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방법 논문

음식물 쓰레기에서 지속 가능한 바이오 플라스틱 생산을 위한 확장 가능한 단계별 접근 방식

2.2K 조회수

⸱

DOI:

10.3791/68499

⸱

2025년 7월 18일

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

이 논문에서

요약

이 프로토콜은 음식물 쓰레기를 생분해성 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 바이오 플라스틱으로 전환하는 확장 가능한 방법을 제시합니다. 음식물 쓰레기 전처리를 위한 정지된 혐기성 소화, PHA 생합성을 위한 할로필릭 미생물 발효, PHA 회수를 위한 무화학 다운스트림 공정을 활용합니다.

초록

전 세계적인 미세 플라스틱 위기와 음식물 쓰레기 처리에 대한 증가하는 문제와 함께 이러한 환경 문제를 함께 해결하기 위한 혁신적인 솔루션이 필요합니다. 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)는 해양 생태계를 포함한 모든 환경에서 완전히 생분해되는 고유한 바이오 플라스틱으로, 석유 기반 플라스틱에 대한 지속 가능한 대안을 제공합니다. 동시에 음식물 쓰레기를 PHA 생산의 공급 원료로 활용하면 고부가가치 생분해성 플라스틱을 생산하는 동시에 음식물 쓰레기 처리 문제를 완화할 수 있는 효과적인 전략을 얻을 수 있습니다. 이 연구는 음식물 쓰레기에서 PHA를 생성하기 위한 단계별 프로토콜을 제공하며, 높은 세포 PHA 함량과 품질을 보장하는 데 필요한 중요한 관리를 강조합니다. 이 공정은 혐기성 환경을 유지하고 고체 머무름 시간과 같은 매개변수를 최적화하여 PHA 합성의 핵심 전구체인 VFA 생산을 극대화함으로써 음식물 쓰레기를 미생물로 동화될 수 있는 휘발성 지방산(VFA)으로 변환하는 정지된 혐기성 소화로 시작됩니다. 그런 다음 VFA가 풍부한 소화액을 사용하여 PHA를 건조 세포 중량의 최대 66% ± 5%까지 축적할 수 있는 할로필릭 미생물인 Haloflex mediterranei를 배양합니다. H. meditranei 의 높은 염도 배양 환경은 배양 오염을 방지하여 최적의 PHA 생산을 보장했습니다. PHA 수확을 위한 이상적인 시간을 결정하기 위해 광학 밀도를 측정하여 세포 성장을 모니터링합니다. 세포는 삼투압 구배를 활용하는 화학 물질이 없는 수성 방법을 사용하여 용해되어 93% ± 3%의 PHA 회수율을 달성한 다음 용매 기반 PHA 정제를 통해 96% ± 2%의 PHA 순도를 얻습니다. 각 단계는 고품질의 생분해성 플라스틱을 생산하는 데 필수적입니다. 이 백서는 정지 혐기성 소화, 순수 배양 발효, 무화학 세포 용해 및 용매 기반 PHA 정제에 대한 자세한 방법을 제공하여 음식물 쓰레기를 파일럿 및 본격적인 응용 분야에 적합한 생분해성 바이오 플라스틱으로 전환하기 위한 확장 가능하고 지속 가능한 접근 방식을 제공합니다.

서론

플라스틱 오염과 음식물 쓰레기 처리는 환경 문제를 점점 더 심각하게 다루고 있으며, 지속 가능한 폐기물 관리와 재료 개발을 통해 두 가지 문제를 모두 해결하는 혁신적인 접근 방식의 필요성을 강조하고 있습니다1. 기존의 석유 기반 플라스틱은 환경 오염 및 미세 플라스틱 오염의 주요 원인으로, 수세기 동안 매립지와 수생 생태계에 남아 있습니다2. 미생물 바이오 플라스틱의 일종인 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)는 자연 환경에서 완전한 분해를 보장하면서 기존 플라스틱과 유사한 기계적 특성을 가진 완전히 생분해되는 대안을 제공합니다3. 그러나 PHA의 높은 생산 비용은 광범위한 상업적 채택에 중요한 장벽으로 남아 있습니다4. 이러한 한계를 극복하기 위한 한 가지 유망한 접근 방식은 옥수수 전분 또는 포도당과 같은 순수 탄소원에 의존하는 현재 산업 공정에서 공급 원료가 총 생산 비용의 약 50%를 차지하기 때문에 유기 폐기물을 미생물 PHA 생합성을 위한 비용 효율적인 탄소원으로 활용하는 것입니다5. 폐기물을 가치 있게 평가함으로써 이 접근 방식은 유기 물질을 매립지에서 전환할 뿐만 아니라 석유 기반 플라스틱에 대한 지속 가능한 대안으로 전환하여 폐기물 축적과 플라스틱 오염 문제를 동시에 해결합니다.

