Methodenartikel

Continue vloeistof-vloeistofextractie van vetzuren met middellange ketens uit fermentatiebouillon met behulp van holle vezelmembranen

DOI:

10.3791/66956

⸱

9 augustus 2024

 ,  , 
1Department of Food Science and Technology, University of Georgia, 2New Materials Institute, University of Georgia, 3Institute for Integrative Agriculture, Office of Research, University of Georgia

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Er werd een vloeistof-vloeistofextractiesysteem (LLE) met holle vezelmembranen ontwikkeld om continu en selectief middellange-keten vetzuren (MCFA's) uit de fermentatiebouillon te extraheren. Het LLE-systeem bereikt hoge MCFA-specificiteiten van bouillons die vetzuren en alcoholen met een korte keten bevatten. MCFA's zijn ook geconcentreerd in een stripoplossing om productterugwinning te vergemakkelijken.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Middellange-keten vetzuren (MCFA's; koolstoflengtes: C6-C12) zijn hoogwaardige platformchemicaliën die een verscheidenheid aan industriële toepassingen dienen, waaronder groene antimicrobiële stoffen, voedingsingrediënten, diervoederadditieven, cosmetica, geurstoffen, farmaceutische producten en gestructureerde lipiden. Momenteel worden de meeste MCFA's geproduceerd uit palm- en kokosolie afkomstig uit Zuidoost-Azië en Zuid-Amerika. De conventionele aanpak van het oogsten van palm- en kokosvruchten veroorzaakt aanzienlijke ecologische schade in deze regio's. Daarom ontwikkelen onderzoekers biologische benaderingen (bijv. precisiefermentaties en open-cultuurfermentaties) om MCFA's duurzamer te genereren met behulp van laagwaardige substraten (bijv. methanol, ethanol, lactaat) of organisch afval als grondstof. Microbiële ketenverlenging (CE) is een snel rijpend open-cultuur fermentatieplatform dat vetzuren met een korte keten (SCFA's; koolstoflengtes: C1-C5) omzet in een subset van deze MCFA's met industrieel relevante snelheden. Continue in-situ extractie van MCFA-producten is echter niet alleen noodzakelijk om productremming te voorkomen, maar ook om de terugwinning van MCFA's in een zuivere en bruikbare vorm te vergemakkelijken. Vloeistof-vloeistofextractie (LLE) met behulp van holle vezelmembranen en gerichte extractiemengsels heeft bewezen een robuuste aanpak te zijn om MCFA-producten selectief te extraheren uit fermentatiebouillons die SCFA's bevatten. Hier wordt de toepassing van LLE voor continue MCFA-verwijdering gedemonstreerd met behulp van CE als referentiefermentatiesysteem en 3% (w/v) trioctylfosfineoxide in minerale olie als extractiesysteem. Vetzuren variërend van valeriaanzuur (C5) tot caprylzuur (C8) worden selectief verwijderd uit SCFA-bevattende bouillons en geconcentreerd tot hoge titers in een semi-batch alkalische stripoplossing voor stroomafwaartse verwerking.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Middellange-keten vetzuren (MCFA's) zijn hoogwaardige bouwsteenchemicaliën die bestaan uit ketenlengtes variërend van zes (C6) tot twaalf (C12) koolstofatomen. MCFA's hebben industriële toepassingen in voedingsmiddelen, diervoeders, farmaceutica, cosmetica, geurstoffen, antimicrobiële middelen en chemische synthese 1,2,3. Momenteel zijn de meeste MCFA's afkomstig van palm- en kokosolie afkomstig uit Zuidoost-Azië en Zuid-Amerika 4,5. De ernstige ecologische schade die gepaard gaat met de productie van palm- en kokosolie wordt algemeen erkend door belanghebbenden en het grote publiek. Onderzoekers onderzoeken biologische benaderingen (bijv. precisie en open-cultuur fermentaties) om MCFA's duurzamer te genereren met behulp van laagwaardige substraten of organisch afval als grondstof 6,7. Een duurzame manier om MCFA's te produceren, is door organische afvalstromen te upcyclen met behulp van een proces dat microbiële ketenverlenging (CE) wordt genoemd. Dit secundaire fermentatiebioproces is vergelijkbaar met anaërobe vergisting in die zin dat het de veelzijdigheid van anaërobe open-cultuurmicrobiomen benut, maar in plaats van methaanvorming te bevorderen, onderdrukken CE-systemen opzettelijk de methanogene route. In een microbioom waar koolstof niet maximaal kan worden gereduceerd tot CH4, noch H2 onder de 10-4 atm kan worden gehouden door waterstofverbruikende archaea, kan de β-oxidatiereactie die normaal gesproken carboxylaten met langere ketens zou afbreken tot acetaat (bijv. C6 → C4 → C2) kan worden omgekeerd (bijv. C2 → C4 → C6, enz.), zolang een gereduceerde verbinding (d.w.z. elektronendonor) zoals ethanol of lactaat wordt meegeleverd8. In dit metabolisme dient het vetzuurmolecuul dat verlenging ondergaat als elektronenacceptor. Dus in plaats van een product te genereren met een koolstoflengte van één (CH4) zoals bij anaërobe vergisting, genereert het CE-proces MCFA's met koolstoflengtes variërend van zes tot acht. Een grote en groeiende markt staat klaar om deze groene platformchemicaliën te ontvangen. Tot nu toe is echter niet aangetoond dat het CE-proces MCFA's produceert met een koolstoflengte van meer dan acht koolstofatomen met aanzienlijke snelheden.

Efficiënte extractie van deze MCFA's is niet alleen belangrijk voor het herstel van het gewenste product, maar ook om productremming te voorkomen en het microbioom in de richting van de productie van meerMCFA's te duwen. Naarmate de concentratie van MCFA's toeneemt, wordt het MCFA-metabolisme geremd en wordt het thermodynamisch minder gunstig. Door de MCFA's continu te verwijderen, blijven de productiesnelheden op peil. Omdat SCFA's dienen als de substructuren voor het ketenverlengingsproces, mogen ze ook niet uit de fermentatiebouillon worden verwijderd. Gerichte extractiemengsels moeten MCFA-producten selectief extraheren uit fermentatiebouillons die SCFA's bevatten.

