• Energy Research

L'industrie laitière génère des quantités excessives de déchets et de sous-produits alors qu'elle donne une large gamme de produits laitiers. Les utilisations biotechnologiques alternatives de ces déchets doivent être déterminées pour les systèmes de traitement aérobie et anaérobie en raison de leurs niveaux élevés de demande chimique en oxygène (DCO) et de leur teneur élevée en nutriments (lactose, protéines et graisses). Ce travail présente une revue critique sur les aspects d'ingénierie de fermentation basée sur la définition de l'utilisation efficace des effluents laitiers dans la production de divers produits microbiens tels que les biocarburants, les enzymes, les acides organiques, les polymères, la production de biomasse, etc. En plus des processus microbiens, des analyses technico-économiques sur l'intégration de certains produits microbiens dans la bioraffinerie et la faisabilité des processus connexes ont été présentées. Dans l'ensemble, l'inclusion des déchets laitiers dans les processus microbiens conçus semble également prometteuse pour les approches commerciales. En particulier, la digestion des déchets laitiers avec du fumier de vache et/ou différents substrats fournira une valeur actualisée nette (VAN) positive et une période de récupération (PBP) inférieure à 10 ans à l'usine en termes de production de biogaz. La industria láctea genera cantidades excesivas de residuos y subproductos, mientras que da una amplia gama de productos lácteos. Los usos biotecnológicos alternativos de estos residuos deben determinarse para los sistemas de tratamiento aeróbico y anaeróbico debido a sus altos niveles de demanda química de oxígeno (DQO) y su rico contenido de nutrientes (lactosa, proteínas y grasas). Este trabajo presenta una revisión crítica sobre los aspectos de la ingeniería de fermentación basada en la definición del uso efectivo de efluentes lácteos en la producción de diversos productos microbianos como biocombustibles, enzimas, ácidos orgánicos, polímeros, producción de biomasa, etc. Además de los procesos microbianos, se han presentado análisis tecnoeconómicos para la integración de algunos productos microbianos en la biorrefinería y la viabilidad de los procesos relacionados. En general, la inclusión de desechos lácteos en los procesos microbianos diseñados también parece prometedora para los enfoques comerciales. Especialmente la digestión de desechos lácteos con estiércol de vaca y/o diferentes sustratos proporcionará un valor presente neto positivo (VPN) y un período de recuperación (PBP) inferior a 10 años a la planta en términos de producción de biogás. The dairy industry generates excessive amounts of waste and by-products while it gives a wide range of dairy products. Alternative biotechnological uses of these wastes need to be determined to aerobic and anaerobic treatment systems due to their high chemical oxygen demand (COD) levels and rich nutrient (lactose, protein and fat) contents. This work presents a critical review on the fermentation-engineering aspects based on defining the effective use of dairy effluents in the production of various microbial products such as biofuel, enzyme, organic acid, polymer, biomass production, etc. In addition to microbial processes, techno-economic analyses to the integration of some microbial products into the biorefinery and feasibility of the related processes have been presented. Overall, the inclusion of dairy wastes into the designed microbial processes seems also promising for commercial approaches. Especially the digestion of dairy wastes with cow manure and/or different substrates will provide a positive net present value (NPV) and a payback period (PBP) less than 10 years to the plant in terms of biogas production. تنتج صناعة الألبان كميات مفرطة من النفايات والمنتجات الثانوية بينما توفر مجموعة واسعة من منتجات الألبان. يجب تحديد الاستخدامات البديلة للتكنولوجيا الحيوية لهذه النفايات لأنظمة المعالجة الهوائية واللاهوائية بسبب ارتفاع مستويات الطلب على الأكسجين الكيميائي ومحتويات المغذيات الغنية (اللاكتوز والبروتين والدهون). يقدم هذا العمل مراجعة نقدية لجوانب هندسة التخمير بناءً على تحديد الاستخدام الفعال لنفايات الألبان السائلة في إنتاج مختلف المنتجات الميكروبية مثل الوقود الحيوي والإنزيم والحمض العضوي والبوليمر وإنتاج الكتلة الحيوية وما إلى ذلك. بالإضافة إلى العمليات الميكروبية، تم تقديم التحليلات التقنية والاقتصادية لدمج بعض المنتجات الميكروبية في المصفاة الحيوية وجدوى العمليات ذات الصلة. بشكل عام، يبدو أن إدراج نفايات الألبان في العمليات الميكروبية المصممة واعد أيضًا بالنسبة للنهج التجارية. سيوفر هضم نفايات الألبان مع روث البقر و/أو الركائز المختلفة قيمة حالية صافية إيجابية وفترة استرداد أقل من 10 سنوات للمصنع من حيث إنتاج الغاز الحيوي.

