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.
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
Bu makalede
Özet
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 parç....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol
1. Gıda atıklarının toplanması ve hazırlanması
- 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.
- 10 kg yiyece....
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
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Hava | Hava gazı | AI UZ300 | GC işlemi için kullanılır |
| Pompa | Bulut ışını | Hailea ACO-009D | |
| Amonyum klorür | Acros Organik | A0396560 | |
| Otoklav | STERİS | AMSCO Laboratuvarı 250 | ATCC ortam hazırlamada kullanılır |
| Denge | METTLER TOLEDO | ME204TE/00 | |
| Blender | VEVOR | IB750LV+BLD300+WB-1 | |
| Kova | Lowe'un | 50640 Modeli | 5 Galon BPA İçermeyen Plastik Genel Kova |
| Kalsiyum klorür dihidrat | Acros Organik | A0362932 | |
| Kloroform | Millipore Sigma | C2432 (İngilizce) | |
| Kurutucu | TS, VS, VSS ölçümünde kullanılabilecek her türlü | ||
| Çürütme tüpleri, PTFE astarlı vidalı kapak | Millipore Sigma | CLS982613 | |
| Dijital Reaktör Bloğu | Hach Şirketi | DRB200 Serisi | Hach VFA miktar belirleme yöntemlerinde kullanılır |
| Dijital karıştırıcı | SCILOGEX | SCI550-Pro | |
| Disk santrifüj | Alfa Laval A.Ş. | Clara 20 | |
| Erlenmeyer şişeleri | Amazon | B07V3JPQMM | |
| Etanol | Amazon | B09DGVL4ML | |
| Dondurarak kurutucu | Labconco Belediyesi | 10030133, 1027319 ve 0109621 | FreeZone 2,5 Litre Dondurarak Kurutma Sistemleri |
| Davlumbaz | Kewaunee Bilimsel Şirketi | Yüce Hava AG | |
| Fırın | Termo Bilimsel | Model F30428C | |
| Gaz kromatografisi (GC) | Gilent | Model 8890 | |
| Haloferax mediterranei | ATCC | 33500 | |
| Hidrojen | Hava gazı | HY UHP300 | GC işlemi için kullanılır |
| Bıçak | Gıda atıklarını kesmek için kullanılan her tür | ||
| Yağlama yağı | Fisher Bilimsel Şirketi | NC9844626 | |
| Magnezyum klorür heksahidrat | Fisher Bilimsel Şirketi | BP214-500 Serisi | |
| Magnezyum sülfat heptahidrat | Millipore Sigma | M1880 Serisi | |
| Methonal | Millipore Sigma | 34860 | |
| Metil benzoat | Millipore Sigma | 93583 | PHA miktar tayininde dahili standart olarak kullanılır |
| Mikroplaka okuyucu | BioTek Sinerjisi | Sinerji H1 | |
| Azot | Hava gazı | NI UHP300 | GC işlemi için kullanılır |
| Fırın | Termo Bilimsel | OMH750 Serisi | |
| Peristaltik pompa | Basitçe Pompalar A.Ş. | PM6000 AC | Mükemmel kuru çalışma kapasitesine sahip, yüksek partiküllü bulamaçları işleyebilen ve 1/8 inç duvar boruları için tasarlanmış yüksek akışlı, kendinden emişli pompa. |
| pH metre | Fisher Bilimsel Şirketi | AE150 Serisi | |
| PHA standardı | Millipore Sigma | 403105 | |
| Pilot aAD çürütücü | Kuasar enerji grubu, Bağımsızlık, Ohio, ABD | Toplam hacmi 100 L ve çalışma hacmi 80 L olan paslanmaz çelik fermentör; | |
| Pilot PHA fermentörü | Manuka Ağacı | SF-50l ISO 9001 CE | Çift Katmanlı Ceketli Cam Reaktör |
| Potasyum klorür | G-BİYOBİLİMLER | 162006 | |
| Pompa boruları | 1/8'' ID ve 3/8'' OD'ye sahip herhangi bir marka silikon boru | ||
| Sodyum bikarbonat | Fisher Kimyasal | 241787 | |
| Sodyum Bromür | Carolina | 21139-45 | |
| Sodyum klorür | Amazon | B0787CFHF3 | |
| Sodyum hidroksit, Peletler | Fisher Biyoreaktifleri | 236088 | |
| Sodyum hipoklorit | Millipore Sigma | 425044 | |
| Sorvall LYNX 4000 Süper Hızlı Santrifüj | Termo Bilimsel | 75006580 | PHA granül toplama için aşağı akış PHA geri kazanımında kullanılır |
| Spektrofotometre | Hach Şirketi | DR3900 Serisi | Hach VFA miktar belirleme yöntemlerinde kullanılır |
| sülfürik asit | Millipore Sigma | 258105 | |
| Şırınga filtresi | Amazon | B06X6GTKVY | |
| TOC analizörü | Şimadzu | Model TOC-LCSN | |
| Uçucu Asitler TNTplus Flakon Testi | Hach Şirketi | TNT 872 | 50 - 2.500 mg/L Asetik Asit aralığında VFA ölçümü yapabilir. |
| Su ısıtıcı | Bosch A.Ş. | Tronic 3000 T 7 Galon (ES8) | |
| Maya özü | Fisher Bilimsel Şirketi | AAJ6028736 |
Kaynaklar
- Sabapathy, P. C. Recent developments in polyhydroxyalkanoates (phas) production-a review. Biores Tech. 306, 123132(2020).
- Koller, M., Simon, K. M. R. Haloarchaea as emerging big players in future polyhydroxyalkanoate bi....
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yeniden basım ve izinler
