הומוגני ל-pH 5.5, יש להעמיס 72 גרם כדורי NaOH לתוך מעכל הפיילוט aAD מכיוון שנפח העבודה שלו הוא 80 ליטר, כלומר 80 ליטר / 0.1 ליטר × 0.09 גרם = 72 גרם.
      הערה: מכיוון שטווח ה-pH האידיאלי עבור aAD הוא 5-5.531, לאחר כל האכלה, יש להתאים את ה-pH ל-5.5. במהלך ה-aAD, ה-pH תמיד יירד עקב תגובת ההחמצה. לפיכך, מומלץ מאוד לבצע את השלבים 2.1.13 עד 2.1.16 כדי לבדוק ולהתאים את ה-pH מדי יום, במידת הצורך.
    15. בדוק את מעכל הפיילוט כדי לוודא שכל השסתומים סגורים והתאם את מהירות הערבוב ב-150 סל"ד כדי לספק ערבוב לסירוגין למחזור הבא של פעולת aAD.
      הערה: מעכל הפיילוט aAD במחקר זה מופעל במצב חצי רציף כדי לחקות תהליכים תעשייתיים32.
  2. הפרדת סופרנטנט לשחזור VFA לתסיסה של PHA
    1. הפעל את מתג ההפעלה הראשי של צנטריפוגת הדיסק.
    2. המתן עד שטקסט ה-STANDSTILL יופיע במסך המערכת של ממשק אדם-מכונה (HMI). ודא שמפלס שמן הסיכה הוא מעל הסף המינימלי.
    3. פתח את השסתום של קו שירות המים והתאם את הלחץ ל-45 psi. פתח את השסתום של קו השירות האווירי והתאם את הלחץ ל-90 psi.
    4. לחץ על הכפתור הירוק במסך מערכת HMI כדי להתחיל בתהליך הייצור של צנטריפוגת הדיסק. המתן עד שהמערכת תשלים את הבדיקות שלה.
    5. נטר עד שהמערכת תגיע למהירות המלאה שנקבעה, המצוינת על ידי STANDBY במסך מערכת HMI.
      הערה: מהירות צנטריפוגת הדיסק מוגדרת בקיבולת המקסימלית שלה להפרדה יעילה במיוחד.
    6. ודא שצינור הכניסה שקוע במיכל העיכול המשוחרר. חבר את צינור היציאה הסופרנטנט של צנטריפוגת הדיסק לדלי ריק של 5 ליטר לאיסוף הסופרנטנט, שישמש לתסיסה PHA שלאחר מכן. חבר את היציאה המוצקה לדלי ריק נפרד לאיסוף שאריות המוצקים מהעיכול (איור 2B).
    7. השתמש במשאבה הפריסטלטית כדי להזין את העיכול לכניסה של צנטריפוגת הדיסק. בינתיים, לחץ על כפתור PROD במסך מערכת HMI. PROD מייצג ייצור.
    8. כוונן את שסתום הכניסה כדי לשמור על קצב זרימה בין 0.2-0.5 מ'3 לשעה ולחץ אחורי בין 0.5-1 בר.
      הערה: סופרנטנט מופץ כדי לקבל יחס הפרדה גבוה יותר במהלך תהליך הייצור, המתייחס לשלב ההפרדה בין מוצק לנוזל של צנטריפוגת הדיסק, בעוד שמוצקים מצטברים בצנטריפוגת הדיסק.
    9. לאחר 30 דקות מתהליך הייצור, לחץ על כפתור הפריקה במסך מערכת ה-HMI כדי לפרוק את המוצקים ואת הסופרנטנט לתוך הדלי המתאים (איור 2B).
      הערה: שלב זה מבוסס על בדיקה חזותית, מכיוון שלא ניתן למדוד באופן מיידי את יעילות ההפרדה במונחים של TS. בדרך כלל, 30 דקות של פעולה מספיקות כדי להשיג את ההפרדה הרצויה של שאריות סופרנטנט ומוצקות.
    10. אחסן את הסופרנטנט שנאסף בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס לתסיסה PHA לאחר מכן. השלך את שאריות המוצקים בהתאם לתקנות סילוק הפסולת הביולוגית או מוחזר בחזרה למעכל aAD להמשך העיכול.
    11. התחל את מחזור הניקוי במקום (CIP) על ידי בחירה בלחצן CIP במסך ה-HMI. שטפו את צנטריפוגת הדיסק לפי השלבים המפורטים בטבלה 2.
      הערה: משאבה פריסטלטית משמשת להזנה ופריקה של אמצעי כביסה. שלב כביסה זה חשוב לתחזוקת הציוד.
    12. לאחר השלמת הכביסה, כבה ונתק את המשאבה הפריסטלטית, ולאחר מכן לחץ על כפתור PROD כדי לוודא שצנטריפוגת הדיסק משחררת הכל ממיכל ההפרדה. הפחת את מהירות הסיבוב בהדרגה.
    13. לחץ על הכפתור האדום במסך מערכת HMI כדי לעצור את הפעולות. סובב את שסתומי קו המים והאוויר למצב OFF . כבה את החשמל הראשי.