호염성 미생물인 H. mediterranei는 비호염성 미생물의 성장을 억제하여 자연적으로 오염을 방지하는 고염도 조건(2-5 M NaCl)에서 번성할 수 있는 능력으로 인해 폐기물 유래 공급 원료를 PHA 생산에 활용할 수 있는 큰 잠재력을 보여줍니다6. 이러한 고염도 환경은 산업 발효에서 엄격한 멸균의 필요성을 제거하여 운영 비용을 절감합니다. 기존의 박테리아 PHA 생산자와 달리 H. meditranei는 다양한 폐기물 유래 탄소원을 효율적으로 대사하며 스트레스 반응 메커니즘으로 건조 세포 중량(DCW)의 최대 70%까지 PHA를 축적하는 것으로 보고되었습니다 7,8. 또한 고염도 환경은 침수에 의해 유도된 삼투압 충격이 세포를 효과적으로 파괴하여 효소 또는 화학적 처리 없이 PHA 방출을 가능하게 하기 때문에 간단한 다운스트림 처리를 가능하게 합니다9. 이러한 장점으로 인해 H. mediterranei는 확장 가능한 폐기물 기반 바이오 플라스틱 생산에 이상적인 후보로 자리매김하고 있습니다.

기존 연구에서는 H. mediterranei 6,10,11,12,13,14,15,16,17,18에 의한 PHA 발효를 위해 치즈 유청, 올리브 밀 폐수 및 농업 산업 잔류물을 포함한 다양한 폐기물을 조사했습니다.. 폐기물 조성의 높은 변동성은 미생물 동화 전에 효소 가수분해, 산 가수분해 또는 열처리와 같은 다양한 전처리 전략을 필요로 하는 중요한 문제를 제시합니다 11,17,19,20. 여기서, arrested anaerobic digestion (aAD)은 다양한 음식물 쓰레기를 균질한 휘발성 지방산 (VFA)이 풍부한 소화물로 변환하여 확장 가능한 솔루션을 제공하며, H. mediterranei21,22에 의한 PHA 합성의 직접적인 전구체 역할을합니다. 이 공정은 공급 원료의 일관성을 향상시키고 기질 변동성을 완화하는 동시에 미생물 발효 효율성을 개선합니다.

그 잠재력에도 불구하고, H. mediterranei에 의한 일반 음식물 쓰레기를 바이오 플라스틱으로의 전환을 위해 aAD와 미생물 PHA 발효를 통합하는 이 2단계 프로세스를 성공적으로 입증한 연구는 소수에 불과합니다 23,24,25. 본 연구는 음식물쓰레기 전처리, 반연속 aAD에 의한 VFA 생산, PHA 생산을 위한 H. mediterranei의 순수 배양 발효를 포괄하는 상세한 단계별 프로토콜을 제공합니다. 또한, 이전 연구에서는 H. mediterranei에서 수성 PHA 추출을 검증했지만 이 방법을 사용하여 PHA 회수 효율과 순도를 정량화한 연구는 없었습니다11,18. 본 연구는 물과 함께 삼투압 용해를 활용하는 무화학 PHA 회수 방법을 입증하고 기존의 차아염소산나트륨(NaClO) 기반 PHA 회수 방법과 비교하여 회수 효율을 정량화함으로써 이러한 격차를 해소합니다26. 또한 이 연구는 수에서 회수된 PHA의 순도를 평가하여 확장 가능한 바이오 플라스틱 생산에 대한 효과에 대한 포괄적인 평가를 제공합니다.

실험실 규모의 타당성과 산업적 구현 사이의 격차를 해소하기 위해 이 프로토콜은 바이오프로세싱 및 대규모 미생물 발효에서 널리 사용되는 기술인 세포 분리를 위한 디스크 원심분리와 함께 파일럿 규모의 aAD 및 PHA 발효를 통합하여 산업 응용 분야의 확장성을 위해 설계되었습니다27. 음식물 쓰레기에서 바이오 플라스틱으로의 전환을 최적화함으로써 이 방법은 대규모 폐기물 가치화의 산업화를 지원하고 순환 바이오 경제 이니셔티브를 발전시킵니다. 폐기물 유래 공급 원료, 호광성 발효 및 환경 친화적인 PHA 회수 전략의 통합은 폐기물을 바이오폴리머로 효율적으로 전환하여 화석 연료 기반 플라스틱에 대한 의존도를 줄이는 동시에 지속 가능한 바이오 플라스틱 생산을 촉진합니다.