Due to resource scarcity, current industrial systems are switching from waste treatment, such as wastewater treatment and biomass, to resource recovery (RR). Biofuels, manure, pesticides, organic acids, and other bioproducts with a great market value can be produced from wastewater and activated sludge (AS). This will not only help in the transition from a linear economy to a circular economy, but also contribute to sustainable development. However, the cost of recovering resources from wastewater and AS to produce value-added products is quite high as compared to conventional treatment methods. In addition, most antioxidant technologies remain at the laboratory scale that have not yet reached the level at industrial scale. In order to promote the innovation of resource recovery technology, the various methods of treating wastewater and AS to produce biofuels, nutrients and energy are reviewed, including biochemistry, thermochemistry and chemical stabilization. The limitations of wastewater and AS treatment methods are prospected from biochemical characteristics, economic and environmental factors. The biofuels derived from third generation feedstocks, such as wastewater are more sustainable. Microalgal biomass are being used to produce biodiesel, bioethanol, biohydrogen, biogas, biooils, bioplastics, biofertilizers, biochar and biopesticides. New technologies and policies can promote a circular economy based on biological materials.

This work aimed to evaluate the applicability of Aeribacillus pallidus for the aerobic treatment of the concentrated beet vinasse with high chemical oxygen demand (COD 685 g.L-1) that is defined as an environmental pollutant. This bacterium is a polyextremophilic strain and grow aerobically up to 7.5% vinasse at high temperature (50 °C). In the bioreactor and under controlled conditions, A. pallidus reduced the soluble COD content of 5% vinasse up to 27% during 48 h and utilized glucose and glycerol, completely. Furthermore, a reduction of manganese, copper, aluminum, and nickel concentrations was observed in the treated vinasse with A. pallidus. The obtained results make this strain as an appropriate alternative to be used for the aerobic bioprocessing of the vinasse.

Increases in population and urbanization leads to generation of a large amount of food waste (FW) and its effective waste management is a major concern. But putrescible nature and high moisture content is a major limiting factor for cost effective FW valorization. Bioconversion of FW for the production of value added products is an eco-friendly and economically viable strategy for addressing these issues. Targeting on production of multiple products will solve these issues to greater extent. This article provides an overview of bioconversion of FW to different value added products.

