تولید پروپینیک اسید از هیدرولیزات علوفه ذرت توسط Propionibacterium acidipropionici

قیمت: 46,000 تومان

دانلود رایگان مقاله

خرید ترجمه مقاله

عنوان فارسی

تولید پروپینیک اسید از هیدرولیزات علوفه ذرت توسط Propionibacterium acidipropionici

عنوان لاتین

Propionic acid production from corn stover hydrolysate by Propionibacterium acidipropionici

سابقه: تولید مواد شیمیایی با ارزش افزوده همراه با سوخت های زیستی از هیدرولیزهای لیگنوسلولوزیک، برای توسعه پالاینده-های زیستی قابل استفاده اقتصادی، ضروری است. در اینجا، تولید پروپیونیک اسید (PA)، یک بلوک ساختمانی بالقوه برای مواد شیمیایی مبتنی بر C3، از هیدرولیزات علوفه ذرت، با استفاده از باکتری بومی تولید کننده ی پروپیونیک اسید یعنی Propionibacterium acidipropionici مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج: طيف گسترده اي از شرايط کشت و پارامترهاي فرآيند مورد بررسي قرار گرفته و به منظور به حداكثر رساندن تيتر، سرعت و عملكرد PA از نظر آزمایشگاهی مورد ارزيابي قرار گرفت. بررسی تأثیر sparging گاز در حین تخمیر در ابتدا مورد بررسی قرار گرفت و N2 عملکرد بهتری را نسبت به CO2 نشان داد. سپس تاثیر غلظت های مختلف هیدرولیزات، منابع نیتروژن و عوامل خنثی کننده مورد بررسی قرار گرفت. یکی از بهترین ترکیبات یافت شده طی آزمایش های batch، استفاده از عصاره مخمر (YE ) به عنوان منبع اولیه نیتروژن و NH40H برای کنترل pH بود. این تركيب باعث تيتر PA با غلظت 8/30 گرم/ليتر با بهره وري 4/0 گرم در ليتر ساعت از 8/76 گرم در ليتر بیومس قند شد، در حالي که باعث به حداقل رساندن موفق توليد اسيد لاکتيک شد. با توجه به اهمیت اقتصادی جدایی سازی پایین دست، افزایش تیترها با استفاده از تخمیر fed-batch با تغییر محیط و استراتژی تغذیه مورد بررسی قرار گرفت. تغذیه مداوم هیدرولیزات در مقایسه با تغذیه ضربه ای بهتر بود و در ترکیب با غلظت بالای عصاره مخمر، باعث افزایش تیتر PA به 7/62 گرم/لیتر و بهبود استفاده هم زمان از قندهای مختلف بیومس شد. علاوه بر این، استفاده از افزودن مکمل های با YE بالا باعث حفظ غلظت اسید لاکتیک در کمتر از 4 گرم در ليتر در طول تخمیر می شود. در نهایت، با هدف افزایش بهره وری، تخمیرهای fed-batch با تراکم بالای سلولی انجام شدند. تیتر PA به 7/64 گرم در ليتر با بهره وري 35/2 گرم/لیتر برای مرحله batch و 77/0 گرم/لیتر ساعت براي فرآيند کل افزايش يافت. نتیجه گیری: این نتایج اهمیت محیط های کشت و استراتژی های تخمیر را برای بهبود تولید PA نشان می دهد. به طور کلی، این مقاله نشان دهنده ی امکان تولید PA از هیدرولیزات علوفه ذرت است.

Background: The production of value-added chemicals alongside biofuels from lignocellulosic hydrolysates is critical for developing economically viable biorefineries. Here, the production of propionic acid (PA), a potential building block for C3-based chemicals, from corn stover hydrolysate is investigated using the native PA-producing bacterium Propionibacterium acidipropionici. Results: A wide range of culture conditions and process parameters were examined and experimentally optimized to maximize titer, rate, and yield of PA. The effect of gas sparging during fermentation was first examined, and N2 was found to exhibit improved performance over CO2. Subsequently, the effects of different hydrolysate concentrations, nitrogen sources, and neutralization agents were investigated. One of the best combinations found during batch experiments used yeast extract (YE) as the primary nitrogen source and NH4OH for pH control. This combination enabled PA titers of 30.8 g/L with a productivity of 0.40 g/L h from 76.8 g/L biomass sugars, while successfully minimizing lactic acid production. Due to the economic significance of downstream separations, increasing titers using fed-batch fermentation was examined by changing both feeding media and strategy. Continuous feeding of hydrolysate was found to be superior to pulsed feeding and combined with high YE concentrations increased PA titers to 62.7 g/L and improved the simultaneous utilization of different biomass sugars. Additionally, applying high YE supplementation maintains the lactic acid concentration below 4 g/L for the duration of the fermentation. Finally, with the aim of increasing productivity, high cell density fed-batch fermentations were conducted. PA titers increased to 64.7 g/L with a productivity of 2.35 g/L h for the batch stage and 0.77 g/L h for the overall process. Conclusion: These results highlight the importance of media and fermentation strategy to improve PA production. Overall, this work demonstrates the feasibility of producing PA from corn stover hydrolysate.