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프로토콜

1. 음식물쓰레기 수거 및 준비

  1. 그림 1A와 같이 지역 식당에서 음식물 쓰레기를 수거합니다. 얻은 폐기물을 육안으로 평가합니다. 관찰 결과 폐기물은 주로 야채 껍질, 버려진 날고기, 쌀과 국수와 같은 탄수화물이 풍부한 성분으로 구성되어 있는 것으로 나타났습니다. 탄소-질소(C:N) 비율은 5.1단계 및 5.2단계에 설명된 대로 측정해야 할 수 있으며, 음식물 쓰레기가 주로 탄소가 풍부한 경우 최적 C:N 비율이 20:128에 가깝게 조정되어야 할 수 있습니다.
  2. 10갤런 양동이에 5kg의 음식물 쓰레기를 넣고 물 2.5L를 넣으십시오. 블렌더를 전원에 연결합니다. 칼날을 음식물 쓰레기와 물 혼합물에 담근 다음 시작 버튼을 눌러 블렌딩을 시작합니다. 완전히 균질화될 때까지 최소 30분 동안 블렌딩합니다(그림 1B). 음식물 쓰레기가 완전히 혼합되도록 날을 위아래로 움직입니다.
    주의 : 과열을 방지하기 위해 블렌더의 시작 버튼은 1분 작동 후 2분 동안 손을 떼야 할 수 있습니다.
  3. 블렌딩 후 블렌더를 제거하고 뜨거운 물과 주방 세제로 청소하십시오. 양동이를 뚜껑으로 덮고 양동이에 샘플 이름과 준비 날짜를 표시한 다음 즉시 사용하지 않는 경우 4°C에서 보관하십시오.
    알림: 출처와 시간에 따라 수거된 음식물 쓰레기 특성의 차이로 인해 총 고형물(TS) 및 휘발성 고형물(VS)과 같은 준비된 슬러리의 기본 매개변수는 나중에 사용할 수 있도록 정확한 TS 및 VS 입력을 보장하기 위해 각 준비 후 5.1단계에 따라 측정해야 합니다. 이 프로토콜에서 4°C는 단기 보관(7일 미만)이고 -20°C는 장기 보관을 위해 사용됩니다.

figure-protocol-1
그림 1: 균질화 전과 후의 식당 음식물 쓰레기의 시각적 비교. 사진은 (A) 생음식물 쓰레기와 (B) 균질화된 음식물 쓰레기 슬러리를 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

