Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Gıda Atıklarından Sürdürülebilir Biyoplastik Üretiminin Ölçeklenebilir Adım Adım Yaklaşımı

2.2K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/68499

⸱

18 Temmuz 2025

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

Bu makalede

Özet

Bu protokol, gıda atıklarını biyolojik olarak parçalanabilen polihidroksialkanoat (PHA) biyoplastiklere dönüştürmek için ölçeklenebilir bir yöntem sunar. Gıda atığı ön arıtımı için durdurulmuş anaerobik çürütme, PHA biyosentezi için halofilik mikrobiyal fermantasyon ve PHA geri kazanımı için kimyasal içermeyen bir aşağı akış prosesi kullanır.

Özet

Küresel mikroplastik krizi, gıda atıklarının bertaraf edilmesinin artan zorluklarıyla birleştiğinde, bu çevresel sorunları birlikte ele almak için yenilikçi çözümler gerektiriyor. Polihidroksialkanoatlar (PHA'lar), deniz ekosistemleri de dahil olmak üzere tüm ortamlarda tamamen biyolojik olarak parçalanabilen ve petrol bazlı plastiklere sürdürülebilir bir alternatif sunan benzersiz biyoplastiklerdir. Aynı zamanda, gıda atıklarının PHA üretimi için bir hammadde olarak kullanılması, yüksek değerli biyolojik olarak parçalanabilen plastikler üretirken gıda atığı bertarafının zorluklarını azaltmak için etkili bir strateji sağlar. Bu çalışma, yüksek hücresel PHA içeriği ve kalitesini sağlamak için gereken kritik bakımı vurgulayarak, gıda atıklarından PHA üretmek için adım adım bir protokol sunmaktadır. Süreç, anaerobik bir ortamı koruyarak ve PHA sentezi için önemli bir öncü olan VFA üretimini en üst düzeye çıkarmak için katı tutma süresi gibi parametreleri optimize ederek gıda atıklarını mikrobiyal olarak asimile edilebilir uçucu yağ asitlerine (VFA) dönüştüren anaerobik sindirim ile başlar. VFA açısından zengin digestat daha sonra kuru hücre ağırlığının %66 ± %5'ine kadar PHA biriktirebilen halofilik bir mikroorganizma olan Haloflex mediterranei'yi yetiştirmek için kullanılır. H. mediterranei'nin yüksek tuzluluk oranına sahip yetiştirme ortamı, kültür kontaminasyonunu önleyerek optimum PHA üretimini sağlamıştır. PHA hasadı için ideal zamanı belirlemek için optik yoğunluk ölçülerek hücre büyümesi izlenir. Hücreler, ozmotik bir basınç gradyanından yararlanan kimyasal içermeyen, su bazlı bir yöntem kullanılarak parçalanır, %93 ± %3 PHA geri kazanımı sağlanır, ardından %96 ± %2'lik bir PHA saflığı elde etmek için solvent bazlı PHA saflaştırması yapılır. Yüksek kaliteli, biyolojik olarak parçalanabilen plastiklerin üretimini sağlamak için her adım hayati önem taşır. Bu makale, durdurulmuş anaerobik çürütme, saf kültür fermantasyonu, kimyasal içermeyen hücre lizizi ve solvent bazlı PHA saflaştırması için ayrıntılı yöntemler sunarak gıda atıklarını pilot ve tam ölçekli uygulamalara uygun biyolojik olarak parçalanabilen biyoplastiklere dönüştürmek için ölçeklenebilir ve sürdürülebilir bir yaklaşım sunar.

Giriş

Plastik kirliliği ve gıda atığı bertarafı, artan çevresel kaygılardır ve sürdürülebilir atık yönetimi ve malzeme geliştirme yoluyla her iki zorluğu da ele alan yenilikçi yaklaşımlara duyulan ihtiyacı vurgulamaktadır1. Geleneksel petrol bazlı plastikler, yüzyıllardır çöplüklerde ve su ekosistemlerinde devam eden çevre kirliliğine ve mikroplastik kirlenmeye büyük katkıda bulunur2. Bir mikrobiyal biyoplastik sınıfı olan polihidroksialkanoatlar (PHA'lar), doğal ortamlarda tam bozunma sağlarken geleneksel plastiklerle karşılaştırılabilir mekanik özelliklere sahip tamamen biyolojik olarak parçalanabilen bir alternatif sunar3. Bununla birlikte, PHA'ların yüksek üretim maliyetleri, yaygın ticari benimsemenin önünde önemli bir engel olmaya devam etmektedir4. Bu sınırlamanın üstesinden gelmek için umut verici bir yaklaşım, mısır nişastasıveya glikoz gibi saf karbon kaynaklarına dayanan mevcut endüstriyel süreçlerde hammadde toplam üretim giderlerinin yaklaşık %50'sini oluşturduğundan, mikrobiyal PHA biyosentezi için uygun maliyetli bir karbon kaynağı olarak organik atıklardan yararlanmaktır5. Bu yaklaşım, atıkları değerlendirerek yalnızca organik materyali çöplüklerden uzaklaştırmakla kalmaz, aynı zamanda onu petrol bazlı plastiklere sürdürülebilir bir alternatife dönüştürür ve aynı zamanda atık birikimi ve plastik kirliliği sorunlarını ele alır.