Hier wordt een robuuste en praktische aanpak gedemonstreerd om MCFA's continu te extraheren uit SCFA-bevattende fermentatiebouillon met behulp van een vloeistof-vloeistofextractiesysteem (LLE) dat bestaat uit een hydrofobe, polypropyleen voorwaartse holle-vezel membraanextractor, een selectieve organische extractieoplossing (trioctylfosfineoxide [TOPO]9,10,11) en een achterwaartse membraantrekker met holle vezels. Een celbeschermingsfilter stroomopwaarts van het LLE-systeem is geïnstalleerd om biomassa vast te houden en membraanvervuiling te verminderen. De MCFA's worden voorwaarts geëxtraheerd, in hun geprotoneerde vorm, uit de waterige fermentatiebouillon (meestal met een pH-instelpunt <5,8) in een organische extractieoplossing (d.w.z. 3% TOPO (w/v) in minerale olie) en vervolgens achterwaarts geëxtraheerd in een alkalische stripoplossing (pH = 9), waar ze deprotoneren en zich concentreren tot hoge titers voor stroomafwaartse verwerking. De specifieke pH-instelpunten zijn essentieel omdat ze de concentratiegradiënt tussen elke fase van het LLE-proces bepalen, waardoor een netto overdracht van MCFA's van de fermentatiebouillon naar de stripoplossing wordt gegarandeerd. LLE met behulp van voorwaartse en achterwaartse extractiemembranen bereikt hoge extractiesnelheden terwijl alcoholen en SCFA's co-extractie worden geminimaliseerd. Het organische oplosmiddeladjuvans, TOPO, maakt de vorming van MCFA-complexen mogelijk. Deze complexen zijn beter oplosbaar in organische fasen dan water, wat resulteert in een hoge MCFA-selectiviteit. Het LLE-proces vermijdt ook de vele nadelen die gepaard gaan met bestaande benaderingen, die zullen worden besproken in de sectie Discussie. Implementatie op lange termijn met behulp van deze LLE-benadering is aangetoond in meerdere onderzoeken 9,10,11. Hoewel deze aanpak met name geschikt is voor toepassingen waarbij MCFA-productie plaatsvindt via verlenging van de microbiële keten, is het ook nuttig in andere toepassingen die selectieve scheiding vereisen van verbindingen met vergelijkbare chemische eigenschappen, omdat het organische extractiesysteem kan worden aangepast.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De reagentia, verbruiksartikelen en apparatuur die in dit onderzoek zijn gebruikt, staan vermeld in de materiaaltabel.

