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Consecutive lactate formation and chain elongation to reduce exogenous chemicals input in repeated-batch food waste fermentation.
Water Research ( IF 11.4 ) Pub Date : 2019-10-23 , DOI: 10.1016/j.watres.2019.115215 Carlos A Contreras-Dávila 1 , Víctor J Carrión 2 , Vincent R Vonk 1 , Cees N J Buisman 1 , David P B T B Strik 1
Water Research ( IF 11.4 ) Pub Date : 2019-10-23 , DOI: 10.1016/j.watres.2019.115215 Carlos A Contreras-Dávila 1 , Víctor J Carrión 2 , Vincent R Vonk 1 , Cees N J Buisman 1 , David P B T B Strik 1
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The production of biochemicals from renewables through biorefinery processes is important to reduce the anthropogenic impact on the environment. Chain elongation processes based on microbiomes have been successfully developed to produce medium-chain fatty acids (MCFA) from organic waste streams. Yet, the sustainability of chain elongation can still be improved by reducing the use of electron donors and additional chemicals. This work aimed to couple lactate production and subsequent chain elongation to decrease chemicals input such as electron donors and hydroxide for pH control in repeated-batch food waste fermentation. Food waste with adjusted pH was used as substrate and fermentation proceeded without pH control. During fermentation, lactate was first formed through the homolactic pathway and then converted to fatty acids (FA), mainly n-butyrate and n-caproate. The highest n-caproate carbon selectivities (mmol C/mmol CFA) and production rates were 38% and 4.2 g COD/L-d, respectively. Hydroxide input was reduced over time to a minimum of 0.47 mol OH-/mol MCFA or 0.79 mol OH-/kg CODFA. Lactate was a key electron donor for chain elongation and its conversion was observed at pH as low as 4.3. The microbiome enriched in this work was dominated by Lactobacillus spp. and Caproiciproducens spp. The high abundance of Caproiciproducens spp. and their co-occurrence with Lactobacillus spp. suggest Caproiciproducens spp. used lactate as electron donor for chain elongation. This work shows the production of n-caproate from food waste with decreased use of hydroxide and no use of exogenous electron donors.