Halofilik bir mikroorganizma olan H. mediterranei, halofilik olmayan mikropların büyümesini engelleyerek kontaminasyonu doğal olarak önleyen yüksek tuzluluk koşullarında (2-5 M NaCl) gelişme kabiliyeti nedeniyle PHA üretimi için atıktan türetilmiş hammaddelerin kullanılması için büyük bir potansiyel göstermektedir6. Bu yüksek tuzluluk oranına sahip ortam, endüstriyel fermantasyonda sıkı sterilizasyon ihtiyacını ortadan kaldırarak işletme maliyetlerini azaltır. Geleneksel bakteriyel PHA üreticilerinin aksine, H. mediterranei çok çeşitli atıktan türetilmiş karbon kaynaklarını verimli bir şekilde metabolize eder ve bir stres tepki mekanizması olarak kuru hücre ağırlığının (DCW) %70'ine kadar PHA biriktirdiği bildirilmiştir 7,8. Ek olarak, yüksek tuzluluk ortamı, suya daldırmanın neden olduğu ozmotik şok, hücreleri etkili bir şekilde bozduğundan, enzimatik veya kimyasal işlemlere ihtiyaç duymadan PHA salınımına izin verdiğinden, basit aşağı akış işlemeye olanak tanır9. Bu avantajlar, H. mediterranei'yi ölçeklenebilir, atık bazlı biyoplastik üretimi için ideal bir aday olarak konumlandırmaktadır.

Mevcut çalışmalar, H. mediterranei 6,10,11,12,13,14,15,16,17,18 ile PHA fermantasyonu için peynir altı suyu, zeytin değirmeni atık suyu ve tarımsal-endüstriyel kalıntılar dahil olmak üzere çeşitli atık malzemeleri araştırmıştır . Atık bileşiminin yüksek değişkenliği, mikrobiyal asimilasyondan önce enzimatik hidroliz, asit hidrolizi veya ısıl işlem gibi farklı ön arıtma stratejileri gerektiren önemli bir zorluk teşkil etmektedir 11,17,19,20. Burada, durdurulmuş anaerobik çürütme (aAD), çeşitli gıda atıklarını homojen bir uçucu yağ asidi (VFA) açısından zengin bir sindirime dönüştürerek ölçeklenebilir bir çözüm sağlar ve H. mediterranei21,22 tarafından PHA sentezi için doğrudan bir öncü olarak hizmet eder. Bu işlem, mikrobiyal fermantasyon verimliliğini artırırken hammadde tutarlılığını artırır ve substrat değişkenliğini azaltır.

Potansiyeline rağmen, sadece birkaç çalışma, H. mediterranei 23,24,25 tarafından genel gıda atığından biyoplastiğe dönüşüm için aAD ve mikrobiyal PHA fermantasyonunu entegre eden bu iki aşamalı süreci başarıyla göstermiştir. Bu çalışma, gıda atığı ön arıtımı, yarı sürekli aAD ile VFA üretimini ve PHA üretimi için H. mediterranei'nin saf kültür fermantasyonunu kapsayan ayrıntılı bir adım adım protokol sağlar. Ayrıca, önceki çalışmalar H. mediterranei'den su bazlı PHA ekstraksiyonunu doğrulamış olsa da, hiçbiri bu yöntemi kullanarak PHA geri kazanım verimliliğini ve saflığını ölçmemiştir11,18. Bu çalışma, su ile ozmotik lizis kullanan kimyasal içermeyen PHA geri kazanım yöntemini göstererek ve geleneksel sodyum hipoklorit (NaClO) bazlı PHA geri kazanım yöntemlerine kıyasla geri kazanım verimliliğini ölçerek bu boşluğu ele almaktadır26. Ek olarak, bu çalışma, su ile geri kazanılan PHA'nın saflığını değerlendirerek, ölçeklenebilir biyoplastik üretimi için etkinliğinin kapsamlı bir değerlendirmesini sağlar.

Laboratuvar ölçeğinde fizibilite ve endüstriyel uygulama arasındaki boşluğu kapatmak için bu protokol, biyolojik işleme ve büyük ölçekli mikrobiyal fermantasyonda yaygın olarak kullanılan bir teknik olan hücre ayırma için disk santrifüjlemenin yanı sıra pilot ölçekli aAD ve PHA fermantasyonunu içeren endüstriyel uygulamalarda ölçeklenebilirlik için tasarlanmıştır27. Bu yöntem, gıda atığından biyoplastiğe dönüşümü optimize ederek, döngüsel biyoekonomi girişimlerini ilerleterek büyük ölçekli atık değerlendirmesinin sanayileşmesini destekler. Atıktan türetilmiş hammaddelerin, halofilik fermantasyonun ve çevre dostu bir PHA geri kazanım stratejisinin entegrasyonu, sürdürülebilir biyoplastik üretimini teşvik ederken fosil yakıt bazlı plastiklere olan bağımlılığı azaltarak verimli atıktan biyopolimere dönüşüm sağlar.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