2. aAD를 통한 VFA 제작

  1. 파일럿 스케일(100L) aAD 소화조(그림 2A) 음식물 쓰레기를 VFA로 전환하기 위해.
    1. 파일럿 aAD 소화조의 전원 연결 및 기밀성을 확인하십시오. 소화조 온도를 35°C로 설정하고 교반 속도를 150rpm으로 설정합니다.
    2. 올리기 버튼을 눌러 소화조 뚜껑을 들어 올립니다. 뚜껑이 약 40cm 올라가면 정지 버튼을 눌러 정지합니다.
    3. 종자 aAD 소화조에서 수집된 배양물을 80L의 작업 부피에 도달할 때까지 파일럿 aAD 소화조에 추가합니다. 종자 소화조에 대한 자세한 정보는 이전 연구25에서 확인할 수 있습니다.
    4. 뚜껑이 완전히 닫힐 때까지 아래쪽 버튼을 누른 다음 cl로 고정하십시오.amps. 이것은 소화조가 혐기성 상태를 유지하도록 합니다.
    5. 이 연구에서는 aAD 소화조에서 9일의 고체 체류 시간(SRT)을 유지했습니다. 아래 설명된 대로 소화조 작업량의 1 /3(약 26.7L)을 3일마다 공급 및 배출합니다.
      참고: 전통적인 혐기성 소화는 메탄 생성29,30을 위해 14-30일의 SRT로 작동됩니다. 여기에는 메탄발생을 억제하기 위해 짧은 9일 SRT가 사용되어 성공적인 aAD를 위한 VFA 축적을 촉진합니다.
    6. 먹이기 전에 aAD 내용물의 일부를 배출합니다. 쉬운 배출을 돕고 막힘을 방지하기 위해 소화조 교반 속도를 일시적으로 150rpm에서 200rpm으로 높이고 방전하기 전에 20분 동안 이 속도를 유지하십시오.
      참고: 교반 속도를 높이면 소화액에 고체 입자가 고르게 분포되어 배출이 더 쉬워지고 균일한 샘플링이 용이해집니다.
    7. 파일럿 aAD 소화조 하단의 배출 밸브를 열고 소화액 작업량의 1 /3을 배출합니다. 배출된 소화물을 양동이에 모아 4°C에서 보관하여 VFA 분석 및 2.2단계에서 고체-액체 분리를 수행합니다.
    8. 2.5g VS/L-day의 유기 적재율(OLR)을 사용하고 음식물 쓰레기 슬러리의 VS는 평균 ~14.5%입니다(표 1). 이를 위해 설계된 OLR을 달성하기 위해 방정식 1에 따라 4.1kg의 음식물 쓰레기 슬러리의 습식 중량이 필요합니다. 이 4.1kg 슬러리를 샘플링하고 나중에 먹일 수 있도록 별도의 양동이에 넣으십시오.
      공급할 음식물 쓰레기 슬러리의 습식 중량 = figure-protocol-2 (1)
      OLR은 2.5g VS/L-day, 공급 간격은 3일, 작업량은 80L, VS는 14.5%입니다.
    9. 방정식 2에서 계산된 부피(이 예에서는 26.7L)에 도달할 때까지 앞서 언급한 4.1kg의 습식 중량 음식물 쓰레기 슬러리가 들어 있는 별도의 버킷에 물을 추가합니다.
      figure-protocol-3(2)
      여기서 공급 간격은 3일, 작업량은 80L, SRT는 9일입니다.
    10. 연동 펌프를 사용하여 이 26.7L 음식물 쓰레기 슬러리를 그림 2A의 aAD 소화조에 공급합니다. 연동 펌프의 입구 튜브가 모든 액체가 이송될 때까지 공급 버킷 액체에 잠겨 있는지 확인합니다.
      알림: 흡입 과정에서 튜브가 약간 진동할 수 있으며 이는 정상적인 현상입니다.
    11. 펌프를 끄고 전원 플러그를 뽑습니다. 파일럿 소화조의 교반 속도를 150분 동안 30rpm으로 재설정하여 기존 소화액으로 새 공급물을 균질화합니다.
    12. pH 조정을 위해 3L의 균질화된 소화액을 양동이로 배출합니다. 3L 균질화된 소화액 중 소화액 100mL를 비커에 분배하고 pH를 측정합니다.
    13. pH가 5.5에 도달할 때까지 100mL 소화액에 NaOH 펠릿을 점차적으로 첨가합니다. 첨가된 NaOH 펠릿의 중량을 계산하려면 pH 조정 전후의 NaOH 펠릿 용기의 중량 손실을 계산하십시오.
    14. 소화물 부피에 비례하여 NaOH 펠릿을 그림 2A 의 파일럿 소화조에 추가하여 pH를 5.5로 조정합니다. 예를 들어, 100mL 균질화 소화물을 pH 5.5로 조정하는 데 0.09g NaOH 펠릿이 필요한 경우 작업 부피가 80L, 즉 80L / 0.1L × 0.09g = 72g이기 때문에 72g NaOH 펠릿을 파일럿 aAD 소화조에 로드해야 합니다.
      참고: aAD의 이상적인 pH 범위는 5-5.531이기 때문에 각 수유 후 pH를 5.5로 조정해야 합니다. aAD 동안 pH는 산성화 반응으로 인해 항상 떨어집니다. 따라서 필요한 경우 2.1.13에서 2.1.16까지의 단계에 따라 매일 pH를 확인하고 조정하는 것이 좋습니다.
    15. 파일럿 소화조를 점검하여 모든 밸브가 닫혀 있는지 확인하고 교반 속도를 150rpm으로 조정하여 aAD 작동의 다음 주기를 위해 간헐적 혼합을 제공합니다.
      참고: 이 연구의 파일럿 aAD 소화조는 산업 공정32를 모방하기 위해 반연속 모드로 작동됩니다.
  2. PHA 발효를 위한 VFA 회수를 위한 상청액 분리
    1. 디스크 원심분리기의 주 전원 스위치를 켭니다.
    2. HMI(Human-Machine Interface) 시스템 화면에 STANDSTILL 텍스트가 나타날 때까지 기다립니다. 윤활유 수준이 최소 임계값 이상인지 확인하십시오.
    3. 수도 유틸리티 라인의 밸브를 열고 압력을 45psi로 조정합니다. 에어 유틸리티 라인의 밸브를 열고 압력을 90psi로 조정합니다.
    4. HMI 시스템 화면의 녹색 버튼을 눌러 디스크 원심분리기의 생산 공정을 시작합니다. 시스템이 검사를 완료할 때까지 기다립니다.
    5. 시스템이 HMI 시스템 화면에 STANDBY로 표시되는 최대 설정 속도에 도달할 때까지 모니터링합니다.
      참고: 디스크 원심분리기의 속도는 고효율 분리를 위해 최대 용량으로 설정됩니다.
    6. 흡입 호스가 배출된 소화액 용기에 잠겨 있는지 확인하십시오. 디스크 원심분리기의 상등액 배출 파이프를 빈 5갤런 버킷에 연결하여 상층액을 수집하면 후속 PHA 발효에 사용됩니다. 고체 배출구를 별도의 빈 양동이에 연결하여 소화물에서 잔류 고형물을 수집합니다(그림 2B).
    7. 연동 펌프를 사용하여 디스크 원심분리기의 입구로 소화액을 공급합니다. 그동안 HMI 시스템 화면에서 PROD 버튼을 클릭합니다. PROD는 Production의 약자입니다.
    8. 흡입 밸브를 조정하여 0.2-0.5m3/h 사이의 유속과 0.5-1bar 사이의 배압을 유지하십시오.
      참고: 상등액은 디스크 원심분리기의 고액 분리 단계를 나타내는 생산 공정 중에 더 높은 분리 비율을 얻기 위해 순환되는 반면 디스크 원심분리기에는 고체가 축적됩니다.
    9. 생산 공정 30분 후 HMI 시스템 화면의 배출 버튼을 눌러 고형물과 상층액을 해당 버킷으로 배출합니다(그림 2B).
      참고: 이 단계는 TS 측면에서 분리 효율을 즉시 측정할 수 없으므로 육안 검사를 기반으로 합니다. 일반적으로 30분 작동은 상층액과 고체 잔류물을 원하는 분리에 달성하기에 충분합니다.
    10. 수집된 상등액은 후속 PHA 발효를 위해 4°C에서 보관하십시오. 잔류 고형물은 바이오 폐기물 처리 규정에 따라 폐기하거나 추가 소화를 위해 aAD 소화조로 다시 재순환하십시오.
    11. HMI 화면에서 CIP 버튼을 선택하여 CIP(Clean-in-Place) 사이클을 시작합니다. 표 2에 지정된 단계에 따라 디스크 원심분리기를 세척합니다.
      알림: 연동 펌프는 세척 매체를 공급하고 배출하는 데 사용됩니다. 이 세척 단계는 장비 유지 보수에 중요합니다.
    12. 세척이 완료되면 연동 펌프를 끄고 분리한 다음 PROD 버튼을 눌러 디스크 원심분리기가 분리 탱크에서 모든 것을 배출하는지 확인합니다. 회전 속도를 점차적으로 줄이십시오.
    13. HMI 시스템 화면의 빨간색 버튼을 눌러 작동을 중지합니다. 물 및 공기 유틸리티 라인의 밸브를 OFF 위치로 돌립니다. 주 전원을 끕니다.