figure-protocol-4
איור 2: ציוד המשמש עבור ייצור VFA והפרדת מוצק-נוזל. (A) מעכל aAD בקנה מידה פיילוט של 100 ליטר. (ב) הזרמה של סופרנטנט ומוצקים לתוך דליים מתאימים ממיכל ההפרדה של צנטריפוגת הדיסק. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

פרמטריםאובדן מזון
TS (%)~16.5
VS (%)~14.5
ג:נ~17:1

טבלה 1: מאפיינים של אובדן מזון לדוגמה.

צעדמדיהטמפרטורהתכליתפרק זמן (דקות)נפח פריקה (L)הערות
1מיםקרלשטיפה ראשונית51מים משומשים עוברים בדרך כלל לניקוז.
2מיםחם (70 מעלות צלזיוס)לתרמוס ליזה של שמרים, אם רלוונטי51מים משומשים בדרך כלל עוברים לניקוז או מוזרמים.
3תמיסת NaOH 2%חם (70 מעלות צלזיוס)להמסת משקעי חלבון, אם רלוונטי201הפתרון מופץ בדרך כלל.
4מיםחם (70 מעלות צלזיוס)לשטיפה51מים משומשים בדרך כלל עוברים לניקוז או מוזרמים.
5תמיסת חומצה חנקתית 1%חם (70 מעלות צלזיוס)להמסת משקעים אנאורגניים101אם משתמשים במים רכים, נדרשת שטיפת חומצה רק כמה פעמים בשנה. במקרה זה, התשואה יכולה לעבור לניקוז. אם משתמשים במים קשים, ייתכן שתידרש שטיפת חומצה בכל CIP. במקרה זה יש להשתמש במערכת מחזור.
6מיםחם (80-95 מעלות צלזיוס)לשטיפה ועיקור51אם עכירות הפריקה משלב זה גבוהה, חזור על שלב 2.

טבלה 2: הוראות כביסה לצנטריפוגת הדיסק.