1. Gıda atıklarının toplanması ve hazırlanması

  1. Şekil 1A'da gösterildiği gibi yerel restoranlardan yiyecek atıklarını toplayın. Elde edilen atığı görsel olarak değerlendirin. Gözlemler, atığın öncelikle sebze kabukları, atılan çiğ et ve pirinç ve erişte gibi karbonhidrat açısından zengin bileşenlerden oluştuğunu ortaya koydu. Karbon-nitrojen (C: N) oranının adım 5.1 ve 5.2'de ayrıntılı olarak açıklandığı gibi ölçülmesi ve gıda atığının ağırlıklı olarak karbon açısından zengin olması ve optimal C: N oranının 20:128 civarında olması durumunda ayarlanması gerekebilir.
  2. 10 kg yiyecek atığını 5 galonluk bir kovaya koyun ve 2,5 L su ekleyin. Blenderi bir güç kaynağına bağlayın. Bıçağı yiyecek atığı ve su karışımına batırın, ardından karıştırmaya başlamak için Başlat düğmesine basın. Tamamen homojenize olana kadar en az 30 dakika karıştırın (Şekil 1B). Yiyecek atıklarının iyice karışmasını sağlamak için bıçağı yukarı ve aşağı hareket ettirin.
    DİKKAT: Aşırı ısınmayı önlemek için, blenderin başlat düğmesinin her 2 dakikalık çalışmadan sonra 1 dakika süreyle serbest bırakılması gerekebilir.
  3. Karıştırdıktan sonra blenderi çıkarın ve sıcak su ve bulaşık deterjanı ile temizleyin. Kovayı bir kapakla kapatın, kovayı numune adı ve hazırlanma tarihi ile etiketleyin ve hemen kullanılmayacaksa 4 °C'de saklayın.
    NOT: Farklı kaynaklardan ve zamanlardan toplanan gıda atığı özelliklerindeki farklılıklar nedeniyle, hazırlanan bulamacın toplam katılar (TS) ve uçucu katılar (VS) gibi temel parametreleri, daha sonra kullanım için doğru TS ve VS girdilerini sağlamak için her hazırlamadan sonra adım 5.1'e göre ölçülmelidir. Bu protokolde 4 °C kısa süreli depolama (7 günden az), -20 °C ise uzun süreli depolama içindir.

figure-protocol-1
Şekil 1: Homojenizasyondan önce ve sonra restoran gıda atıklarının görsel karşılaştırması. Fotoğraflar (A) çiğ gıda atıklarını ve (B) homojenize gıda atığı bulamacını göstermektedir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