Les matériaux lignocellulosiques sont des ressources précieuses dans les technologies de bioprocédés d'aujourd' hui ; cependant, leur récalcitrance est un obstacle majeur dans l'industrie en ce qui concerne leur conversion en produits microbiens. À cette fin, dans cette étude, la synthèse des liquides ioniques (IL), sa fonction dans l'hydrolyse des matériaux lignocellulosiques, sa biochimie et ses éventuels effets toxiques ont été étudiés. En outre, la bioconversion des matériaux lignocellulosiques prétraités avec des liquides ioniques en biocarburants (bioéthanol, biobutanol, biogaz et hydrogène) et diverses substances biochimiques est discutée en détail. Pour cela, l'accent est mis sur le potentiel des IL pour l'intégration industrielle et l'utilisation dans les réacteurs à grande échelle. Les IL offrent des avantages significatifs en raison de leur potentiel de facilité d'utilisation et de leurs caractéristiques telles que la récupération et la réutilisation après prétraitement. Cependant, il existe des problèmes économiques et techniques qui doivent être résolus pour développer les IL dans les systèmes industriels et augmenter leur potentiel d'utilisation. Pour surmonter ces problèmes et la facilité d'utilisation des technologies IL dans l'industrie, des analyses techno-économiques ont été examinées et comparées aux processus traditionnels. Los materiales lignocelulósicos son recursos valiosos en las tecnologías de bioprocesos actuales; sin embargo, su recalcitrancia es una barrera importante en la industria con respecto a su conversión en productos microbianos. Para ello, en este estudio se investigó la síntesis de líquidos iónicos (ILs), su función en la hidrólisis de materiales lignocelulósicos, su bioquímica y posibles efectos tóxicos. Además, se analiza en detalle la bioconversión de materiales lignocelulósicos pretratados con líquidos iónicos en biocombustibles (bioetanol, biobutanol, biogás e hidrógeno) y diversos bioquímicos. Para ello, la atención se centra en el potencial de las IL para la integración industrial y el uso en reactores a gran escala. Los IL ofrecen ventajas significativas debido a su potencial de facilidad de uso y sus características como la recuperación y la reutilización después del pretratamiento. Sin embargo, existen problemas económicos y técnicos que deben resolverse para expandir las IL en los sistemas industriales y aumentar su potencial de uso. Para superar estos problemas y la usabilidad de las tecnologías de IL en la industria, se han examinado y comparado los análisis tecnoeconómicos con los procesos tradicionales. Lignocellulosic materials are valuable resources in today's bioprocess technologies; however, their recalcitrance is a major barrier in industry regarding their conversion to microbial products. For this purpose, in this study, the synthesis of ionic liquids (ILs), its function in the hydrolysis of lignocellulosic materials, its biochemistry and possible toxic effects were investigated. In addition, the bioconversion of lignocellulosic materials pretreated with ionic liquids to biofuels (bioethanol, biobutanol, biogas and hydrogen) and various biochemicals is discussed in detail. For this, the focus is on the potential of ILs for industrial integration and use in large-scale reactors. ILs offer significant advantages due to their potential for ease of use and their features such as recovery and reuse after pretreatment. However, there are economic and technical problems that need to be solved to expand ILs in industrial systems and increase their use potential. To overcome these problems and the usability of ILs technologies in industry, techno-economic analyses has been examined and compared with traditional processes. تعد المواد الليجنوسليلوزية موارد قيمة في تقنيات العمليات الحيوية اليوم ؛ ومع ذلك، فإن عنادها يمثل حاجزًا رئيسيًا في الصناعة فيما يتعلق بتحويلها إلى منتجات ميكروبية. لهذا الغرض، في هذه الدراسة، تم التحقيق في تخليق السوائل الأيونية (ILs)، ووظيفتها في التحلل المائي للمواد الليجنوسليلوزية، والكيمياء الحيوية والآثار السامة المحتملة. بالإضافة إلى ذلك، تتم مناقشة التحويل الحيوي للمواد الليجنوسليلوزية المعالجة مسبقًا بالسوائل الأيونية إلى وقود حيوي (الإيثانول الحيوي والبيوتانول الحيوي والغاز الحيوي والهيدروجين) والعديد من المواد الكيميائية الحيوية بالتفصيل. لهذا، ينصب التركيز على إمكانات ILs للتكامل الصناعي والاستخدام في المفاعلات واسعة النطاق. توفر ILs مزايا كبيرة بسبب قدرتها على سهولة الاستخدام وميزاتها مثل التعافي وإعادة الاستخدام بعد المعالجة المسبقة. ومع ذلك، هناك مشاكل اقتصادية وتقنية تحتاج إلى حل لتوسيع نطاق ILs في الأنظمة الصناعية وزيادة إمكانات استخدامها. للتغلب على هذه المشاكل وقابلية استخدام تقنيات ILS في الصناعة، تم فحص التحليلات التقنية والاقتصادية ومقارنتها بالعمليات التقليدية.

Hot springs are fascinating extreme environments for the isolation of polyextremophilic microorganisms with extraordinary characteristics. Since polyextremophilic bacterial growth are not as high as routine bacteria, the objective of this study was to investigate the effect of some environmental factors on biomass and metabolites productions in the newly isolated strain, from Larijan hot spring in Iran. The strain was identified as Aeribacillus pallidus Lhs-10 and deposited as CCUG 72355 and IBRC-M 11202 in Sweden and Iran, respectively. This thermoalkaliphilic strain can grow best at 50 °C, pH 8 and in the presence of 25 g/l NaCl. The physiological characterization of this strain show that [Ca/Mg] ratio affect its growth and biomass production with the best results obtained at the ratio of 2.5. Moreover, lactic and acetic acids production by this strain was affected by pH, aeration, and temperature, where a metabolic shift was detected from lactate to acetate production when the culture was aerated. Besides, its spores could tolerate heating at 80, 85, 90, 95 and 98 °C for 30 min without any reduction in the initial spore population, whereas D-value was defined 50 min at 98 °C. This newly lactic acid-producing strain of A. pallidus can be a promising strain that can be used in the harsh conditions in industrial processes.