1. Bouw en integratie van de bioreactor en het vloeistof-vloeistofextractiesysteem

  1. Bereid de extractieoplossing en het reservoir in de organische fase voor.
    1. Bereid 2 l extractieoplossing in de organische fase door 60 g trioctylfosfineoxide (TOPO) op te lossen in minerale olie met behulp van een magnetische roerplaat en een roerder.
    2. Voeg de extractieoplossing toe aan een glazen reservoir van 2 liter (d.w.z. een Schott-fles).
    3. Plaats het reservoir op een magnetische roerplaat (Figuur 1A). De aanbevolen mengsnelheid tijdens continu LLE-bedrijf is 150-250 tpm.
  2. Bereid een dop met drie poorten voor op het reservoir van de extractieoplossing.
    1. Sluit een dompelbuis aan op de eerste poort om te dienen als een uitstroompoort die extractieoplossing levert aan het voorwaartse extractiemembraan (FEM) (Figuur 1B).
    2. Breng een tweede poort aan om te dienen als retourpoort voor de extractieoplossing uit het achterwaartse extractiemembraan (BEM) (Figuur 1C).
    3. Voeg een derde poort toe, open naar de atmosfeer, om drukschommelingen veroorzaakt door de membraanpomp te dempen.
  3. Sluit de membraanpomp aan op de extractiemembranen.
    1. Plaats een pompaandrijving met variabele snelheid van 100 tpm die is uitgerust met een pompkop van polytetrafluorethyleen (PTFE) membraan naast het reservoir (Figuur 1D).
    2. Sluit de uitstroompoort van het reservoir van de extractievloeistof (Figuur 1A) aan op de inlaat van de membraanpomp en vervolgens de uitlaat van de membraanpomp op de inlaat aan de mantelzijde aan de basis van de FEM (Figuur 1B) met behulp van de flexibele pompslang (bijv. maat 16, 18).
    3. Sluit de uitlaat aan de bovenkant van de FEM aan op de inlaat aan de mantelzijde aan de onderkant van de BEM (Figuur 1C) met behulp van flexibele pompslangen (bijv. maat 18).
    4. Sluit de uitlaat aan de buitenkant aan de bovenkant van de BEZ aan op de retourpoort op het reservoir van de extractieoplossing (Figuur 1A) met behulp van flexibele pompslangen (bijv. maat 16, 18).
      OPMERKING: Dit systeemonderdeel brengt MCFA's geëxtraheerd uit de fermentatiebouillon in de FEM over naar de stripoplossing in de BEM.
  4. Bereid de stripoplossing en het reservoir in de waterige fase voor.
    1. Bereid 3,25 l stripoplossing in de waterige fase voor door een boorzuuroplossing van 0,5 M te nemen en deze met NaOH aan te passen aan pH 9.
    2. Giet de oplossing in een glazen reservoir van 3,5 L met een magnetische roerstaaf.
    3. Plaats het reservoir op een magnetische roerplaat (Figuur 1E).
  5. Bereid een dop met vier poorten voor op het reservoir voor stripoplossing.
    1. Sluit een dompelbuis aan op de eerste poort om te dienen als een uitstroompoort die stripoplossing levert aan de BEM.
    2. Breng een tweede poort aan, bestaande uit een Y-fitting, om (1) te dienen als de retourstroompoort van de stripoplossing van de BEZ en (2) te dienen als een meevoerstroom voor NaOH-toevoegingen van het pH-regelsysteem.
    3. Voeg een derde poort toe, open naar de atmosfeer, om rekening te houden met de toename van het volume veroorzaakt door NaOH-toevoegingen en MCFA-accumulatie.
    4. Zorg voor een vierde poort voor de pH-sonde van de pH-controller.
  6. Installeer een pH-regelsysteem bij het reservoir van de stripoplossing.
    1. Integreer een pH-regelsysteem met een instelpunt van pH 9 met het reservoir voor stripoplossing (Figuur 1F). Gebruik 5 M NaOH als basisoplossing met de pH-controller om de verzamelde MCFA's tegen te gaan.
    2. Steek de pH-sonde door de reservoirpoort van de stripoplossing en hang deze in de stripoplossing.
      OPMERKING: Dit pH-controlesysteem heeft geen zure oplossing nodig.
  7. Bereid de aansluitpoorten van de bioreactor voor.
    1. Wijs twee poorten aan, een uitstroompoort en een retourstroompoort, bij de bioreactor voor aansluiting op het vloeistof-vloeistofextractiesysteem (LLE) (Figuur 1G,H).
    2. Sluit een dompelbuis aan op de uitstroompoort. De MCFA-rijke bouillon wordt vanuit de bioreactor bij de uitstroompoort in het LLE-systeem gepompt.
      OPMERKING: De bouillon komt eerst in het membraanfilter van holle vezels vóór de extractiemembranen om de cellen en andere vaste stoffen te verwijderen om vervuiling te voorkomen.
    3. Steek een T-stuk in de retourstroompoort om te ontvangen: (1) MCFA-verarmde bouillon gerecycled uit de FEM en (2) celbevattend retentaat van het membraanfilter van holle vezels.
  8. Installeer het membraanfilter van holle vezels.
    1. Plaats een pompaandrijving met variabele snelheid van 300 rpm naast de bioreactor (Figuur 1I).
    2. Bevestig het hydrofiele holle-vezelmembraan (Figuur 1J) op een ringstandaard boven de peristaltische pomp.
    3. Stapel twee peristaltische pompkoppen op de pompaandrijving, groot (bijv. maat 17) en klein (bijv. maat 16).
      NOTITIE: De grotere pompkop is aangesloten op het membraanfilter van holle vezels om ervoor te zorgen dat het permeaatdebiet groter is dan het debiet dat in de FEM wordt gevoerd. Als dit niet het geval zou zijn, zou het permeaat sneller worden geconsumeerd dan het wordt geproduceerd, waardoor een vacuüm ontstaat.
    4. Sluit de uitstroompoort bij de bioreactor aan op de grote pompkopinlaat met behulp van flexibele pompslangen (bijv. maat 17).
    5. Sluit de grote uitlaat van de pompkop aan op het hydrofiele membraanfilter van holle vezels bij de inlaat aan de slangzijde aan de onderkant van het filter met behulp van flexibele pompslangen (bijv. maat 17).
    6. Sluit de bovenste poort aan de zijkant van het filter af om het binnendringen van lucht te voorkomen.
      OPMERKING: De MCFA-rijke bouillon (die cellen bevat) zal door de holle vezelbuizen omhoog stromen en terugkeren naar de bioreactor. Heldere bouillon (celvrij) passeert het hydrofiele polyethersulfon (PES)-membraan van 0,2 μm en verzamelt zich aan de schaalzijde van het filter.
  9. Sluit de FEM aan.
    1. Bevestig de eerste hydrofobe membraanmodule van holle vezels (FEM) op een ringstandaard boven de pomp (Figuur 1B).
    2. Sluit het hydrofiele membraanfilter van holle vezels (Figuur 1J) aan de uitlaat aan de schaalzijde aan op de kleine inlaat van de pompkop met behulp van flexibele pompslangen (bijv. maat 16, 18).
    3. Sluit de kleine uitlaat van de pompkop aan op de FEM bij de inlaat aan de slangzijde aan de onderkant van de module met behulp van flexibele pompslangen (bijv. maat 16, 18).
    4. Sluit de manometer (Figuur 1K) en het debietbegrenzerventiel (Figuur 1L) aan op de uitlaat aan de buiszijde van de FEM met behulp van een koppelfitting en een T-stuk.
    5. Sluit de uitlaat aan de slangzijde van de FEM aan op de retourpoort bij de bioreactor met behulp van flexibele pompslangen (bijv. maat 18).
      OPMERKING: Dit systeemonderdeel brengt de MCFA's over van de heldere fermentatiebouillon naar de extractieoplossing en voert de heldere bouillon vervolgens terug naar de bioreactor.
  10. Sluit de BEZ aan.
    1. Plaats een pompaandrijving met variabele snelheid van 300 tpm uitgerust met een peristaltische pompkop (bijv. maat 16) naast de bioreactor (Figuur 1M).
    2. Bevestig de tweede hydrofobe membraanmodule van holle vezels op een ringstandaard boven de peristaltische pomp (Figuur 1C).
    3. Sluit de uitstroompoort van het stripoplossingsreservoir aan op de inlaat van de peristaltische pomp en de pompuitlaat op de inlaat aan de slangzijde aan de basis van de BEM met behulp van flexibele pompslangen (bijv. maat 16, 18).
    4. Sluit de manometer en het debietbegrenzingsventiel aan op de slanguitlaat van de BEM met behulp van een koppelstuk en een T-stuk.
    5. Sluit de uitlaat aan de slangzijde aan de bovenkant van de BEZ aan op de retourstroompoort van het stripoplossingsreservoir met behulp van flexibele pompslangen (bijv. maat 16, 18).
      OPMERKING: Dit systeemonderdeel brengt de MCFA's over van de extractieoplossing naar de stripoplossing in de BEZ en voert de stripoplossing vervolgens terug naar het reservoir.