2. aAD aracılığıyla VFA üretimi

  1. Pilot ölçekli (100 L) aAD çürütücünün çalıştırılması (Şekil 2A) gıda atığından VFA'ya dönüşüm için.
    1. Pilot aAD çürütücünün güç bağlantısını ve hava sızdırmazlığını kontrol edin. Çürütücü sıcaklığını 35 °C'ye ve karıştırma hızını 150 rpm'ye ayarlayın.
    2. Çürütücü kapağını kaldırmak için Kaldır düğmesine basın. Durdur düğmesine basarak kapak yaklaşık 40 cm yükseldiğinde durun.
    3. Bir tohum aAD çürütücüsünden toplanan kültürü, 80 L'lik bir çalışma hacmine ulaşana kadar pilot aAD çürütücüye ekleyin. Tohum çürütücü hakkında ayrıntılı bilgi önceki bir çalışmada bulunabilir25.
    4. Kapak tamamen kapanana kadar Alt düğmeye basın, ardından cl ile sabitleyin.amps. Bu, çürütücünün anaerobik koşulları korumasını sağlar.
    5. Bu çalışmada, aAD sindiricide 9 günlük katı bir alıkonma süresi (SRT) korunmuştur. Çürütücünün çalışmahacminin 1 /3'ünü (kabaca yaklaşık 26,7 L) aşağıda açıklandığı gibi her 3 günde bir besleyin ve boşaltın.
      NOT: Geleneksel anaerobik çürütme, metan üretimi için 14-30 günlük bir SRT ile çalıştırılır29,30. Burada metanogenezi inhibe etmek için 9 günlük kısa bir SRT kullanılır ve başarılı aAD için VFA birikimini teşvik eder.
    6. Beslenmeden önce aAD içeriğinin bir kısmının boşaltılması. Kolay boşaltmaya yardımcı olmak ve tıkanmayı önlemek için, çürütücü karıştırma hızını geçici olarak 150 rpm'den 200 rpm'ye yükseltin ve boşaltmadan önce bu hızı 20 dakika koruyun.
      NOT: Karıştırma hızının arttırılması, katı partiküllerin digestata eşit dağılımını sağlayarak daha kolay boşaltma ve homojen numune almayı kolaylaştırır.
    7. Pilot aAD çürütücünün altındaki tahliye vanasını açın ve digestatın çalışmahacminin 1 / 3'ünü boşaltın. Boşaltılan digestatı kovalarda toplayın ve VFA analizi ve ardından adım 2.2'de katı-sıvı ayrımı için 4 °C'de saklayın.
    8. 2,5 g VS/L-gün organik yükleme oranı (OLR) kullanın ve gıda atığı bulamacının VS'si ortalama ~,5'tir (Tablo 1). Bunun için, tasarlanan OLR'yi elde etmek için Denklem 1'e göre gıda atığı bulamacının 4,1 kg ıslak ağırlığı gereklidir. Bu 4,1 kg'lık bulamacı örnekleyin ve daha sonra beslemek için ayrı bir kovaya koyun.
      Beslenecek gıda atığı bulamacının yaş ağırlığı = figure-protocol-2 (1)
      OLR'nin 2,5 g VS/L-gün, besleme aralığı 3 gün, çalışma hacmi 80 L ve VS'nin ,5 olduğu durumlarda.
    9. Bu örnekte 26,7 L olan Denklem 2'den hesaplanan hacme ulaşana kadar, yukarıda belirtilen 4,1 kg ıslak ağırlıklı gıda atığı bulamacını içeren ayrı bir kovaya su ekleyin.
      figure-protocol-3(2)
      Besleme aralığı 3 gün olduğunda, çalışma hacmi 80 L ve SRT 9 gündür.
    10. Bu 26,7 L gıda atığı bulamacını Şekil 2A'daki aAD çürütücüye beslemek için peristaltik bir pompa kullanın. Peristaltik pompanın giriş hortumunun, tüm sıvı aktarılana kadar besleme kovası sıvısına daldırılmış halde kaldığından emin olun.
      NOT: Giriş işlemi sırasında, boru hafifçe titreyebilir, bu normaldir.
    11. Pompayı kapatın ve gücü prizden çekin. Yeni beslemeyi mevcut çürütücü ile homojenize etmek için pilot çürütücünün karıştırma hızını 30 dakika boyunca 150 rpm'ye sıfırlayın.
    12. pH ayarlaması amacıyla 3 L homojenize digestatı bir kovaya boşaltın. 3 L homojenize edilmiş digestattan 100 mL digestatı bir behere boşaltın ve pH'ı ölçün.
    13. PH'ı 5.5'e ulaşana kadar 100 mL digestata yavaş yavaş NaOH peletleri ekleyin. Eklenen NaOH peletlerinin ağırlığını hesaplamak için, pH ayarlamasından önce ve sonra NaOH pelet kabının ağırlık kaybını hesaplayın.
    14. PH'ı 5.5'e ayarlamak için Şekil 2A'daki pilot çürütücüye sindirim hacmiyle orantılı olarak NaOH peletleri ekleyin. Örneğin, 100 mL homojenize digestatı pH 5.5'e ayarlamak için 0.09 g NaOH peletleri gerekiyorsa, çalışma hacmi 80 L, yani 80 L / 0.1 L × 0.09 g = 72 g olduğu için 72 g NaOH peletlerinin pilot aAD çürütücüye yüklenmesi gerekir.
      NOT: aAD için ideal pH aralığı 5-5.531 olduğundan, her beslemeden sonra pH 5.5'e ayarlanmalıdır. aAD sırasında, asitleşme reaksiyonu nedeniyle pH her zaman düşecektir. Bu nedenle, gerekirse pH'ı günlük olarak kontrol etmek ve ayarlamak için 2.1.13 ila 2.1.16 arasındaki adımları izlemeniz önemle tavsiye edilir.
    15. Tüm valflerin kapalı olduğundan emin olmak için pilot çürütücünü kontrol edin ve bir sonraki aAD işlemi döngüsü için aralıklı karıştırma sağlamak üzere karıştırma hızını 150 rpm'de ayarlayın.
      NOT: Bu çalışmadaki pilot aAD çürütücü, endüstriyel süreçleri taklit etmek için yarı sürekli modda çalıştırılmıştır32.
  2. PHA fermantasyonu için VFA'nın geri kazanılması için süpernatant ayırma
    1. Disk santrifüjünün ana güç anahtarını açın.
    2. İnsan-Makine Arayüzü (HMI) sistem ekranında STANDSTILL metni görünene kadar bekleyin. Yağlayıcı yağ seviyesinin minimum eşiğin üzerinde olduğunu doğrulayın.
    3. Su şebekesi hattının vanasını açın ve basıncı 45 psi'ye ayarlayın. Hava şebekesi hattının vanasını açın ve basıncı 90 psi'ye ayarlayın.
    4. Disk santrifüjünün üretim sürecini başlatmak için HMI sistem ekranındaki Yeşil düğmeye basın. Sistemin kontrollerini tamamlamasını bekleyin.
    5. Sistem, HMI sistem ekranında STANDBY ile gösterilen tam ayarlanan hıza ulaşana kadar izleyin.
      NOT: Disk santrifüjünün hızı, yüksek verimli ayırma için maksimum kapasitesine ayarlanmıştır.
    6. Giriş hortumunun boşaltılan digestat kabına daldırıldığından emin olun. Disk santrifüjünün süpernatan çıkış borusunu, sonraki PHA fermantasyonu için kullanılacak olan süpernatanı toplamak için 5 galonluk boş bir kovaya bağlayın. Digestattan kalan katıları toplamak için katı çıkışı ayrı bir boş kovaya bağlayın (Şekil 2B).
    7. Digestatı disk santrifüjünün girişine beslemek için peristaltik pompayı kullanın. Bu arada, HMI sistem ekranındaki PROD düğmesine tıklayın. PROD , Üretim anlamına gelir.
    8. 0.2-0.5 m3/sa arasında bir akış hızı ve 0.5-1 bar arasında bir geri basınç sağlamak için giriş valfini ayarlayın.
      NOT: Süpernatant, disk santrifüjünde katı-sıvı ayırma aşamasını ifade eden üretim prosesi sırasında daha yüksek ayırma oranı elde etmek için sirküle edilirken, katılar disk santrifüjünde biriktirilir.
    9. Üretim sürecinden 30 dakika sonra, katıları ve süpernatanı ilgili kovaya boşaltmak için HMI sistem ekranındaki Boşaltma düğmesine basın (Şekil 2B).
      NOT: TS cinsinden ayırma verimliliği anlık olarak ölçülemediği için bu adım görsel bir kontrole dayanmaktadır. Tipik olarak, süpernatan ve katı kalıntının istenen şekilde ayrılmasını sağlamak için 30 dakikalık çalışma yeterlidir.
    10. Toplanan süpernatanı sonraki PHA fermantasyonu için 4 °C'de saklayın. Kalan katıları biyolojik atık bertaraf yönetmeliklerine göre atın veya daha fazla sindirim için aAD çürütücüye geri döndürün.
    11. HMI ekranındaki CIP düğmesini seçerek yerinde temizlik (CIP) döngüsünü başlatın. Tablo 2'de belirtilen adımları izleyerek disk santrifüjünü yıkayın.
      NOT: Yıkama ortamını beslemek ve boşaltmak için peristaltik bir pompa kullanılır. Bu yıkama adımı, ekipman bakımı için önemlidir.
    12. Yıkamayı tamamladıktan sonra, peristaltik pompayı kapatın ve bağlantısını kesin ve ardından disk santrifüjünün ayırma tankındaki her şeyi boşalttığından emin olmak için PROD düğmesine basın. Dönüş hızını kademeli olarak azaltın.
    13. İşlemleri durdurmak için HMI sistem ekranındaki Kırmızı düğmeye basın. Su ve hava şebeke hattının vanalarını KAPALI konuma getirin. Ana gücü kapatın.

