MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham006269
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a620
■1001  ▼aKitt,  Dianna.
■24510▼aAdvancing  Anaerobic  Biotechnologies  for  Medium  Chain  Carboxylic  Acid  Production  from  Organic  Waste
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a218  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-02,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Raskin,  Lutgarde.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2025.
■520    ▼aLactate-based  chain  elongation  (LCE)  is  an  emerging  anaerobic  biotechnology  that  can  be  used  to  address  this  need  by  producing  medium  chain  carboxylic  acids  (MCCAs)  from  organic  waste.  The  dissertation  presented  here  utilizes  environmental  engineering,  biotechnology,  and  microbial  ecology  approaches  to  develop  an  anaerobic  biotechnology  that  utilizes  LCE  driven  by  a  mixed  culture  microbiome  for  the  production  and  recovery  of  MCCAs  from  organic  waste.Previous  studies  have  attempted  to  produce  MCCAs  from  organic  waste  streams  such  as  acid  whey  and  food  waste;  however,  the  diversity  of  substrates  and  microbial  populations  present  in  these  waste  streams  leads  to  competing  microbial  pathways  and  reduced  MCCA  production.  In  this  study,  we  characterized  the  impact  of  acid  whey  lactate  and  lactose  concentrations  and  fermented  food  waste  addition  on  MCCA  production.  A  mixed  waste  stream  of  fermented  food  waste  and  acid  whey  with  a  lactate:lactose  ratio  of  nine  yielded  a  maximum  caproic  acid  (a  six-carbon  monocarboxylic  acid)  concentration  of  47.4  mM  C  and  caproic  acid  carbon  conversion  efficiency  of  39.6%.  Furthermore,  the  relative  abundance  and  activity  of  presumptive  chain  elongating  organisms  belonging  to  the  Pseudoramibacter  and  Megasphaera  genera  remained  high  when  both  acid  whey  and  fermented  food  waste  were  used  as  substrates,  demonstrating  the  ability  to  maintain  a  robust  chain  elongating  microbiome  when  using  waste  streams  containing  diverse  substrates  and  microorganisms.An  additional  hurdle  to  the  commercialization  of  LCE  and  MCCA  production  is  the  need  to  incorporate  filtration  steps  after  chain  elongation  and  before  downstream  MCCA  extraction  and  recovery.  To  address  this  issue,  we  developed  an  integrated  anaerobic  dynamic  membrane  bioreactor  (AnDMBR)  and  continuous  liquid-liquid  extraction  and  in-situ  membrane  separation  (CLEANS)  unit  for  MCCA  production  and  recovery.  The  AnDMBR  demonstrated  significant  MCCA  production  with  a  maximum  bioreactor  permeate  caproic  acid  concentration  of  184.5  ±  2.5  mM  C.  The  dynamic  membrane  produced  a  high  quality  permeate  with  an  average  total  suspended  solids  (TSS)  concentration  of  0.6  ±  0.l  g/L  and  average  TSS  removal  percentage  of  94.8  ±  4.3  %.  The  solids-liquid  separation  provided  by  the  dynamic  membrane  allowed  for  continuous  integration  of  the  AnDMBR  and  CLEANS  extraction  unit  without  intermediate  filtration  steps.  The  CLEANS  system  achieved  high  MCCA  extraction  efficiency  and  reached  a  peak  caproic  acid  recovery  of  97.3  ±  2.7  %.  The  significant  MCCA  production,  high  quality  bioreactor  permeate,  and  high  extraction  unit  efficiency  demonstrate  that  an  integrated  AnDMBR-CLEANS  system  is  a  promising  technology  for  MCCA  production  and  recovery.MCCA  toxicity  has  been  well  documented  in  pure  culture  and  previous  LCE  studies  and  is  responsible  for  a  significant  reduction  in  MCCA  production.  We  also  observed  inhibition  in  our  bioreactor  system  after  a  period  of  high  MCCA  production  resulting  in  a  substantial  decrease  in  MCCA  production.  We  explored  how  MCCA  toxicity  shaped  the  activity  and  function  of  key  chain  elongating  populations  (Megasphaera,  Pseudoramibacter,  and  Caproiciproducens)  in  our  mixed  culture  chain  elongation  AnDMBR  system.  We  monitored  the  relative  activity  (using  16S  rRNA  sequence  analysis)  and  chain  elongation  activity  (using  reverse  transcription-quantitative  PCR)  of  these  chain  elongating  populations  to  characterize  their  response  to  MCCA  toxicity.  The  results  demonstrated  that  the  Caproiciproducens  population  was  inhibited  at  high  MCCA  concentrations  but  recovered  and  became  active  as  MCCA  concentrations  declined.  In  contrast,  Megasphaera  and  Pseudoramibacter  populations  remained  active  under  higher  MCCA  levels,  suggesting  greater  tolerance  to  MCCAs.  This  study  provides  new  insights  into  how  MCCA  toxicity  differentially  impacts  chain  elongating  populations  and  highlights  the  importance  of  understanding  population  level  microbial  community  dynamics  in  chain  elongation  systems. With  a  growing  interest  in  organic  waste  valorization,  this  dissertation  fills  a  critical  gap  in  our  understanding  of  waste  stream  based  MCCA  production  using  LCE.  Collectively,  this  dissertation  expanded  our  understanding  of  the  impacts  of  waste  stream  composition  on  chain  elongation,  developed  integrated  technologies  for  MCCA  production  and  recovery,  and  provided  a  deeper  understanding  of  MCCA  toxicity  impacts  on  the  chain  elongation  microbiome. 
■590    ▼aSchool  code:  0127.
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■690    ▼a0410
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bEnvironmental  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-02B.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17359858▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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