2. Opstarten van het vloeistof-vloeistofextractiesysteem

  1. Zuig en laat de waterige faselijnen circuleren.
    1. Schakel de peristaltische pomp voor stripoplossing/BEM in (Figuur 1M) en stel de pompsnelheid in om een constant debiet tussen 25-250 ml·min-1 te bereiken. De BEZ is geschikt voor een relatief groot scala aan debieten. Begin in eerste instantie met een conservatief hoog debiet om voldoende MCFA-extractie te garanderen. Het debiet kan later tijdens het gebruik stapsgewijs worden verlaagd om de levensduur van de pompapparatuur en slangen te verlengen.
      OPMERKING: De stroomsnelheid mag niet zo laag zijn dat er zich MCFA's in de bioreactorbouillon kunnen ophopen (zie Representatieve resultaten).
    2. Sluit langzaam het naaldventiel aan de uitlaat aan de mantelzijde van de BEM (Figuur 1C) om een tegendruk van ~5 psig tot stand te brengen.
    3. Schakel de bioreactor/FEM-peristaltische pomp in (Figuur 1I) en stel de pompsnelheid in om een constant debiet tussen 25-250 ml·min-1 te bereiken. De FEM is geschikt voor een relatief groot bereik aan debieten. Begin in eerste instantie met een conservatief hoog debiet om voldoende MCFA-extractie te garanderen. Het debiet kan later tijdens het gebruik stapsgewijs worden verlaagd om de levensduur van de pompapparatuur en slangen te verlengen.
      OPMERKING: De stroomsnelheid mag niet zo laag zijn dat een ophoping van MCFA's in de bioreactorbouillon mogelijk is (zie de sectie Representatieve resultaten).
    4. Sluit langzaam het naaldventiel aan de uitlaat aan de mantelzijde van de FEM (Figuur 1B) om een tegendruk van ~5 psig tot stand te brengen.
    5. Controleer visueel de retourstroomleidingen om er zeker van te zijn dat ze constant stromen en of de leidingen zijn gevuld.
    6. Controleer of de heldere bouillon is opgevangen in de schaalzijde van het holle-vezelmembraanfilter (Figuur 1J).
      OPMERKING: Het duurt enkele uren om de FEM te vullen en een gestage stroom tussen het holle-vezelmembraanfilter en de FEM tot stand te brengen. De stroomsnelheid mag niet zo laag zijn dat een ophoping van MCFA's in de bioreactorbouillon mogelijk is (zie de rubriek Representatieve resultaten).
  2. Zuig en laat de organische faselijnen circuleren.
    1. Schakel de membraanpomp voor organische fase-extractieoplossing in (Figuur 1D) en stel de pompsnelheid in om een constant debiet tussen 5.0-50 ml·min-1 te bereiken. Begin in eerste instantie met een conservatief laag debiet om de druk in de extractie in de organische fase te minimaliseren en het risico op cross-over te minimaliseren. Indien nodig kan het debiet later tijdens het gebruik stapsgewijs worden verhoogd om de efficiëntie van de afzuiging te verbeteren
    2. Wacht tot de FEM en BEM gevuld zijn.
    3. Controleer visueel de retourstroompoort in het reservoir van de extractieoplossing om een constante stroom te garanderen.
    4. Controleer of er geen organische fase-oplossing overgaat in de stripoplossing of fermentatiebouillonleidingen. Als er een cross-over plaatsvindt, zijn er kleine druppeltjes van de organische fase te zien. Als dit gebeurt, verlaag dan de snelheid van de membraanpomp en verhoog de tegendruk iets bij de FEM of BEM, indien van toepassing. Overschrijd de 10 psig niet.
      OPMERKING: Om membraankruising te voorkomen, is het belangrijk om stroming en tegendruk in de waterige faseleidingen tot stand te brengen voordat de organische faselijnen worden geprimed.
  3. Haal continu MCFA's uit de bioreactor.
    1. Het LLE-systeem moet volledig operationeel zijn. Laat het systeem continu draaien tijdens de werking van de bioreactor.
    2. Meet dagelijks de MCFA-concentraties in de bioreactor om voldoende extractie van MCFA's te garanderen. Als er verhoogde MCFA-concentraties in de bioreactor optreden, duidt dat meestal op onvoldoende stroomsnelheden van de fermentatiebouillon door de FEM. Het kan ook duiden op een verminderde membraanflux als gevolg van vervuiling en de noodzaak van onderhoud (zie stap 2.6).
      OPMERKING: SCFA- en MCFA-concentraties kunnen worden gemeten via gaschromatografie volgens de methode beschreven door Ge et al.11.
  4. Bewaak de accumulatie van MCFA in het reservoir van de stripoplossing.
    1. Meet dagelijks de MCFA-concentratie in de stripoplossing tijdens de batchcyclus. Het LLE-systeem brengt continu MFCA's over van de bioreactor naar de stripoplossing, waardoor de MCFA-concentratie in de loop van de tijd toeneemt. Het proces kan gedurende langere perioden worden uitgevoerd om hoge MCFA-titers te produceren. De volumetrische productiesnelheid van MCFA's (mM C·L-1·d-1) kan worden geschat met behulp van vergelijking 111.
      OPMERKING: Volumetrische productiesnelheid = figure-protocol-1 (eq. 1)
      waar:
      Cb,n= MCFA-concentratie in de fermentatiebouillon op dag n, mM C
      Cs,n= MCFA-concentratie in de stripoplossing op dag n, mM C
      Cs,n-1= MCFA-concentratie in de stripoplossing op dag n-1, mM C
      Vs,n= Volume stripoplossing op dag n, L
      Vb,n= Volume fermentatiebouillon (bioreactorvolume) op dag n, L
      HRTn= Hydraulische retentietijd van de bioreactor op dag n, d
      Tn= Dag n, d
      Tn-1= Dag n-1, d
    2. Om een stabiele werking te garanderen, berekent u periodiek de extractiesnelheid (mM C·d-1) van het LLE-systeem door de verandering in MCFA-concentratie tussen meettijdstippen te meten en vergelijking 211 toe te passen.
      OPMERKING: figure-protocol-2 (Eq. 2)
      waar:
      Cs,n= MCFA-concentratie in de stripoplossing op dag n, mM C
      Cs,n-1= MCFA-concentratie in de stripoplossing op dag n-1, mM C
      Vs,n= Volume stripoplossing op dag n, L
      Tn= Dag n, d
      Tn-1= Dag n-1, d
    3. Om voldoende overdrachtssnelheden van de extractieoplossing te behouden, vervangt u de stripoplossing door een nieuwe batch voordat de MCFA-concentratie 80% verzadiging bereikt.
      OPMERKING: De maximale oplosbaarheid van n-capronzuur is 10,3 g· L-1 bij 25 °C en die van n-caprylzuur is 0,67 g· L-1 bij 25 °C.
  5. Vervang de stripoplossing.
    1. Schakel de membraanpomp uit (Figuur 1D).
    2. Schakel de peristaltische pomp voor stripoplossing uit (Figuur 1M).
    3. Gebruik slangklemmen om de inlaat aan de buiszijde en de uitlaat aan de buiszijde van de BEZ vast te klemmen.
    4. Schakel het pH-regelsysteem uit en verwijder de dop van het reservoir voor stripoplossing terwijl u de poortaansluitingen aangesloten houdt (indien mogelijk).
    5. Verwijder het reservoir voor stripoplossing (Figuur 1E).
    6. Vervang het reservoir voor stripoplossing door een verse partij waterige boorzuuroplossing van 0,5 M die is aangepast aan pH 9 met behulp van NaOH (zie stap 1.4). Bevestig de dop weer op het reservoir.
    7. Verwijder de slangklemmen van de inlaat aan de slangzijde en de uitlaat aan de slangzijde van de BEM.
    8. Schakel de peristaltische pomp voor stripoplossing in (Figuur 1M), gevolgd door de membraanpomp (Figuur 1D). De werking van het systeem is nu hersteld.
  6. Membraan onderhoud.
    1. Verwijder de FEM en BEM eens in de drie maanden uit het LLE-systeem voor reiniging. Drie maanden is een conservatieve geschatte reinigingsfrequentie.
      OPMERKING: Afhankelijk van de toepassing kunnen gebruikers de membranen meer of minder vaak reinigen. Tekenen van verminderde membraanprestaties worden beschreven in de sectie Representatieve resultaten. Tijdens onderhoud moeten de pompen en de pH-controller worden uitgeschakeld. Reinigingsinstructies moeten worden verstrekt door de fabrikant van het membraan.
    2. Giet de vloeistoffen uit het LLE-systeem af in aparte containers, te beginnen met de extractievloeistofleidingen in de organische fase, gevolgd door de fermentatiebouillonleidingen en de stripoplossingslijnen.
    3. Zodra de membranen zijn gereinigd en opnieuw zijn geïnstalleerd, voert u de vloeistoffen terug naar hun respectievelijke reservoirs.
    4. Start het LLE-systeem opnieuw met behulp van de hierboven beschreven aanpak (zie stappen 2.1-2.2).