figure-protocol-4
Şekil 2: VFA üretimi ve katı-sıvı ayrımı için kullanılan ekipman. (A) 100 L pilot ölçekli aAD çürütücü. (B) Süpernatan ve katı maddelerin disk santrifüjünün ayırma tankından ilgili kovalara boşaltılması. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

ParametreYemek atıkları
TS (%)~16,5
VS (%)~14,5
C:N~17:1

Tablo 1: Örnek gıda atıklarının özellikleri.

AdımMedyaSıcaklıkAmaçZaman Periyodu (dk)Boşaltma Hacmi (L)Notlar
1SuSoğukBirincil yıkama için51Kullanılmış su genellikle drenaja geçer.
2SuSıcak (70 °C)Varsa maya termos lizisi için51Kullanılan su normalde ya kanalizasyona geçer ya da sirküle edilir.
3% 2 NaOH çözeltisiSıcak (70 °C)Varsa, protein birikintilerini çözmek için201Çözelti normal olarak sirküle edilir.
4SuSıcak (70 °C)Kızarmak için51Kullanılan su normalde ya kanalizasyona geçer ya da sirküle edilir.
5% 1 Nitrik asit çözeltisiSıcak (70 °C)İnorganik birikintileri çözmek için101Yumuşak su kullanılıyorsa, yılda sadece birkaç kez asitle yıkama gereklidir. Bu durumda, geri dönüş drenaja geçebilir. Sert su kullanılıyorsa, her CIP'de asitle yıkama gerekebilir. Bu durumda bir dolaşım sistemi kullanılmalıdır.
6SuSıcak (80–95 °C)Yıkama ve sterilizasyon için51Bu adımdan kaynaklanan deşarjın bulanıklığı yüksekse, Adım 2'den itibaren tekrarlayın.

Tablo 2: Disk santrifüjü için yıkama talimatları.