3. תסיסה PHA באמצעות סופרנטנט עיכול עשיר ב-VFA

  1. תסיסה PHA בקנה מידה ספסל לקביעת התנאים האופטימליים להגדלה.
    1. הוסף מים כדי לדלל את חומר העיכול שנאסף בשלב 2.2.9 לשיפוע של ריכוזים כדי לזהות את זמן הדילול האופטימלי שממזער את ההשפעות המעכבות של תרכובות רעילות פוטנציאליות הקיימות בסופרנטנט לעיכול פסולת מזון תוך הבטחת פגיעה מינימלית בצמיחת התאים23.
      הערה: בדרך כלל נדרש מינימום של דילול פעמיים כדי להפחית את ההשפעות המעכבות הללו25.
    2. להשלים את הסופרנטנט המדולל לעיכול עם מלח וחומרים מזינים, בפרט, 156 גרם/ליטר NaCl, 5 גרם/ליטר תמצית שמרים, 13 גרם/ליטר MgCl26H2O, 20 גרם/ליטר MgSO47H2O, 1 גרם/ליטר CaCl22H2O, 4 גרם/ליטר KCl, 0.2 גרם/ליטר NaHCO3, ו-0.5 גרם/ליטר NaBr, ו-NH4Cl לפי הצורך33.
    3. מדוד את המליחות של הסופרנטנט העיכול באמצעות בדיקת מוליכות לפני הוספת NaCl. לעיכול פסולת מזון יש בדרך כלל מליחות זניחה; עם זאת, אם קיימת מליחות גבוהה, התאם את מינון NaCl על סמך משוואה 3.
      תוספת NaCl (גרם) = 156 גרם/ליטר NaCl × נפח כולל של מדיום מוכן - figure-protocol-5 × תוספת נפח סופרנטנט לעיכול (3)
    4. שמור על יחס C:N של המדיום העשוי מסופרנטנט עיכול על 15. קבע תוספת NH4Cl על סמך יחס ה-C:N המקומי של הסופרנטנט העיכול הנמדד במונחים של סך הפחמן האורגני (TOC) וסך החנקן (TN) כמפורט בשלבים 5.2 ו-5.3.
    5. ערבבו את המדיום בעזרת צלחת ערבוב מגנטית ב-200 סל"ד, עד שכל התוספים יתמוססו לחלוטין. התאם את ה-pH הבינוני ל-7.0 ±-0.05 באמצעות 1 N NaOH או 1 N H2SO4.
    6. הקצו את המדיום המוכן לצלוחיות ארלנמאייר סטריליות, ומלאו רק 1/5 מהנפח כדי לשמור על מרווח ראש גדול להעברת אוויר נאותה במהלך הגידול (איור 3A). מכסים את הבקבוק בכותנה או בכל סוג של חומר נושם עם נקבוביות מספקת כדי לאפשר חילופי גזים במהלך הטיפוח.
    7. הפשירו את תרבית הזרעים של H. mediterranei (מופעלת מאוסף התרבות האמריקאי המסחרי (ATCC) 33500 המאוחסן בטמפרטורה של -80 מעלות צלזיוס) על ידי תסיסה עדינה באמבט מים המוגדר לטמפרטורת גידול תקינה של זן H. mediterranei (למשל, 37 מעלות צלזיוס). ההפשרה צריכה להיות מהירה, כלומר כ-2 דקות או עד שכל גבישי הקרח נמסים.
    8. לחסן 0.2% (v/v) תרבית זרעי H. mediterranei עם OD600nm של ~0.5 לתוך המדיום המוכן. הכן בקבוק בקרה חיובי עם חיסון ובקבוק בקרה שלילי ללא חיסון עם מדיום ATCC 117633.
      הערה: למדיום ATCC יש את אותו הרכב תזונתי כמפורט בשלב 3.1.2, אלא שחומר העיכול מוחלף ב-1 גרם/ליטר גלוקוז, ולא מתווסף מקור חנקן נוסף.
    9. דגרו את כל הצלוחיות ב-37 מעלות צלזיוס עם טלטול ב-150 סל"ד בשייקר מסלולי. מדוד את הצפיפות האופטית (OD600nm) מדי יום עד שהיא מתייצבת בשלב הנייח, ולאחר מכן הפסק את הטיפוח. אספו את המרק הוורוד (איור 3B) לשחזור PHA במורד הזרם.
  2. תסיסה PHA בקנה מידה פיילוט בתסיסה מזכוכית של 50 ליטר.
    1. חבר את תסיסת הטייס PHA (איור 4) ואת מחמם זרימת המים לאספקת החשמל.
    2. הפעל את מתג חימום אמבט המים. הגדר את הטמפרטורה ל-37 מעלות צלזיוס. הפעל את המערבל והגדר אותו ל -150 סל"ד.
    3. הוסף את הסופרנטנט לעיכול פסולת מזון, שהוכן באמצעות גורם הדילול האופטימלי, יחד עם תוספי המלח והתזונה שזוהו בשלב 3.1.2, כדי להשיג נפח עבודה של 40 ליטר.
    4. התאם את ערך ה-pH ל-7. חסנו 10% (v/v) תרבית זרעי H. mediterranei עם OD600nm של ~0.5 לתוך המדיום המוכן.
    5. הפעל את משאבת האוויר של תסיסת הפיילוט והגדר את קצב האוורור על 110 מ'3/שעה. אסוף את הדגימה ומדוד OD600nm על בסיס יומי. כאשר OD600nm מגיע לשלב הנייח, עצור את התסיסה ואחסן את מרק התסיסה ב-4 מעלות צלזיוס לשחזור PHA במורד הזרם.
    6. שוטפים את התסיסה במי ברז ואתנול 70%.

figure-protocol-6
איור 3: צלוחיות לפני ואחרי התסיסה של ייצור PHA על ידי H. mediterranei. (A) מדיום בצלוחיות שעשויות מפסולת מזון מעכל סופרנטנט לפני הדגירה/תסיסה. (B) תרבית H . mediterranei עשירה ב-PHA ורדרד לאחר התסיסה. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-protocol-7
איור 4: תסיסה PHA בקנה מידה פיילוט 50 ליטר. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