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Positieve MCFA-extractieresultaten worden aangegeven door een gestage accumulatie van MCFA-producten in de alkalische stripoplossing in de waterige fase (figuur 2) en relatief stabiele MCFA-concentraties in de fermentatiebouillon (gegevens niet getoond). Figuur 2 illustreert drie semi-batchcycli van de stripoplossing tijdens continu LLE-bedrijf. Een cyclus bestaat uit twee fasen: de fase van batchvervanging (Figuur 2: Dag 24, Dag 46 en Dag 68) en de MCFA-accumulatiefase (Figuur 2: Dagen 0-24, Dagen 25-46, Dagen 47-68). Voor dit specifieke fermentatie- en LLE-systeem was de cyclusduur ongeveer 20-24 dagen. De duur van de cyclus varieert echter per toepassing, omdat deze afhankelijk is van meerdere factoren, waaronder het volume van de bioreactor, de biologische productiviteit, het volume van de stripoplossing, het membraanoppervlak van holle vezels en de recirculatiesnelheden van vloeistoffen binnen het LLE-systeem. Tijdens een batchcyclus kan de stripoplossing van kleur veranderen van helder naar geelachtig bruin als gevolg van co-extractie op laag niveau van verschillende kleine organische zuren (bijv. humuszuur, fulvinezuren) die in de fermentatiebouillon aanwezig zijn (Figuur 3). Negatieve MCFA-extractieresultaten worden aangegeven door een langzame accumulatie van MCFA-producten in de stripoplossing en verhoogde MCFA-concentraties in de fermentatiebouillon ten opzichte van de vooraf vastgestelde basislijn.

De biologische productiviteit van caproaat is over het algemeen hoger dan caprylaat tijdens deze fermentatieprocessen; Daarom is het gebruikelijk dat caproaat zich sneller ophoopt in de stripoplossing in vergelijking met caprylaat. Het is ook normaal dat SCFA's, zoals acetaat en butyraat, zich in lagere hoeveelheden in de stripoplossing verzamelen, zoals te zien is in figuur 2. De TOPO in de minerale olie heeft een hogere affiniteit voor MCFA's dan voor SCFA's, wat zorgt voor selectieve verwijdering van de MCFA's. Studies van Saboe et al.12, Kaur et al.13, Carvajal-Arroyo et al.14 en Ge et al.11 toonden de hoge selectiviteit van TOPO voor vetzuren aan in meerdere toepassingen met waterige oplossingen. De partitioneringsverhouding tussen MCFA's en SCFA's tijdens de tweede batchcyclus is weergegeven in figuur 4. Men kan MCFA:SCFA-partitioneringsverhoudingen van meer dan 40:1 enkele dagen in een batchcyclus verwachten. De MCFA:SCFA-verdelingsverhouding zal afvlakken naarmate het extractieproces een pseudo-stabiele toestand nadert. Als verhoudingen >40 na enkele dagen niet kunnen worden bereikt, betekent dit dat de TOPO-extractant is afgebroken of geëlueerd. Als dit gebeurt, moet een nieuwe extractieoplossing worden bereid (zie stap 1.1). Als de verhouding afneemt na de plateaufase, suggereert dit dat de MCFA's meer dan 80% van hun verzadigingspunt hebben verzameld. Als dit gebeurt, moet een nieuwe stripoplossing worden bereid (zie stap 1.4)

Een lage MCFA-extractie-efficiëntie kan worden veroorzaakt door onvoldoende debieten binnen het LLE-systeem. In figuur 5 werd de pompsnelheid verlaagd in de circulatieleiding van de fermentatiebouillon en de stripoplossing om de impact van verminderde vloeistofrecirculatiesnelheden op de MCFA-extractie-efficiëntie te illustreren. Extractie-efficiëntie wordt gedefinieerd als het percentage MCFA dat in de stripoplossing wordt geëxtraheerd ten opzichte van het totale aantal MCFA's dat door de bioreactor wordt geproduceerd plus de MCFA's die door de LLE worden geëxtraheerd. Men kan extractie-efficiënties van meer dan 85% verwachten tijdens normaal gebruik (Figuur 5, dag 1-14). Wanneer de pompsnelheid laag is (Figuur 5, dag 14), neemt de extractie-efficiëntie als reactie af. Wanneer een adequate pompsnelheid is hersteld, kan het enkele dagen duren voordat de extractie-efficiëntie is hersteld. Dit kan worden veroorzaakt door een vermindering van de steady-state concentratie van MCFA's in de extractieoplossing, veroorzaakt door het verschil in de extractiesnelheden van de stripoplossing (hoger) dan de fermentatiebouillon (lager).

Verschillende andere factoren kunnen bijdragen aan een verminderde extractie-efficiëntie, waaronder (1) membraanvervuiling, (2) beperkte vloeistofstroom in elke fase van het LLE-systeem als gevolg van blokkades, (3) de vorming van gasbellen in de membraanschakelaars en (4) waardoor de MCFA-concentraties in de stripoplossing hun verzadigingspunten kunnen naderen. Membraanvervuiling wordt aangegeven door een vermindering van de membraanflux in de loop van de tijd ten opzichte van de beginomstandigheden. Hoewel biofilmvorming onwaarschijnlijk is in de FEM, kan vervuiling optreden als gevolg van de ophoping van celresten en andere zwevende stoffen. Hoewel de BEZ aseptisch is, kan de stroom ook worden belemmerd door de neerslag van vetzuurzouten in de membraancontactor of slangen in de loop van de tijd. Routineonderhoud en reiniging van de membraanschakelaars (zie stap 2.6) moeten echter voorkomen dat er problemen met vervuiling en zoutneerslag ontstaan. Door een onjuiste positionering vormen zich soms gasbellen aan de bovenzijde van de membraanschakelaars. De membraanschakelaars moeten iets verticaal worden gekanteld om ervoor te zorgen dat de uitlaatpoort aan de schaalzijde zich op het hoogste punt bevindt, zodat eventueel gevormd gas uit de contactor kan ontsnappen. De vloeistofstroom in het LLE-systeem is geconfigureerd om van de onderkant naar de bovenkant van de aannemers te stromen om gasbellen weg te spoelen. Ten slotte wordt de MCFA-overdracht van de extractieoplossing naar de stripoplossing in de BEZ verminderd bij zeer hoge MCFA-concentraties in de stripoplossing. Dit probleem kan worden verholpen door de stripoplossing vaker te vervangen.