3. VFA açısından zengin sindirilebilirat süpernatant kullanarak PHA fermantasyonu

  1. Ölçek büyütme için en uygun koşulları belirlemek için tezgah ölçeğinde PHA fermantasyonu.
    1. Hücrebüyümesinde minimum uzlaşma sağlarken, gıda atığı sindirimi süpernatanın inhibitör etkilerini en aza indiren optimal seyreltme süresini belirlemek için adım 2.2.9'da toplanan sindirilat süpernatanı bir konsantrasyon gradyanına seyreltmek için su ekleyin.
      NOT: Bu inhibitör etkileri azaltmak için tipik olarak en az 2 kez seyreltme gerekir25.
    2. Seyreltilmiş sindirilmiş süpernatanı tuz ve besinlerle, özellikle 156 g / L NaCl, 5 g / L maya özütü, 13 g / L MgCl26H2O, 20 g / L MgSO47H2O, 1 g / L CaCl22H2O, 4 g / L KCl, 0.2 g / L NaHCO3 ve 0.5 g / L NaBr, ve NH4Cl gerektiği gibi33.
    3. NaCl eklemeden önce bir iletkenlik probu kullanarak digestat süpernatantının tuzluluğunu ölçün. Gıda atığı digestatı tipik olarak ihmal edilebilir tuzluluğa sahiptir; bununla birlikte, yüksek tuzluluk varsa, NaCl dozunu Denklem 3'e göre ayarlayın.
      NaCl ilavesi (g) = 156 g/L NaCl × hazırlanan ortamın toplam hacmi - figure-protocol-5 × eklenen sindirilmiş süpernatan hacmi (3)
    4. Sindirim süpernatantından yapılan ortamın C: N oranını 15'te tutun. Adım 5.2 ve 5.3'te belirtildiği gibi toplam organik karbon (TOC) ve toplam nitrojen (TN) cinsinden ölçülen sindirilebilir süpernatantın yerli C:N oranına dayalı olarakNH4Cl ilavesini belirleyin.
    5. Tüm takviyeler tamamen eriyene kadar 200 rpm'de manyetik bir karıştırma plakası kullanarak ortamı karıştırın. 1 N NaOH veya 1N H 2SO4 kullanarak ortam pH'ını 7,0 ± 0,05'e ayarlayın.
    6. Hazırlanan besiyerini steril Erlenmeyer şişelerine ayırın ve ekim sırasında yeterli hava transferi için geniş bir üst boşluk sağlamak için hacmin yalnızca 1 / 5'ini doldurun (Şekil 3A). Şişeyi, yetiştirme sırasında gaz değişimine izin vermek için yeterli gözenekliliğe sahip pamuk veya herhangi bir nefes alabilen malzeme ile örtün.
    7. H. mediterranei tohum kültürünü (-80 ° C'de saklanan ticari Amerikan Tipi Kültür Koleksiyonu (ATCC) 33500'den aktive edilir), H. mediterranei suşunun normal büyüme sıcaklığına (örneğin, 37 ° C) ayarlanmış bir su banyosunda hafifçe çalkalayarak çözdürün. Çözülme hızlı olmalıdır, yani yaklaşık 2 dakika veya tüm buz kristalleri eriyene kadar.
    8. Hazırlanan ortama %0.2 (h/h) H. mediterranei tohum kültürünü OD600nm ~0.5 ile aşılayın. Aşılamalı pozitif bir kontrol şişesi ve ATCC ortamı 117633 ile aşılamasız bir negatif kontrol şişesi hazırlayın.
      NOT: ATCC ortamı, sindirim süpernatantının 1 g/L glikoz ile değiştirilmesi ve ilave nitrojen kaynağı eklenmemesi dışında, Adım 3.1.2'de ayrıntılı olarak açıklandığı gibi aynı besin bileşimine sahiptir.
    9. Tüm şişeleri 37 °C'de, bir orbital çalkalayıcıda 150 rpm'de çalkalayarak inkübe edin. Optik yoğunluğu (OD600nm) sabit fazda stabilize olana kadar günlük olarak ölçün, ardından ekimi durdurun. Aşağı akış PHA geri kazanımı için pembemsi suyu (Şekil 3B) toplayın.
  2. 50 L cam fermentörde pilot ölçekli PHA fermantasyonu.
    1. PHA pilot fermentörünü (Şekil 4) ve su sirkülasyon ısıtıcısını güç kaynağına bağlayın.
    2. Su banyosu ısıtma anahtarını açın. Sıcaklığı 37 °C'ye ayarlayın. Karıştırıcıyı açın ve 150 rpm'ye ayarlayın.
    3. 40 L'lik bir çalışma hacmi elde etmek için adım 3.1.2'de tanımlanan tuz ve besin takviyeleri ile birlikte optimal seyreltme faktörü kullanılarak hazırlanan gıda atığı digestat süpernatantını ekleyin.
    4. pH değerini 7'ye ayarlayın. Hazırlanan ortama (h/h) H. mediterranei tohum kültürünü OD600nm ~0.5 ile aşılayın.
    5. Pilot fermentörün hava pompasını açın ve havalandırma hızını 110 m3/saate ayarlayın. Numuneyi toplayın ve OD600nm'yi günlük olarak ölçün. OD600nm sabit faza ulaştığında, fermantasyonu durdurun ve aşağı akış PHA geri kazanımı için fermantasyon suyunu 4 °C'de saklayın.
    6. Fermentörü musluk suyu ve% 70 etanol ile yıkayın.

figure-protocol-6
Şekil 3: H. mediterranei tarafından PHA üretiminin fermantasyon öncesi ve sonrası şişeleri. (A) Gıda atıklarından yapılan şişelerdeki ortam, inkübasyon/fermantasyondan önce süpernatanı sindirir. (B) Fermantasyondan sonra pembemsi PHA bakımından zengin H. mediterranei kültürü. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-protocol-7
Şekil 4: 50 L pilot ölçekli PHA fermentör. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

4. PHA aşağı akış geri kazanımı

  1. Tuzlu süpernatan ve H. mediterranei hücrelerini ayırmak için H. mediterranei fermantasyon suyunu disk santrifüjüne besleyin. Sonraki hücre lizizi için hasat edilen hücreyi (Şekil 5'teki Katı Çıkış kısmı) toplayın. Liquid Out fraksiyonunu biyolojik atık bertaraf yönetmeliklerine göre atın.
    NOT: Disk santrifüjünün buradaki çalışması 2.2'deki adımlarla aynıdır.
  2. 100 mL / g ıslak hücrelerde suda toplanan hasat edilmiş hücreleri yeniden süspanse edin ve ozmotik basınç şoku ile hücre lizizine izin vermek için oda sıcaklığında 2 saat boyunca 150 rpm'de karıştırın.
  3. Adım 4.1'de toplanan hasat edilmiş hücrelerin küçük bir kısmını (50 mL)% 4 NaClO çözeltisinde% 4 NaClO çözeltisinde (g ıslak hücreler başına 2 mL% 4 NaClO çözeltisi) yeniden süspanse edin ve 5 dakika karıştırın.
    NOT: NaClO tedavisi, H. mediterranei hücrelerinden muhtemelen% 100 PHA'yı geri kazanabilen bir temel sağlamak için kullanılır. Bu varsayım, bu NaClO tedavisinin PHA geri kazanımı için en geniş çapta uyarlanmış yöntem olduğu gerçeğine dayanarak yapılmıştır34. Bu NaClO tedavisi genellikle hücre türünden bağımsız olarak tam hücre lizisi ve PHA geri kazanımı için yeterince agresif olarak kabul edilir.
    DİKKAT: NaClO güçlü bir oksitleyici ajandır. Ciddi cilt yanıklarına, göz hasarına ve solunum yolu tahrişine neden olabilir. Eldivenler, koruyucu gözlükler ve laboratuvar önlüğü dahil olmak üzere uygun kişisel koruyucu ekipman (KKD) giyerken NaClO'yu her zaman iyi havalandırılan bir alanda veya çeker ocak altında kullanın. Ciltle teması halinde, etkilenen bölgeyi derhal bol su ile yıkayın ve tahriş devam ederse tıbbi yardım alın. Çevre kirliliğini önlemek için NaClO içeren atıkları yerel tehlikeli atık yönetmeliklerine uygun olarak atın.
  4. PHA granüllerini toplamak için parçalanmış süspansiyonu 30 dakika boyunca 10.000 x g'da santrifüjleyin. Süpernatanı laboratuvardaki biyolojik atık bertaraf yönetmeliklerine göre atın.
  5. PHA granüllerini -50 °C'de ~ 48 saat boyunca dondurarak kurutun ve ham PHA tozu elde etmek için sabit ağırlık elde edilinceye kadar kurutun (Şekil 6A).
  6. Kalan safsızlıkları gidermek için ham PHA tozuna 10 mL / g'de etanol ekleyin. Saflaştırılmış PHA granüllerini toplamak için 30 dakika boyunca 10.000 x g'da santrifüjleyin. Süpernatanı kimyasal atık bertaraf yönetmeliklerine göre atın.
  7. Saflaştırılmış PHA tozu elde etmek için sabit ağırlık elde edilene kadar PHA peletini -50 °C'de ~48 saat dondurarak kurutun (Şekil 6B).