4. שחזור PHA במורד הזרם

  1. האכילו את מרק התסיסה של H. mediterranei לצנטריפוגת הדיסק כדי להפריד בין תאי הסופרנטנט המלוח לתאי H. mediterranei . אסוף את התא שנקטף (חלק מוצק באיור 5) לליזה של תאים לאחר מכן. השלך את שבר הנוזל החוצה בהתאם לתקנות סילוק הפסולת הביולוגית.
    הערה: פעולת צנטריפוגת הדיסק כאן זהה לשלבים ב-2.2.
  2. השעו מחדש את התאים שנאספו במים ב-100 מ"ל/גרם תאים רטובים וערבבו ב-150 סל"ד למשך שעתיים בטמפרטורת החדר כדי לאפשר ליזה של תאים על ידי הלם לחץ אוסמוטי.
  3. השעו מחדש חלק קטן (50 מ"ל) של תאים שנקטפו שנאספו בשלב 4.1 בתמיסת NaClO של 4% (2 מ"ל של תמיסת NaClO של 4% לכל גרם תאים רטובים) וערבבו במשך 5 דקות.
    הערה: טיפול NaClO משמש כדי לספק קו בסיס שיכול ככל הנראה לשחזר 100% PHA מתאי H. mediterranei . הנחה זו מבוססת על העובדה שטיפול NaClO זה הוא השיטה המותאמת ביותר לשחזור PHA34. טיפול NaClO זה נחשב בדרך כלל אגרסיבי מספיק לליזה מלאה של תאים והתאוששות PHA ללא קשר למין התא.
    זהירות: NaClO הוא חומר מחמצן חזק. זה יכול לגרום לכוויות עור קשות, נזק לעיניים וגירוי בדרכי הנשימה. טפל תמיד ב-NaClO באזור מאוורר היטב או מתחת למכסה אדים, תוך לבישת ציוד מגן אישי מתאים (PPE), כולל כפפות, משקפי מגן וחלוק מעבדה. במקרה של מגע עם העור, יש לשטוף מיד את האזור הנגוע בכמויות גדולות של מים ולפנות לטיפול רפואי אם הגירוי נמשך. השלך פסולת המכילה NaClO בהתאם לתקנות הפסולת המסוכנת המקומיות כדי למנוע זיהום סביבתי.
  4. צנטריפוגה את התרחיף הליזי ב-10,000 x גרם למשך 30 דקות לאיסוף גרגירי PHA. השלך את הסופרנטנט בהתאם לתקנות סילוק הפסולת הביולוגית במעבדה.
  5. יש לייבש בהקפאה את גרגירי ה-PHA ב-50 מעלות צלזיוס למשך ~48 שעות עד להשגת משקל קבוע לקבלת אבקת PHA גולמית (איור 6A).
  6. הוסף אתנול לאבקת PHA גולמית ב-10 מ"ל/גרם כדי להסיר שאריות זיהומים. צנטריפוגה ב-10,000 x גרם למשך 30 דקות לאיסוף גרגירי PHA מטוהרים. השלך את הסופרנטנט בהתאם לתקנות פינוי פסולת כימית.
  7. יש לייבש בהקפאה את גלולת ה-PHA בטמפרטורה של -50 מעלות צלזיוס למשך ~48 שעות עד להשגת משקל קבוע לקבלת אבקת PHA מטוהרת (איור 6B).

figure-protocol-8
איור 5: סופרנטנט מלוח מופרד (משמאל) ותאים (מימין). אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-protocol-9
איור 6: אבקת PHA. (A) אבקת PHA גולמית ו-(B) אבקת PHA מטוהרת. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