figure-results-1
Figuur 1: Overzicht van het vloeistof-vloeistofextractiesysteem. Een schematische weergave van de belangrijkste systeemcomponenten, de verschillende vloeistofcircuits en de stroomrichtingen. De belangrijkste componenten van het systeem zijn als volgt gelabeld: (A) reservoir voor extractieoplossing in organische fase, (B) membraan voor voorwaartse uitwisseling, (C) achterwaarts uitwisselingsmembraan, (D) membraanpomp voor extractievloeistof, (E) reservoir voor stripoplossing in waterige fase, (F) pH-regelsysteem, (G) uitstroompoort voor bioreactor, (H) retourstroompoort voor bioreactor, (I) voorwaarts uitwisselingsmembraan en peristaltische pomp voor holle-vezelmembraanfilter, (J) membraanfilter met holle vezels, (K) manometer, (L) naaldventiel en (M) peristaltische pomp voor stripoplossing. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-2
Figuur 2: Ophoping van vetzuren in de stripoplossing. Gegevens over de korte-keten vetzuren en middellange-keten vetzuurconcentraties gedurende drie batchcycli van de stripoplossing tijdens continue vloeistof-vloeistofextractie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-3
Figuur 3: Kleurverandering van de stripoplossing na extractie. Een foto die de kleurverandering van de stripoplossing in de waterige fase laat zien voor (d.w.z. pre-batch) en na (d.w.z. post-batch) een batchcyclus. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-4
Figuur 4: Vetzuurverhoudingen in de stripoplossing. Gegevens over de verhouding tussen vetzuren met middellange ketens en vetzuren met een korte keten tijdens een batchcyclus van de stripoplossing tijdens continue vloeistof-vloeistofextractie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figure-results-5
Figuur 5: Effect van membraandebieten op de extractie-efficiëntie. Gegevens die het effect aantonen van onvoldoende stroomsnelheden door het voorwaartse en achterwaartse uitwisselingsmembraan op de efficiëntie van de middellange-keten vetzuurextractie tijdens bedrijf. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Biologisch geproduceerde MCFA's worden vaak aangetroffen in mengsels naast verschillende organische verbindingen, waaronder SCFA's en alcoholen2. Daarom is een selectief scheidingsproces nodig om ze te herstellen en effectief te gebruiken. Het hier ontwikkelde LLE-systeem extraheert selectief MCFA's uit deze mengsels terwijl SCFA's en alcoholen worden geconserveerd. Deze functionaliteit maakt het LLE-systeem bijzonder geschikt voor fermentatietoepassingen, zoals microbiële ketenverlenging, waarbij MCFA's, SCFA's en alcoholen de primaire metabolieten vormen8. In het bijzonder zorgt het LLE-systeem ervoor dat het ketenrekproces kan worden voortgezet door MCFA's te verwijderen, waardoor productremming wordt voorkomen1, terwijl de SCFA- en alcoholreactanten in de fermentatiebouillon blijven voor daaropvolgende biologische omzetting. Het LLE-systeem kan worden aangepast voor andere toepassingen door de specifieke afzuigoplossing aan te passen. Continue extractie van SCFA's die tijdens de fermentatie worden geproduceerd, kan bijvoorbeeld worden bereikt met behulp van hetzelfde LLE-systeem door TOPO uit het mengsel van de extractieoplossing te verwijderen.

Het belang van de LLE-methode ligt dus in het bieden van een robuustere MCFA-extractietechniek voor deze bioprocessing- en biotechnologietoepassingen in vergelijking met andere methoden. In situ bifasische extractie met niet-mengbare vloeistoffen is een andere benadering voor het extraheren van MCFA's uit fermentatiebouillon15. Deze aanpak is echter relatief inefficiënt. Emulsielagen vormen zich tussen de waterige fase (d.w.z. fermentatiebouillon) en de organische fase, waardoor de massaoverdrachtssnelheden ernstig worden beperkt. Minimale menging van grensvlakvloeistof tussen de faselagen beperkt ook de massaoverdracht. Een ander nadeel is dat microbiële cellen in direct contact staan met de organische fase, waardoor entrainment, remming en celdood ontstaan15. Ten slotte vereist in situ bifasische extractie regelmatig onderhoud om de organische fase te verwijderen en te vervangen.

Het toepassen van hoge verdunningssnelheden in de bioreactor is een andere methode om productremming te voorkomen16. Met hoge verdunningssnelheden kan een hoge productiviteit worden bereikt door hoge reactantconcentraties in de bioreactor te handhaven. Deze aanpak is echter nadelig omdat het bijdraagt aan het uitspoelen van biomassa, het genereren van grote hoeveelheden afvalwater en hoge substraatverliezen (d.w.z. SCFA's en alcoholen), wat resulteert in lage opbrengsten. Deze nadelen kunnen worden beperkt met behulp van geïmmobiliseerde biomassa en recycling van afvalwater, maar deze ingrepen dragen bij aan de complexiteit van het systeem17. Ten slotte is de MCFA-concentratie in de productstroom verdund, waardoor MCFA inefficiënt en kostbaar is.

Een nieuwe extractiebenadering zou kunnen inhouden dat de MCFA's continu worden gedestilleerd met een enkel voorwaarts extractiemembraan dat de organische en waterige fasen fysiek scheidt, waardoor de microbiële biomassa wordt behouden en beschermd. De MCFA's zouden selectief worden geëxtraheerd in de organische fase en vervolgens worden gedestilleerd. Het raffinaat kan continu worden gerecycled naar het extractiemembraan. Continue destillatie is echter technisch uitdagend, vooral in laboratoriumomgevingen, en kan leiden tot verslechtering of verlies van het chemische extractiemiddel tijdens langdurig gebruik. Destillatie kan ook leiden tot thermische degradatie van de organische fase en MCFA-producten18.