figure-protocol-8
Şekil 5: Ayrılmış tuzlu süpernatan (solda) ve hücreler (sağda). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

figure-protocol-9
Şekil 6: PHA tozu. (A) Ham PHA tozu ve (B) saflaştırılmış PHA tozu. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

5. Analitik yöntemler

  1. Standart yöntemlere göre TS ve VS'yi ölçün35. Bir spektrofotometre35 kullanarak standart yöntemi izleyen Hach test kitleri ile TN'yi belirleyin.
  2. Önceki bir çalışmada açıklanan yöntemleri izleyerek bir TOC analizörü ile TOC'yi ölçün25. pH'ı tezgah üstü pH metre ile ölçün.
  3. Bir kit36 kullanarak VFA miktarını belirleyin. Bir mikroplaka okuyucu kullanarak OD600nm'yi izleyin.
  4. Standart VSS ölçüm yöntemi25,35 izlenerek ölçülen hücre suyunun uçucu askıda katı maddelerinden (VSS) DCW'yi tahmin edin. Kısaca, 50 mL hücre suyunu 8.000 x g'da 15 dakika santrifüjleyin ve peleti VSS analizi için bir potaya aktarın.
    NOT: DCW'yi tahmin etmek için VSS'yi kullanın, çünkü organik biyokütleyi yansıtır ve H. mediterranei23'teki tuz içeriği nedeniyle fazla tahminde bulunmayı önler.
  5. Dondurularak kurutulmuş biyokütlenin 2 saat boyunca 105 ° C'de kloroform ve asitleştirilmiş metanol içinde metanolleştirildiği ve elde edilen monomerlerin dahili bir standart olarak metil benzoat ile GC kullanılarak nicelendirildiği önceki bir çalışmada25 yöntemleri izleyen bir gaz kromatografisi (GC) ile PHA miktar tayini gerçekleştirin. Denklem 4'ü kullanarak PHA geri kazanımını hesaplayın ve PHA saflığı Denklem 5'i kullanıyor. GC'den tüm PHA kütlesini belirleyin.
    PHA geri kazanımı (%) = figure-protocol-10 (4)
    PHA saflığı (%) = figure-protocol-11 (5)
    DİKKAT: PHA miktar tayininde kullanılan kloroform ve sülfürik asit tehlikelidir ve çok dikkatli kullanılmalıdır. Kloroform, soluma toksisitesi riskleri oluşturan ve uzun süre maruz kaldığında karaciğer ve böbrek hasarına neden olabilen uçucu bir organik çözücüdür. Sülfürik asit, cilt veya göz temasında ciddi yanıklara neden olabilen güçlü bir aşındırıcı kimyasaldır. Soluma maruziyetini önlemek için bu kimyasalları her zaman bir çeker ocak içinde kullanın. Kimyasallara dayanıklı eldivenler, koruyucu gözlükler ve laboratuvar önlüğü dahil olmak üzere uygun KKD'lerin kullanıldığından emin olun. Güvenli laboratuvar uygulamalarını sürdürmek için tüm kloroform ve sülfürik asit atıklarını yerel tehlikeli atık yönetmeliklerine göre uygun şekilde atın.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

aAD'den gıda atığı özellikleri ve VFA üretimi
Hazır gıda atığı bulamacındaki TS, VS ve C:N oranına bir örnek Tablo 1'de gösterilmektedir. Farklı numune alma kaynakları ve zamanları arasında gıda atığı bileşimindeki doğal değişkenlik nedeniyle, TS, VS ve C:N oran değerlerinde dalgalanmalar beklenmektedir. Değişkenlik kabul edilebilir olsa da, düzenli TS, VS ve C:N oranı ölçümleri, proses izleme, mikrobiyal denge ve genel aAD sistem optimizasyonu için gereklidir37

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

aAD'den VFA üretimi
VFA, gıda atıklarının PHA'ya dönüştürülmesinde H. mediterranei için önemli bir öncü olarak çok önemli bir rol oynamaktadır. Bu nedenle, aAD sırasında yüksek bir VFA konsantrasyonunun korunması esastır. aAD25'te VFA üretimini geliştirmek için çeşitli stratejiler kullanılabilir. Etkili bir yaklaşım, hidroliz ve asidogenezi en üst düzeye çıkarırken metanojenlerin yıkanmasını teşvik eden ve böylece aşırı VFA tüketimini ...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarların ifşa edecek hiçbir şeyi yok.