5. שיטות אנליטיות

  1. מדוד TS ו- VS לפי שיטות סטנדרטיות35. קבע TN על ידי ערכות הבדיקה של Hach לפי השיטה הסטנדרטית באמצעות ספקטרופוטומטר35.
  2. מדידת TOC על ידי מנתח TOC בהתאם לשיטות שתוארו במחקר קודם25. מדוד את ה- pH על ידי מד pH על שולחן.
  3. קבע כימות VFA באמצעות ערכה36. עקוב אחר OD600nm באמצעות קורא מיקרו-פלטות.
  4. הערך DCW מהמוצקים המרחפים הנדיפים (VSS) של מרק התאים שנמדד לפי שיטת המדידה הסטנדרטית VSS25,35. בקצרה, צנטריפוגה 50 מ"ל של מרק תאים ב-8,000 x גרם למשך 15 דקות והעבירו את הגלולה לכור היתוך לניתוח VSS.
    הערה: השתמש ב-VSS כדי להעריך DCW, מכיוון שהוא משקף את הביומסה האורגנית ונמנע מהערכת יתר עקב תכולת המלח ב-H. mediterranei23.
  5. בצע כימות PHA על ידי כרומטוגרפיה של גז (GC) בהתאם לשיטות במחקר קודם25, שבו ביומסה מיובשת בהקפאה עוברת מתאנוליזה בכלורופורם ומתנול מחומצן ב-105 מעלות צלזיוס למשך שעתיים, והמונומרים המתקבלים מכומתים באמצעות GC עם מתיל בנזואט כתקן פנימי. חישוב שחזור PHA באמצעות משוואה 4 וטוהר PHA באמצעות משוואה 5. קבע את כל המסה של PHA מ- GC.
    שחזור PHA (%) = figure-protocol-10 (4)
    טוהר PHA (%) = figure-protocol-11 (5)
    זהירות: כלורופורם וחומצה גופרתית המשמשים לכימות PHA מסוכנים ויש לטפל בהם בזהירות רבה. כלורופורם הוא ממס אורגני נדיף המהווה סיכון לרעילות באינהלציה ועלול לגרום לנזק לכבד ולכליות בחשיפה ממושכת. חומצה גופרתית היא כימיקל קורוזיבי חזק שעלול לגרום לכוויות חמורות במגע עם העור או העיניים. טפל תמיד בכימיקלים אלה בתוך מכסה אדים כדי למנוע חשיפה לשאיפה. הקפידו על שימוש בציוד הגנה אישי מתאים, כולל כפפות עמידות לכימיקלים, משקפי מגן ומעיל מעבדה. השלך כראוי את כל פסולת הכלורופורם והחומצה הגופרתית בהתאם לתקנות הפסולת המסוכנת המקומיות כדי לשמור על נוהלי מעבדה בטוחים.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

מאפייני פסולת מזון וייצור VFA מ- aAD
דוגמה ליחס TS, VS ו-C:N בתמיסת פסולת מזון מוכנה מוצגת בטבלה 1. בשל השונות המובנית בהרכב פסולת המזון על פני מקורות דגימה וזמן שונים, צפויות תנודות בערכי יחס TS, VS ו-C:N. בעוד שהשונות מקובלת, מדידות יחס TS, VS ו-C:N רגילות חיוניות לניטור תהליכים, איזון מיקרוביאלי ואופטימיזציה כוללת של מערכת aAD37.

ריכוז ה-VFA משמש כאינדיקטור מרכזי ליציבות וליעילות של פעולת מעכל ה-aAD. טבלה 3 מציגה ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

ייצור VFA מ-aAD
VFA ממלא תפקיד מכריע כקודמן מרכזי ל-H. mediterranei בהמרת פסולת מזון ל-PHA. לכן, שמירה על ריכוז VFA גבוה במהלך aAD היא חיונית. ניתן להשתמש במספר אסטרטגיות כדי לשפר את ייצור ה-VFAב-25 לספירה. גישה יעילה אחת היא אופטימיזציה של SRT, עם משך אידיאלי של 8 ימים או פחות, המקדם שטיפת מתאנוגנים תוך מקסום הידרוליזה וחומצה, ובכך מונע צריכת VFA מוגזמת46. ויסות טמפרטורה הוא גישה יעילה נוספת, שכן תנאים תרמופילי...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

למחברים אין מה לחשוף.