figure-protocol-4
그림 2: VFA 생산 및 고체-액체 분리에 사용되는 장비. (A) 100L 파일럿 스케일 aAD 소화조. (B) 디스크 원심 분리기의 분리 탱크에서 각각의 버킷으로 상등액 및 고형물을 배출합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

매개 변수음식물 쓰레기
TS (%)~16.5
대 (%)~14.5
씨 : N~17:1

표 1: 예시 음식물 쓰레기의 특성.

걸음미디어온도목적기간(분)방전량(L)노트
1물감기1차 플러싱의 경우51사용한 물은 일반적으로 배수로 통과합니다.
2물뜨거운(70°C)효모의 보온병 용해용(해당되는 경우)51사용된 물은 일반적으로 배수되거나 순환됩니다.
32% NaOH 용액뜨거운(70°C)해당되는 경우 단백질 침전물을 용해하기 위해201용액은 일반적으로 순환됩니다.
4물뜨거운(70°C)플러싱용51사용된 물은 일반적으로 배수되거나 순환됩니다.
51% 질산 용액뜨거운(70°C)무기 침전물 용해용101연수를 사용하는 경우 산성 세척은 일년에 몇 번만 필요합니다. 이 경우 리턴이 배수구로 전달될 수 있습니다. 경수를 사용하는 경우 모든 CIP에서 산성 세척이 필요할 수 있습니다. 이 경우 순환 시스템을 사용해야 합니다.
6물뜨거운(80–95°C)세척 및 살균용51이 단계에서 배출되는 방전의 탁도가 높으면 2단계부터 반복하십시오.

표 2: 디스크 원심분리기 세척 지침.