中文翻译：
连续的乳酸形成和链延长，以减少重复批食物垃圾发酵中外源化学物质的输入。
通过生物精炼过程由可再生能源生产生物化学物质对于减少人为对环境的影响非常重要。已经成功开发了基于微生物组的链延长工艺，可以从有机废物流中生产中链脂肪酸（MCFA）。但是，仍然可以通过减少电子给体和其他化学物质的使用来提高链延长的可持续性。这项工作旨在将乳酸的产生和随后的链延长耦合在一起，以减少化学药品的输入，例如电子供体和氢氧化物，用于重复批食品垃圾发酵中的pH控制。pH值已调整的食物垃圾被用作底物，发酵过程无需进行pH值控制。在发酵过程中，乳酸首先通过全乳酸途径形成，然后转化为脂肪酸（FA），主要是正丁酸和正己酸。正己酸的最高碳选择性（mmol C / mmol CFA）和生产率分别为38％和4.2 g COD / Ld。氢氧化物输入随时间减少至最小0.47 mol OH- / mol MCFA或0.79 mol OH- / kg CODFA。乳酸是链延长的关键电子供体，在低至4.3的pH下观察到其转化。富含这项工作的微生物组主要由乳杆菌属（Lactobacillus spp）主导。和Caproiciproducens spp。丰富的Caproiciproducens spp。和它们与乳杆菌属共存。建议Caproiciproducens spp。用乳酸作为电子给体进行链延长。这项工作表明从食物垃圾中生产正己酸，减少了氢氧化物的使用，并且没有使用外源电子供体。正己酸的最高碳选择性（mmol C / mmol CFA）和生产率分别为38％和4.2 g COD / Ld。随着时间的流逝，氢氧化物的输入量减少到最低0.47 mol OH- / mol MCFA或0.79 mol OH- / kg CODFA。乳酸是链延长的关键电子供体，在低至4.3的pH下观察到其转化。富含这项工作的微生物组主要由乳杆菌属（Lactobacillus spp）主导。和Caproiciproducens spp。丰富的Caproiciproducens spp。和它们与乳杆菌属共存。建议Caproiciproducens spp。用乳酸作为链的电子给体 这项工作表明从食物垃圾中生产正己酸，减少了氢氧化物的使用，并且没有使用外源电子供体。正己酸的最高碳选择性（mmol C / mmol CFA）和生产率分别为38％和4.2 g COD / Ld。氢氧化物输入随时间减少至最小0.47 mol OH- / mol MCFA或0.79 mol OH- / kg CODFA。乳酸是链延长的关键电子供体，在低至4.3的pH下观察到其转化。富含这项工作的微生物组主要由乳杆菌属（Lactobacillus spp）主导。和Caproiciproducens spp。丰富的Caproiciproducens spp。和它们与乳杆菌属共存。建议Caproiciproducens spp。用乳酸作为链的电子给体 这项工作表明从食物垃圾中生产正己酸，减少了氢氧化物的使用，并且没有使用外源电子供体。氢氧化物输入随时间减少至最小0.47 mol OH- / mol MCFA或0.79 mol OH- / kg CODFA。乳酸是链延长的关键电子供体，在低至4.3的pH下观察到其转化。富含这项工作的微生物组主要由乳杆菌属（Lactobacillus spp）主导。和Caproiciproducens spp。丰富的Caproiciproducens spp。和它们与乳杆菌属共存。建议Caproiciproducens spp。用乳酸作为链的电子给体 这项工作表明从食物垃圾中生产正己酸，减少了氢氧化物的使用，并且没有使用外源电子供体。氢氧化物输入随时间减少至最小0.47 mol OH- / mol MCFA或0.79 mol OH- / kg CODFA。乳酸是链延长的关键电子供体，在低至4.3的pH下观察到其转化。富含这项工作的微生物组主要由乳杆菌属（Lactobacillus spp）主导。和Caproiciproducens spp。丰富的Caproiciproducens spp。和它们与乳杆菌属共存。建议Caproiciproducens spp。用乳酸作为链的电子给体 这项工作表明从食物垃圾中生产正己酸，减少了氢氧化物的使用，并且没有使用外源电子供体。和Caproiciproducens spp。丰富的Caproiciproducens spp。和它们与乳杆菌属共存。建议Caproiciproducens spp。用乳酸作为链的电子给体 这项工作显示了从食物垃圾中生产正己酸，减少了氢氧化物的使用，并且没有使用外源电子供体。和Caproiciproducens spp。丰富的Caproiciproducens spp。和它们与乳杆菌属共存。建议Caproiciproducens spp。用乳酸作为链的电子给体 这项工作表明从食物垃圾中生产正己酸，减少了氢氧化物的使用，并且没有使用外源电子供体。