Het LLE-proces vermijdt veel van de nadelen die gepaard gaan met deze alternatieve benaderingen door verschillende kritieke functies en verwerkingsstappen op te nemen. Ten eerste dient het hydrofiele membraanfilter met holle vezels het tweeledige doel om biomassacellen (de biokatalysatoren) te beschermen tegen blootstelling aan de extractieoplossing in de FEB, terwijl het een helder MCFA-rijk filtraat levert dat vervuiling en ophoping van vaste stoffen in het LLE-systeem vermindert. Ten tweede, om het oversteken van vloeistof te voorkomen, hebben we naaldventielen ingebouwd om tegendruk te creëren aan de buiszijde van elke membraanschakelaar. Deze voorzorgsmaatregel handhaaft een lichte transmembraandrukgradiënt, waardoor ongewenste lekkage van het hydrofobe organische oplosmiddel van de schaalzijde naar de waterige buiszijde in de FEM en BEM wordt voorkomen. Bovendien zijn de vloeistofstromen geconfigureerd om parallel te stromen van de basis naar de top van de FEM en BEM om te voorkomen dat gasbellen zich in de membraanmodules zouden kunnen verzamelen, waardoor de overdrachtsefficiëntie wordt verminderd en carry-over wordt veroorzaakt. Bovendien maakt deze methode gebruik van een membraanpomp met een chemisch resistente PTFE-pompkop om de corrosieve MCFA-bevattende extractieoplossing te verpompen, waardoor het systeem wordt beschermd tegen corrosie en storingen die het extractieproces in gevaar kunnen brengen. Ten slotte handhaaft de pH-gestuurde alkalische stripoplossing een pH-gradiënt die de continue overdracht van MCFA's door het LLE-systeem met hoge snelheden van de bioreactor naar het reservoir van de stripoplossing mogelijk maakt, waar de MCFA's deprotoneren en zich ophopen tot hoge titers, waardoor stroomafwaartse productterugwinning wordt vergemakkelijkt.

Deze LLE-methode is geschikt voor continue MCFA-extractie uit bioreactoren op laboratoriumschaal (tot een werkvolume van 6 L) en is in verschillende onderzoeken gevalideerd voor langdurig gebruik 1,9,11,19. De LLE-methode kan ook worden toegepast voor toepassingen op grotere schaal14 (d.w.z. bioreactoren op pilotschaal), maar vereist proportioneel geschaalde membranen en vloeistofbehandelingsapparatuur. De methode heeft echter wel enkele beperkingen, vooral op het gebied van onderhoud en systeemcomplexiteit. Omdat het proces is ontworpen om continu te werken, moeten de membraanmodules en pompen regelmatig worden onderhouden, wat resulteert in aanzienlijke stilstandtijden. Een ander nadeel is dat voor de stripoplossing relatief veel NaOH en boorzuur nodig zijn. Bovendien zijn MCFA's corrosief en zorgen ze ervoor dat bepaalde onderdelen van het LLE-systeem na verloop van tijd verslechteren. Kunststof connectoren en de membraanbehuizing kunnen bijvoorbeeld broos worden en tijdens het gebruik moeten worden vervangen. Ten slotte is het vloeistofbehandelingsnetwerk in het LLE-systeem complex, met veel aansluitpunten die lekken kunnen ontwikkelen. De meeste van deze beperkingen en nadelen zijn echter typerend voor continue membraanscheidingsprocessen en zijn te verwachten.

Over het algemeen biedt dit LLE-protocol een robuuste en efficiënte aanpak voor selectieve MCFA-extractie, wat implicaties heeft voor het bevorderen van onderzoek op verschillende gebieden. De methode zou veel relevante toepassingen kunnen vinden op het gebied van precisiefermentatie voor in-situ herstel van extracellulaire metabolietproducten tijdens fermentatie. LLE zou een goedkoper alternatief kunnen zijn voor conventionele downstream processing (DSP)-benaderingen, zoals post-run centrifugatie, micro- en ultrafiltratie of oplosmiddelextracties die in batches worden uitgevoerd. DSP vertegenwoordigt inderdaad vaak een belangrijke kostenpost in industriële fermentatieprocessen. Continue productextractie met behulp van LLE kan ook continue fermentaties mogelijk maken, waardoor de productiviteit van de operaties en de efficiëntie van de looptijd drastisch worden verbeterd in vergelijking met conventionele batch- of fed-batch-benaderingen. Ook zou toekomstig onderzoek andere extractiemedia dan organische oplosmiddelen kunnen onderzoeken, zoals diepe eutectische oplosmiddelen of ionische vloeistoffen. Ten slotte was het in dit protocol beschreven LLE-systeem bedoeld voor experimentele doeleinden in een laboratoriumomgeving; Er is dus nog veel ruimte voor optimalisatiestudies om de energiebehoefte, het membraanoppervlak en de totale extractieopbrengsten en -snelheden te verminderen.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Er is geen sprake van belangenverstrengeling.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs willen graag hun erkentelijkheid betuigen voor de technische en financiële steun van het Agricultural Experiment Station van de Universiteit van Georgia. Daarnaast willen de auteurs Samuel Ogundipe, Dr. Ronald Pegg en Dr. Joon Hyuk Suh bedanken voor hun hulp bij het analyseren van procesmonsters.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
10 L Media BottleDuran218018658
3.5 L Media BottleDuran218016957
Boric acid, 99.5%, ThermoScientific (Fisher Scientific)327132500
Hydrophilic MINIKROS 20CM 0.2UM PES 1MM 1.5TC X 3/4TCRepligenN02-P20U-10-N
L/S Variable-Speed Pump Drive; 100 rpmMasterFlex (VWR)MFLX07528-10
L/S Variable-Speed Pump Drive; 300 rpmMasterFlex (VWR)MFLX07528-20
Light Mineral Oil, NF (4 Liters) (CAS: 8042-47-5)Thomas ScientificC761Z18
Liqui-Cel 2.5x8 X50 membrane CO2, PP Housing Viton O-rings (0.5-3 gpm (0.1-0.7 m3/h)), 1/4-in FNPT connections3MLC-02508X50-G453
Magnetic Stirrer, 20 L Capacity, 110 VCole-ParmerEW-04661-29
Masterflex L/S Precision Pump Tubing, Tygon, Size 14MasterFlex (VWR)MFLX06402-14Specifieke slangmaat hangt af van de toepassing.
Masterflex L/S Precision Pump Tubing, Tygon, Size 16MasterFlex (VWR)MFLX06402-16Specifieke slangmaat hangt af van de toepassing.
Masterflex L/S Precision Pump Tubing, Tygon, Size 17MasterFlex (VWR)MFLX06402-17Specifieke slangmaat hangt af van de toepassing.
Masterflex L/S Precision Pump Tubing, Tygon, Size 18MasterFlex (VWR)MFLX06402-18Specifieke slangmaat hangt af van de toepassing.
MasterFlex L/S Standard Pump Head for Precision Tubing L/S 14, Polycarbonate Housing, CRS RotorMasterFlex (VWR)MFLX07014-20Specifieke pompkopgrootte hangt af van de toepassing.
MasterFlex L/S Standard Pump Head for Precision Tubing L/S 14, Polycarbonate Housing, CRS RotorMasterFlex (VWR)MFLX07014-20Specifieke pompkopgrootte hangt af van de toepassing.
MasterFlex L/S Standard Pump Head for Precision Tubing L/S 16, Polycarbonate Housing, CRS RotorMasterFlex (VWR)MFLX07016-20Specifieke pompkopgrootte hangt af van de toepassing.
MasterFlex L/S Standard Pump Head for Precision Tubing L/S 17, Polycarbonate Housing, CRS RotorMasterFlex (VWR)MFLX07017-20Specifieke pompkopgrootte hangt af van de toepassing.
MasterFlex L/S Standard Pump Head for Precision Tubing L/S 18, Polycarbonate Housing, CRS RotorMasterFlex (VWR)MFLX07018-20Specifieke pompkopgrootte hangt af van de toepassing.
MasterFlex PTFE-diaphragm pump head, 10 tot 100 mL/minMasterFlex (VWR)MFLX07090-62
Oakton 220 pH/ORP/Temperature Controller, 1/8 DINSpectrum Laboratory Products664-12595-E1
Oakton 220 pH/ORP/Temperature Controller, 1/8 DINSpectrum Laboratory Products664-12595-E1
Oakton Female BNC-to-Stripped Wire AdapterSpectrum Laboratory Products664-12592-E1
pH Probe with BNC ConnectorThermoScientific10010-788Elke pH-sonde met een BNC-connector is voldoende. 
Precision Flow-Adjustment Valve, White Polypropylene, 1/4 NPT Male x MaleMcMaster-Carr7792K57
ProConnex  Fittings Kits - ARepligenACPX-KT2-01NCompatibel met Hydrophilic MINIKROS Filter
ProConnex Fittings Kits - BRepligenACPX-KT1-01NCompatibel met Hydrophilic MINIKROS Filter
Sodium Hydroxide Pellets for AnalysisSigma Aldrich1.06498
Stainless-Steel Pressure Gauge 0-60 psi Stainless Steel 1/4" NPT 2.5" Face DialNAXJ-219Elke vergelijkbare drukmeter die het 0-60 psig-bereik dekt, is voldoende. 
Trioctylphosphine oxide (TOPO) Sigma-Aldrich346187-100G