תודות

מחקר זה נתמך על ידי המחלקה לאנרגיה - המשרד ליעילות אנרגטית ואנרגיה מתחדשת (פרס פריים מס. DEEE0009268) והמכון הלאומי למזון וחקלאות של משרד החקלאות של ארצות הברית (פרס מס' 2023-79000-38973).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
אוויראיירגזAI UZ300משמש לפעולת GC
משאבת אווירקלאודרייהיילאה ACO-009D
אמוניום כלורידאקרוס אורגניקסA0396560
אוטוקלאבסטריסמעבדת אמסקו 250משמש בהכנה בינונית ATCC
מאזנייםמטלר טולדוME204TE/00
בלנדרVEVORIB750LV+BLD300+WB-1
דלילואודגם 50640דלי כללי מפלסטיק ללא BPA בנפח 5 ליטר
סידן כלוריד דיהידראטאקרוס אורגניקסA0362932
כלורופורםמיליפור סיגמאC2432
מייבשכל סוג שניתן להשתמש בו במדידת TS, VS, VSS
צינורות עיכול, מכסה בורג עם תוחם PTFEמיליפור סיגמאCLS982613
בלוק כור דיגיטליחברת האךDRB200משמש בשיטות כימות VFA של Hach
בוחש דיגיטליSCILOGEXSCI550-Pro
צנטריפוגת דיסקאלפא לאוול בע"מקלרה 20
צלוחיות ארלנמאייראמזוןB07V3JPQMM
אתנולאמזוןB09DGVL4ML
מייבש הקפאהלבקונקו10030133, 1027319 ו-0109621FreeZone 2.5 ליטר מערכות ייבוש בהקפאה
מכסה אדיםתאגיד המדע KewauneeSupreme Air LV
תנורתרמו סיינטיפיקדגם F30428C
כרומטוגרפיית גז (GC)זריזדגם 8890 
Haloferax mediterraneiATCC33500
מימןאיירגזHY UHP300משמש לפעולת GC
סכיןכל סוג המשמש לצמצום פסולת מזון
שמן סיכהחברת פישר סיינטיפיקNC9844626
מגנזיום כלוריד הקסהידרטחברת פישר סיינטיפיקBP214-500
מגנזיום גופרתי הפטהידרטמיליפור סיגמאM1880
מתונלמיליפור סיגמא34860
מתיל בנזואטמיליפור סיגמא93583משמש כתקן פנימי בכימות PHA
קורא מיקרופלייט BioTek סינרגיהסינרגיה H1
חנקןאיירגזNI UHP300משמש לפעולת GC
תנורתרמו סיינטיפיקOMH750
משאבה פריסטלטיתפשוט משאבות בע"מPM6000 ACמשאבה בעלת זרימה גבוהה, תחול עצמי עם יכולת ריצה יבשה מעולה, המסוגלת לטפל בתמיסות עתירות חלקיקים ומיועדת לצינורות קיר בגודל 1/8 אינץ'.
מד pHחברת פישר סיינטיפיקAE150
תקן PHAמיליפור סיגמא403105
מעכל פיילוט aADקבוצת אנרגיה קוואזר, אינדיפנדנס, אוהיו, ארה"בתסיסה מפלדת אל-חלד בנפח כולל של 100 ליטר ונפח עבודה של 80 ליטר 
תסיסה פיילוט PHAמנוקטריSF-50l ISO 9001 CEכור זכוכית מעוטר שכבה כפולה
אשלגן כלוריג'י-ביוסיינסס162006
צינורות משאבהכל מותג של צינורות סיליקון עם מזהה 1/8 אינץ' ו-OD בגודל 3/8 אינץ'
נתרן ביקרבונטפישר כימיקלים241787
נתרן ברומידקרוליינה21139-45
נתרן כלוריאמזון B0787CFHF3
נתרן הידרוקסיד, כדוריותפישר ביוריאגנטים236088
נתרן היפוכלוריטמיליפור סיגמא425044
צנטריפוגת Sorvall LYNX 4000 Superspeedתרמו סיינטיפיק75006580משמש לאיסוף גרגירי PHA בשחזור PHA במורד הזרם 
ספקטרופוטומטר חברת האךDR3900משמש בשיטות כימות VFA של Hach
חומצה גופרתיתמיליפור סיגמא258105
מסנן מזרקאמזוןB06X6GTKVY
מנתח תוכן ענייניםשימדזודגם TOC-LCSN
בדיקת בקבוקון חומצות נדיפות TNTplusחברת האךTNT 872מסוגל למדוד VFA בטווח של 50 - 2,500 מ"ג/ליטר חומצה אצטית.
דוד מיםבוש בע"מטרוניק 3000 T 7 ליטר (ES8)
תמצית שמריםחברת פישר סיינטיפיקAAJ6028736

מקורות

  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).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

גישה ניתנת להרחבה צעד אחר צעד של ייצור ביו-פלסטיק בר קיימא מפסולת מזון
צור קשר
המלצה לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

2026 © זכויות יוצרים MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.