更新日期：2019-10-24
中文翻译：
连续的乳酸形成和链延长，以减少重复批食物垃圾发酵中外源化学物质的输入。
通过生物精炼过程由可再生能源生产生物化学物质对于减少人为对环境的影响非常重要。已经成功开发了基于微生物组的链延长工艺，可以从有机废物流中生产中链脂肪酸（MCFA）。但是，仍然可以通过减少电子给体和其他化学物质的使用来提高链延长的可持续性。这项工作旨在将乳酸的产生和随后的链延长耦合在一起，以减少化学药品的输入，例如电子供体和氢氧化物，用于重复批食品垃圾发酵中的pH控制。pH值已调整的食物垃圾被用作底物，发酵过程无需进行pH值控制。在发酵过程中，乳酸首先通过全乳酸途径形成，然后转化为脂肪酸（FA），主要是正丁酸和正己酸。正己酸的最高碳选择性（mmol C / mmol CFA）和生产率分别为38％和4.2 g COD / Ld。氢氧化物输入随时间减少至最小0.47 mol OH- / mol MCFA或0.79 mol OH- / kg CODFA。乳酸是链延长的关键电子供体，在低至4.3的pH下观察到其转化。富含这项工作的微生物组主要由乳杆菌属（Lactobacillus spp）主导。和Caproiciproducens spp。丰富的Caproiciproducens spp。和它们与乳杆菌属共存。建议Caproiciproducens spp。用乳酸作为电子给体进行链延长。这项工作表明从食物垃圾中生产正己酸，减少了氢氧化物的使用，并且没有使用外源电子供体。正己酸的最高碳选择性（mmol C / mmol CFA）和生产率分别为38％和4.2 g COD / Ld。随着时间的流逝，氢氧化物的输入量减少到最低0.47 mol OH- / mol MCFA或0.79 mol OH- / kg CODFA。乳酸是链延长的关键电子供体，在低至4.3的pH下观察到其转化。富含这项工作的微生物组主要由乳杆菌属（Lactobacillus spp）主导。和Caproiciproducens spp。丰富的Caproiciproducens spp。和它们与乳杆菌属共存。建议Caproiciproducens spp。用乳酸作为链的电子给体 这项工作表明从食物垃圾中生产正己酸，减少了氢氧化物的使用，并且没有使用外源电子供体。正己酸的最高碳选择性（mmol C / mmol CFA）和生产率分别为38％和4.2 g COD / Ld。氢氧化物输入随时间减少至最小0.47 mol OH- / mol MCFA或0.79 mol OH- / kg CODFA。乳酸是链延长的关键电子供体，在低至4.3的pH下观察到其转化。富含这项工作的微生物组主要由乳杆菌属（Lactobacillus spp）主导。和Caproiciproducens spp。丰富的Caproiciproducens spp。和它们与乳杆菌属共存。建议Caproiciproducens spp。用乳酸作为链的电子给体 这项工作表明从食物垃圾中生产正己酸，减少了氢氧化物的使用，并且没有使用外源电子供体。氢氧化物输入随时间减少至最小0.47 mol OH- / mol MCFA或0.79 mol OH- / kg CODFA。乳酸是链延长的关键电子供体，在低至4.3的pH下观察到其转化。富含这项工作的微生物组主要由乳杆菌属（Lactobacillus spp）主导。和Caproiciproducens spp。丰富的Caproiciproducens spp。和它们与乳杆菌属共存。建议Caproiciproducens spp。用乳酸作为链的电子给体 这项工作表明从食物垃圾中生产正己酸，减少了氢氧化物的使用，并且没有使用外源电子供体。氢氧化物输入随时间减少至最小0.47 mol OH- / mol MCFA或0.79 mol OH- / kg CODFA。乳酸是链延长的关键电子供体，在低至4.3的pH下观察到其转化。富含这项工作的微生物组主要由乳杆菌属（Lactobacillus spp）主导。和Caproiciproducens spp。丰富的Caproiciproducens spp。和它们与乳杆菌属共存。建议Caproiciproducens spp。用乳酸作为链的电子给体 这项工作表明从食物垃圾中生产正己酸，减少了氢氧化物的使用，并且没有使用外源电子供体。和Caproiciproducens spp。丰富的Caproiciproducens spp。和它们与乳杆菌属共存。建议Caproiciproducens spp。用乳酸作为链的电子给体 这项工作显示了从食物垃圾中生产正己酸，减少了氢氧化物的使用，并且没有使用外源电子供体。和Caproiciproducens spp。丰富的Caproiciproducens spp。和它们与乳杆菌属共存。建议Caproiciproducens spp。用乳酸作为链的电子给体 这项工作表明从食物垃圾中生产正己酸，减少了氢氧化物的使用，并且没有使用外源电子供体。
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