3. VFA가 풍부한 소화액 상등액을 이용한 PHA 발효

  1. 스케일 업을 위한 최적의 조건을 결정하기 위한 벤치 스케일 PHA 발효.
    1. 물을 첨가하여 2.2.9단계에서 수집된 소화 상등액을 농도 구배로 희석하여 음식물 쓰레기 상등액에 존재하는 잠재적인 독성 화합물의 억제 효과를 최소화하는 동시에 세포 성장에 대한 손상을 최소화하는 최적의 희석 시간을 식별합니다23.
      참고: 이러한 억제 효과를 완화하기 위해 일반적으로 최소 2회 희석이 필요합니다25.
    2. 희석된 소화물 상등액에 소금과 영양분, 특히 156 g/L NaCl, 5 g/L 효모 추출물, 13 g/L MgCl26H2O, 20 g/L MgSO47H2O, 1 g/L CaCl22H2O, 4 g/L KCl, 0.2 g/L NaHCO3 및 0.5 g/L NaBr, 및 필요에 따라 NH4Cl33.
    3. NaCl을 첨가하기 전에 전도도 프로브를 사용하여 소화 물 상등액의 염도를 측정합니다. 음식물 쓰레기 소화액은 일반적으로 무시할 수 있는 염도를 가지고 있습니다. 그러나 높은 염도가 존재하는 경우 방정식 3에 따라 NaCl 투여를 조정하십시오.
      NaCl 첨가 (g) = 156 g / L NaCl × 준비된 배지의 총 부피 - figure-protocol-5 × 추가 소화 물 상등액 부피 (3)
    4. 소화 물 상등액으로 만든 매체의 C : N 비율을 15로 유지하십시오. 5.2 및 5.3 단계에서 지정한 대로 총 유기 탄소(TOC) 및 총 질소(TN)로 측정된 소화 물 상등액의 고유 C:N 비율을 기반으로 NH4Cl 첨가를 결정합니다.
    5. 모든 보충제가 완전히 용해될 때까지 200rpm에서 마그네틱 교반 플레이트를 사용하여 배지를 저어줍니다. 1 N NaOH 또는 1 N H2SO4를 사용하여 매체 pH를 7.0 ± 0.05로 조정하십시오.
    6. 준비된 배지를 멸균 삼각 플라스크에 할당하고 부피의 1/5만 채워 배양 중 적절한 공기 전달을 위한 큰 헤드 스페이스를 유지합니다(그림 3A). 플라스크를 면이나 충분한 다공성을 가진 통기성 물질로 덮어 재배 중 가스 교환을 허용하십시오.
    7. H. mediterranei 종자 배양액(-80°C에서 보관된 상업용 ATCC(American Type Culture Collection) 33500에서 활성화됨)을 H. mediterranei 균주의 정상 성장 온도(예: 37°C)로 설정된 수조에서 부드럽게 교반하여 해동합니다.해동은 빠르게, 즉 약 2분 또는 모든 얼음 결정이 녹을 때까지 진행되어야 합니다.
    8. 준비된 배지에 ~0.5의 OD 600nm로 0.2%(v/v) H. mediterranei 종자 배양을 접종합니다. 접종이 가능한 양성 대조군 플라스크와 ATCC 배지를 접종하지 않은 음성 대조군 플라스크를 준비하십시오 117633.
      참고: ATCC 배지는 소화 물 상등액이 1g/L 포도당으로 대체되고 추가 질소 공급원이 첨가되지 않는다는 점을 제외하고는 3.1.2단계에 자세히 설명된 것과 동일한 영양 조성을 갖습니다.
    9. 오비탈 쉐이커에서 150rpm으로 진탕하면서 37°C에서 모든 플라스크를 배양합니다. 고정상에서 안정화될 때까지 매일 광학 밀도(OD600nm)를 측정한 다음 재배를 중지하십시오. 다운스트림 PHA 회수를 위해 분홍빛이 도는 육수(그림 3B)를 수집합니다.
  2. 50L 유리 발효조에서 파일럿 규모 PHA 발효.
    1. PHA 파일럿 발효기(그림 4)와 물 순환 히터를 전원 공급 장치에 연결합니다.
    2. 수조 가열 스위치를 켭니다. 온도를 37°C로 설정합니다. 교반기를 켜고 150rpm으로 설정합니다.
    3. 최적 희석 계수를 사용하여 준비된 음식물 쓰레기 소화 상등액을 3.1.2단계에서 확인된 소금 및 영양 보충제와 함께 추가하여 40L의 작업량을 달성합니다.
    4. pH 값을 7로 조정합니다. 10%(v/v) H. mediterranei 종자 배양액을 OD600nm 의 ~0.5로 준비된 배지에 접종합니다.
    5. 파일럿 발효기의 공기 펌프를 켜고 폭기 속도를 110m3/h로 설정합니다. 샘플을 수집하고 매일 OD600nm 를 측정합니다. OD600nm 가 고정상에 도달하면 발효를 중지하고 다운스트림 PHA 회수를 위해 발효 배지를 4°C에서 보관하십시오.
    6. 발효조를 수돗물과 70% 에탄올로 세척하십시오.

figure-protocol-6
그림 3: H. mediterranei에 의한 PHA 생산의 발효 전후 플라스크. (A) 배양/발효 전에 상등액을 소화하는 음식물 쓰레기로 만든 플라스크의 배지. (B) 발효 후 분홍빛이 도는 PHA가 풍부한 H. mediterranei 배양. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-protocol-7
그림 4: 50L 파일럿 규모 PHA 발효기.이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

4. PHA 다운스트림 회수

  1. 디스크 원심분리기에 H. mediterranei 발효 육수를 공급하여 짠 상층액과 H. mediterranei 세포를 분리합니다. 후속 세포 용해를 위해 수확된 세포( 그림 5의 Solid Out 부분)를 수집합니다. Liquid Out 분획은 바이오 폐기물 처리 규정에 따라 폐기하십시오.
    알림: 여기서 디스크 원심분리기의 작동은 2.2의 단계와 동일합니다.
  2. 물에 수집된 채취된 세포를 100mL/g 습식 세포로 재현탁시키고 실온에서 150rpm으로 2시간 동안 혼합하여 삼투압 충격에 의한 세포 용해를 허용합니다.
  3. 단계 4.1에서 수집된 수확된 세포의 소량(50mL)을 4% NaClO 용액(습식 세포 g당 4% NaClO 용액 2mL)에 재현탁하고 5분 동안 혼합합니다.
    참고: NaClO 처리는 H. mediterranei 세포에서 100% PHA를 회수할 수 있는 기준선을 제공하는 데 사용됩니다. 이러한 가정은 이 NaClO 치료가 PHA 회복에 가장 광범위하게 적응된 방법이라는 사실에 근거하여 이루어집니다34. 이 NaClO 처리는 일반적으로 세포 종에 관계없이 완전한 세포 용해 및 PHA 회수를 위해 충분히 공격적인 것으로 간주됩니다.
    주의 : NaClO는 강력한 산화제입니다. 심한 피부 화상, 눈 손상 및 호흡기 자극을 유발할 수 있습니다. 항상 환기가 잘 되는 곳이나 흄 후드 아래에서 NaClO를 취급하고 장갑, 보안경, 실험복을 포함한 적절한 개인 보호 장비(PPE)를 착용하십시오. 피부에 닿은 경우 즉시 다량의 물로 해당 부위를 헹구고 자극이 지속되면 의사의 진료를 받으십시오. NaClO 함유 폐기물은 환경 오염을 방지하기 위해 현지 유해 폐기물 규정에 따라 폐기하십시오.
  4. 용해된 현탁액을 10,000 x g 에서 30분 동안 원심분리하여 PHA 과립을 수집합니다. 실험실에서 바이오 폐기물 처리 규정에 따라 상층액을 폐기하십시오.
  5. 일정한 중량이 달성되어 조잡한 PHA 분말을 얻을 때까지 -50°C에서 ~48시간 동안 PHA 과립을 동결 건조합니다(그림 6A).
  6. 미처리 PHA 분말에 에탄올을 10mL/g으로 첨가하여 잔류 불순물을 제거합니다. 10,000 x g 에서 30분 동안 원심분리기를 사용하여 정제된 PHA 과립을 수집합니다. 화학 폐기물 처리 규정에 따라 상층액을 폐기하십시오.
  7. 정제된 PHA 분말을 얻기 위해 일정한 중량이 달성될 때까지 -50°C에서 ~48시간 동안 PHA 펠릿을 동결 건조합니다(그림 6B).