Teşekkürler

Bu çalışma Enerji Dairesi Başkanlığı-Enerji Verimliliği ve Yenilenebilir Enerji Ofisi tarafından desteklenmiştir (Prime Award No. DEEE0009268) ve Amerika Birleşik Devletleri Tarım Bakanlığı Ulusal Gıda ve Tarım Enstitüsü (Ödül No. 2023-79000-38973).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
HavaHava gazıAI UZ300GC işlemi için kullanılır
PompaBulut ışınıHailea ACO-009D
Amonyum klorürAcros OrganikA0396560
OtoklavSTERİSAMSCO Laboratuvarı 250ATCC ortam hazırlamada kullanılır
DengeMETTLER TOLEDOME204TE/00
BlenderVEVORIB750LV+BLD300+WB-1
KovaLowe'un50640 Modeli5 Galon BPA İçermeyen Plastik Genel Kova
Kalsiyum klorür dihidratAcros OrganikA0362932
KloroformMillipore SigmaC2432 (İngilizce)
KurutucuTS, VS, VSS ölçümünde kullanılabilecek her türlü
Çürütme tüpleri, PTFE astarlı vidalı kapakMillipore SigmaCLS982613
Dijital Reaktör BloğuHach ŞirketiDRB200 SerisiHach VFA miktar belirleme yöntemlerinde kullanılır
Dijital karıştırıcıSCILOGEXSCI550-Pro
Disk santrifüjAlfa Laval A.Ş.Clara 20
Erlenmeyer şişeleriAmazonB07V3JPQMM
EtanolAmazonB09DGVL4ML
Dondurarak kurutucuLabconco Belediyesi10030133, 1027319 ve 0109621FreeZone 2,5 Litre Dondurarak Kurutma Sistemleri
DavlumbazKewaunee Bilimsel ŞirketiYüce Hava AG
FırınTermo BilimselModel F30428C
Gaz kromatografisi (GC)GilentModel 8890 
Haloferax mediterraneiATCC33500
HidrojenHava gazıHY UHP300GC işlemi için kullanılır
BıçakGıda atıklarını kesmek için kullanılan her tür
Yağlama yağıFisher Bilimsel ŞirketiNC9844626
Magnezyum klorür heksahidratFisher Bilimsel ŞirketiBP214-500 Serisi
Magnezyum sülfat heptahidratMillipore SigmaM1880 Serisi
MethonalMillipore Sigma34860
Metil benzoatMillipore Sigma93583PHA miktar tayininde dahili standart olarak kullanılır
Mikroplaka okuyucu BioTek SinerjisiSinerji H1
AzotHava gazıNI UHP300GC işlemi için kullanılır
FırınTermo BilimselOMH750 Serisi
Peristaltik pompaBasitçe Pompalar A.Ş.PM6000 ACMükemmel kuru çalışma kapasitesine sahip, yüksek partiküllü bulamaçları işleyebilen ve 1/8 inç duvar boruları için tasarlanmış yüksek akışlı, kendinden emişli pompa.
pH metreFisher Bilimsel ŞirketiAE150 Serisi
PHA standardıMillipore Sigma403105
Pilot aAD çürütücüKuasar enerji grubu, Bağımsızlık, Ohio, ABDToplam hacmi 100 L ve çalışma hacmi 80 L  olan paslanmaz çelik fermentör;
Pilot PHA fermentörüManuka AğacıSF-50l ISO 9001 CEÇift Katmanlı Ceketli Cam Reaktör
Potasyum klorürG-BİYOBİLİMLER162006
Pompa boruları1/8'' ID ve 3/8'' OD'ye sahip herhangi bir marka silikon boru
Sodyum bikarbonatFisher Kimyasal241787
Sodyum BromürCarolina21139-45
Sodyum klorürAmazon B0787CFHF3
Sodyum hidroksit, PeletlerFisher Biyoreaktifleri236088
Sodyum hipokloritMillipore Sigma425044
Sorvall LYNX 4000 Süper Hızlı SantrifüjTermo Bilimsel75006580PHA granül toplama için aşağı akış PHA geri kazanımında kullanılır 
Spektrofotometre Hach ŞirketiDR3900 SerisiHach VFA miktar belirleme yöntemlerinde kullanılır
sülfürik asitMillipore Sigma258105
Şırınga filtresiAmazonB06X6GTKVY
TOC analizörüŞimadzuModel TOC-LCSN
Uçucu Asitler TNTplus Flakon TestiHach ŞirketiTNT 87250 - 2.500 mg/L Asetik Asit aralığında VFA ölçümü yapabilir.
Su ısıtıcıBosch A.Ş.Tronic 3000 T 7 Galon (ES8)
Maya özüFisher Bilimsel ŞirketiAAJ6028736

Kaynaklar

  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).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Etiketler

G da At klar n n De erlendirilmesiPolihidroksialkanoat SenteziAnaerobik SindirimU ucu Ya AsitleriHalofilik MikroorganizmalarKimyasal ermeyen H cre LizisiSolvent Bazl Safla t rmaBiyobozunur PlastiklerD ng sel Ekonomi
Gıda Atıklarından Sürdürülebilir Biyoplastik Üretiminin Ölçeklenebilir Adım Adım Yaklaşımı
Bize ulaşın
Kütüphaneye tavsiye et

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Telif hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.