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Palomo-Briones, R., et al. Near-neutral ph increased n-caprylate production in a microbiome with product inhibition of methanogenesis. Chem Eng J. 446, 137170(2022).
  2. Wang, J., Yin, Y. Biological production of medium-chain carboxylates through chain elongation: An overview. Biotechnol Adv. 55, 107882(2022).
  3. Watanabe, S., Tsujino, S. Applications of medium-chain triglycerides in foods. Front Nutr. 9, 802805(2022).
  4. Meijaard, E., et al. The environmental impacts of palm oil in context. Nat Plants. 6 (12), 1418-1426 (2020).
  5. Meijaard, E., Abrams, J. F., Juffe-Bignoli, D., Voigt, M., Sheil, D. Coconut oil, conservation and the conscientious consumer. Curr Bio. 30 (13), R757-R758 (2020).
  6. Angenent, L. T., Magdalena, J. A., Jeon, B. S., Usack, J. G. Eco-mimicry opens new doors for bioprocess engineers. Joule. 4 (10), 2074-2077 (2020).
  7. Shahab, R. L., et al. A heterogeneous microbial consortium producing short-chain fatty acids from lignocellulose. Science. 369 (6507), 1214(2020).
  8. Magdalena, J. A., Angenent, L. T., Usack, J. G. The measurement, application, and effect of oxygen in microbial fermentations: Focusing on methane and carboxylate production. Fermentation. 8 (4), 138(2022).
  9. Agler, M. T., Spirito, C. M., Usack, J. G., Werner, J. J., Angenent, L. T. Development of a highly specific and productive process for n-caproic acid production: Applying lessons from methanogenic microbiomes. Water Sci Technol. 69 (1), 62-68 (2013).
  10. Gildemyn, S., et al. Upgrading syngas fermentation effluent using Clostridium kluyveri in a continuous fermentation. Biotechnol Biofuels. 10 (1), 83(2017).
  11. Ge, S., Usack, J. G., Spirito, C. M., Angenent, L. T. Long-term n-caproic acid production from yeast-fermentation beer in an anaerobic bioreactor with continuous product extraction. Env Sci Technol. 49 (13), 8012-8021 (2015).
  12. Saboe, P. O., et al. In situ recovery of bio-based carboxylic acids. Green Chem. 20 (8), 1791-1804 (2018).
  13. Kaur, G., et al. Reactive extraction for in-situ carboxylate recovery from mixed culture fermentation. Biochem Eng J. 160, 107641(2020).
  14. Carvajal-Arroyo, J. M., et al. Production and extraction of medium-chain carboxylic acids at a semi-pilot scale. Chem Eng J. 416, 127886(2021).
  15. Choi, K., et al. In situ biphasic extractive fermentation for hexanoic acid production from sucrose by Megasphaera elsdenii NCIMB 702410. Appl Biochem Biotechnol. 171 (5), 1094-1107 (2013).
  16. Grootscholten, T., Steinbusch, K., Hamelers, H., Buisman, C. Improving medium chain fatty acid productivity using chain elongation by reducing the hydraulic retention time in an upflow anaerobic filter. Bioresour Technol. 136, 735-738 (2013).
  17. Grootscholten, T., Dal Borgo, F. K., Hamelers, H., Buisman, C. Promoting chain elongation in mixed culture acidification reactors by addition of ethanol. Biomass Bioenergy. 48, 10-16 (2013).
  18. Cermak, S. C., Evangelista, R. L., Kenar, J. A. Distillation of natural fatty acids and their chemical derivatives. Distillation-Advances from Modeling to Applications Chapter. 5, 109-142 (2012).
  19. Agler, M. T., Spirito, C. M., Usack, J. G., Werner, J. J., Angenent, L. T. Chain elongation with reactor microbiomes: Upgrading dilute ethanol to medium-chain carboxylates. Energy Environ Sci. 5 (8), 8189-8192 (2012).

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

KetenverlengingContinue ExtractieTerugwinning van VetzurenHydrofoob MembraanPeristaltische PompStrippingsoplossing

Gerelateerde artikelen