figure-protocol-8
그림 5: 분리된 염분 상층액(왼쪽)과 세포(오른쪽). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

figure-protocol-9
그림 6: PHA 분말. (A) 미정제 PHA 분말 및 (B) 정제 PHA 분말. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

5. 분석 방법

  1. 표준 방법에 따라 TS 및 VS를 측정합니다35. 분광 광도계35를 사용하여 표준 방법에 따라 Hach(하크) 테스트 키트로 TN을 측정합니다.
  2. 이전 연구에서 설명한 방법에 따라 TOC 분석기로 TOC를 측정합니다25. 탁상용 pH 측정기로 pH를 측정합니다.
  3. 키트36을 사용하여 VFA 정량화를 결정합니다. 마이크로플레이트 리더를 사용하여 OD600nm 를 모니터링합니다.
  4. 표준 VSS 측정 방법25,35에 따라 측정된 세포 배설물의 휘발성 부유 물질(VSS)에서 DCW를 추정합니다. 간단히 말해서, 8,000 x g에서 15분 동안 50mL의 세포 배지를 원심분리하고 VSS 분석을 위해 펠릿을 도가니로 옮깁니다.
    참고: VSS는 유기 바이오매스를 반영하고 H. mediterranei23의 염분 함량으로 인한 과대 평가를 피할 수 있으므로 DCW를 추정하기 위해 VSS를 사용하십시오.
  5. 이전 연구25의 방법에 따라 가스 크로마토그래피(GC)에 의한 PHA 정량화를 수행하며, 동결 건조된 바이오매스를 클로로포름 및 산성화된 메탄올에서 2시간 동안 메탄올화하고 생성된 단량체는 메틸 벤조에이트를 내부 표준물질로 사용하는 GC를 사용하여 정량화합니다. 방정식 4를 사용하여 PHA 회수율을 계산하고 방정식 5를 사용하여 PHA 순도를 계산합니다. GC에서 PHA의 모든 질량을 측정합니다.
    PHA 회수율(%) = figure-protocol-10 (4)
    PHA 순도 (%) = figure-protocol-11 (5)
    주의: PHA 정량화에 사용되는 클로로포름 및 황산은 위험하므로 각별한 주의를 기울여 취급해야 합니다. 클로로포름은 휘발성 유기 용제로서 흡입 독성 위험이 있으며 장기간 노출 시 간 및 신장 손상을 일으킬 수 있습니다. 황산은 피부나 눈에 닿았을 때 심각한 화상을 입을 수 있는 강력한 부식성 화학 물질입니다. 흡입 노출을 방지하기 위해 항상 흄 후드 내부에서 이러한 화학 물질을 취급하십시오. 내화학성 장갑, 보안경, 실험복을 포함한 적절한 PPE를 사용하십시오. 안전한 실험실 관행을 유지하기 위해 지역 유해 폐기물 규정에 따라 모든 클로로포름 및 황산 폐기물을 적절하게 처리하십시오.

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결과

aAD의 음식물 쓰레기 특성 및 VFA 생산
준비된 음식물 쓰레기 슬러리에서 TS, VS 및 C:N 비율의 예가 표 1에 나와 있습니다. 다양한 샘플링 소스와 시간에 따른 음식물 쓰레기 구성의 고유한 변동성으로 인해 TS, VS 및 C:N 비율 값의 변동이 예상됩니다. 변동성은 허용되지만, 공정 모니터링, 미생물 균형 및 전반적인 aAD 시스템 최적화를 위해서는 정기적인 TS, VS 및 C:N 비율 측정이 필수적입니다37.

VFA 농도는 aAD 소화조 작동의 안정성과 효율성을 나타내는 핵심 지표 역할을 합니다. 표 3 은 4가지 작동 주기의 VFA 데이터를 예로 제시합니다. 이 주기 동안 VFA 농도는 4.13 ± 0.05g HAc/L로 안정적으로 유지되어 aAD 발효기가 VFA를 꾸준히 생산할 수 있음을 확인했습니다. 이 값은 문헌

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토론

aAD에서 VFA 제작
VFA는 음식물 쓰레기를 PHA로 전환하는 데 있어 H. mediterranei의 핵심 전구체로서 중요한 역할을 합니다. 따라서 aAD 동안 높은 VFA 농도를 유지하는 것이 필수적입니다. aAD25에서 VFA 생산을 향상시키기 위해 몇 가지 전략을 사용할 수 있습니다. 한 가지 효과적인 접근법은 이상적인 기간이 8일 이하인 SRT 최적화로, 이는 가수분해 및 산성형성을 최대화하면서 메탄겐의 세척을 촉진하여 과도한 VFA 소비를 방지합니다46. 호열성 조건(45-55°C)은 기판 가용화 및 산성 형성을 개선하여 중온성 조건에 비해 VFA 생산성을 높일 수 있기 때문에 온도 조절은 또 다른 효과적인 접근 방식입니다47. 또한, 2-브로모에탄설포네이트(2-bromoetha...

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공개 사항

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감사의 글

이 연구는 에너지부-에너지 효율 및 재생 에너지 사무국(Prime Award No. DEEE0009268) 및 미국 농무부 국립식량농업연구소(수상 번호 2023-79000-38973).

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
공기에어가스AI UZ300GC 작업에 사용
공기펌프자리클라우드레이하일레아 ACO-009D
염화암모늄아크로스 오가닉스A0396560
오토 클레이 브스테리스AMSCO 연구소 250ATCC 배지 준비에 사용
저울메틀러 토레도00 ME204TE
믹서베보르IB750LV+BLD300+WB-1
통로우스모델 506405갤런 BPA 프리 플라스틱 일반 버킷
염화칼슘 이수화물아크로스 오가닉스A0362932
클로로포름밀리포어 시그마C2432
데시케이터TS, VS, VSS 측정에 사용할 수 있는 모든 유형
소화 튜브, PTFE 라이너가 있는 스크류 캡밀리포어 시그마CLS982613
디지털 리액터 블록Hach 회사DRB200Hach VFA 정량화 방법에 사용
디지털 교반기사이로펙스SCI550-프로
디스크 원심분리기알파라발 Inc.클라라 20
삼각 플라스크아마존B07V3JPQMM
에탄올아마존B09DGVL4ML
동결 건조기랩콘코10030133, 1027319 및 0109621FreeZone 2.5리터 동결 건조 시스템
흄 후드케와우니 사이언티픽 코퍼레이션슈프림 에어 LV
노써모 사이언티픽모델 F30428C
가스 크로마토그래피(GC)애질런트모델 8890 
Haloferax mediterraneiATCC33500
수소에어가스하이 UHP300GC 작업에 사용
칼음식물 쓰레기 절단에 사용되는 모든 유형
윤활유피셔 사이언티픽 컴퍼니NC9844626
염화마그네슘 육수화물피셔 사이언티픽 컴퍼니BP214-500 시리즈
황산마그네슘 칠수화물밀리포어 시그마엠1880
메토날밀리포어 시그마34860
메틸 벤조에이트밀리포어 시그마93583PHA 정량화에서 내부 표준으로 사용
마이크로플레이트 리더 바이오텍 시너지시너지 H1
질소에어가스NI UHP300GC 작업에 사용
오븐써모 사이언티픽OMH750
연동 펌프심플리 펌프스 Inc.PM6000 교류고유량, 자체 프라이밍 펌프는 뛰어난 건식 작동 기능을 갖추고 있으며 고미립자 슬러리를 처리할 수 있으며 1/8인치 벽 튜브용으로 설계되었습니다.
pH 측정기피셔 사이언티픽 컴퍼니AE150
PHA 표준밀리포어 시그마403105
파일럿 aAD 소화조퀘이사 에너지 그룹, 미국 오하이오주 인디펜던스총 부피가 100L이고 작업량이 80L 인 스테인리스 스틸 발효기;
파일럿 PHA 발효기마누카트리SF-50l ISO 9001 세륨이중층 재킷 유리 반응기
염화칼륨지바이오사이언스162006
펌프 튜브1/8'' ID 및 3/8'' OD를 가진 모든 브랜드의 실리콘 튜브
중탄산나트륨피셔 케미칼241787
브롬화나트륨캐롤라이나21139-45
소금아마존 B0787CFHF3
수산화나트륨, 펠릿피셔 바이오시약236088
차아염소산나트륨밀리포어 시그마425044
Sorvall LYNX 4000 초고속 원심분리기써모 사이언티픽75006580다운스트림 PHA 회수에서 PHA 과립 수집에 사용 
분광 광도계 Hach 회사DR3900 시리즈Hach VFA 정량화 방법에 사용
황산밀리포어 시그마258105
주사기 필터아마존B06X6GTKVY
TOC 분석기시마즈모델 TOC-LCSN
휘발성 산 TNTplus 바이알 테스트Hach 회사TNT 87250 - 2,500 mg/L 아세트산 범위의 VFA를 측정할 수 있습니다.
온수보쉬 주식회사트로닉 3000 T 7갤런(ES8)
효모 추출물피셔 사이언티픽 컴퍼니AAJ6028736

참고문헌

  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).

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