Onderzoek Iris Cornet

Abstract

Microbiële olie is een noodzakelijk alternatief voor fossiele of plantaardige olie in de toekomst. Bulkproductie is echter nog niet economisch haalbaar. Verdunde lignocellulosehoudende afvalstromen zijn een goedkope en daarom interessante bron van koolstof voor de productie van microbiële olie. Het gebruik van reversibele immobilisatie van oliehoudende gist in een continue reactor met het verzamelen van de cellen waarin de olie werd geaccumuleerd heeft nog veel gebreken. Een hoge celconcentratie, hoge olieaccumulatie en efficiënte hermobilisatie van de cellen zijn uiterst belangrijk. Dit vergt een complexe interactie tussen dragermateriaal, het micro-organisme en de mediumsamenstelling. In dit project worden verschillende hoog innovatieve oplossingen onderzocht. Er wordt geëvalueerd of de aanwezige lignocellulosehoudende inhibitors (furaanaldehyden, organische zuren en fenolen) in het substraat de natuurlijke immobilisatie van de gistcellen verbeteren. Voor het verder verhogen van de immobilisatie-efficiëntie worden het toepassen van co-immobilisatie met een schimmel en het gebruik van zwitterion polymeren voor eenvoudige reversibele immobilisatie bestudeerd. Stamverbetering die rekening houdt met de verschillende vereisten voor de micro-organismen gebeurt door adaptieve laboratoriumevolutie. Deze innovaties moeten leiden tot een efficiënt systeem waarbij de inhibitoren uit de verdunde lignocellulosehoudende afvalstroom gevaloriseerd worden onder de vorm van microbiële olie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Cornet Iris
• Co-promotor: Vlaeminck Siegfried
• Mandaathouder: Vanderveken Ines

Onderzoeksgroep(en)

• Biochemische Afvalwater Valorisatie & Zuivering (BioWaVE)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

De productie van single-cell protein (SCP) op afvalwater van de voedingsindustrie is een methode waarbij organische stoffen en stikstof worden opgewaardeerd tot eiwit voor diervoeder. Dit afvalwater is economisch gezien geschikt voor een snelle productie van aërobe heterotrofe micro-organismen (AHM) in open systemen. Schommelingen die inherent zijn aan deze aanpak leiden echter tot variabiliteit in de voedingskwaliteit van SCP, en de verwerkingskosten vormen nog steeds een uitdaging voor de toepasbaarheid van SCP-technologie. Hoewel een reeks biotechnologische methoden het potentieel van biostimulatie (co-substraatdosering) of bioaugmentatie (toevoegen van doelorganismen) heeft aangetoond, zijn deze methoden nog niet onderzocht voor SCP-productie op afvalwater. SMArT beoogt een stabiele microbiële gemeenschap te creëren die leidt tot een betere voedingskwaliteit, gebruikmakend van slimme strategieën voor biostimulatie en -augmentatie, hernieuwbare co-substraten, en bacteriën en gist met een grote kans op succes. De keuze en dosering van biostimulanten zal worden getest met AHM uit verrijkingsculturen en literatuur. We zullen werken met een kweekreactor met optimale groeiomstandigheden die gekoppeld wordt aan de reguliere SCP-reactor. Op basis van de opbrengst en de kwaliteit van de biomassa, zal de beste configuratie worden getest met echt effluent. De slimme gemeenschapstechnologie van SMArT beoogt een beter SCP-product dat aantrekkelijk is als duurzaam voederbestanddeel.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Cornet Iris
• Mandaathouder: González Cámara Sergio

Onderzoeksgroep(en)

• Biogebaseerde duurzaamheidsengineering (SUSTAIN)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het doel van "FLAXIT" is het ontwikkelen van zeer selectieve biokatalytische reacties voor het creëren van volledig hernieuwbare moleculen, waarbij vlaszaad als grondstof wordt gebruikt. Voor elke ton lange vlasvezels wordt in België 0,7 ton vlaszaad geproduceerd, dat als een nevenstroom wordt beschouwd, waarvan 30-40% olie is die voornamelijk wordt gebruikt voor technische toepassingen in het lagere marktsegment. De overige 60-70% wordt gebruikt als diervoeder. Met de bedoeling de vlasproductie te verdubbelen om aan de groeiende vraag naar vezels te voldoen, zullen de vlastelers in België grotere hoeveelheden vlaszaad als bijproduct produceren. In dit project zullen we de diverse biomoleculen, namelijk olie (bestaande uit meervoudig onverzadigde vetzuren), koolhydraten en eiwitten die in vlaszaad aanwezig zijn, optimaal benutten. Met behulp van extractie en biokatalytische transformaties creëren we innovatieve waardeketens die nieuwe mogelijkheden bieden voor landbouwers, de industrie en de samenleving in België. Dit project brengt een multidisciplinair team samen om enzymatische- en microbiële transformaties te gebruiken voor de productie van (i) methyl-, ethyl- en polyglycerolesters uit vlaszaadolie voor gebruik in persoonlijke verzorging en cosmetische toepassingen, (ii) dicarbonzuren met lange keten uit vlaszaadolie en koolhydraten voor bijvoorbeeld nieuwe polymeren en cosmetische toepassingen, en (iii) eiwitten/peptiden & water oplosbare voedingsvezels uit de ontvette vlaszaadkoek voor techno-functionele toepassingen in voedingsmiddelen. Op deze manier streven wij naar een zero-waste proces voor de valorisatie van vlaszaad.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Cornet Iris

Onderzoeksgroep(en)

• Biochemische Afvalwater Valorisatie & Zuivering (BioWaVE)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het algemene wetenschappelijke doel van WODCA is het creëren van nieuwe, duurzame, betaalbare lange-keten dicarbonzuren (LCDA) uit afvalolie die relevant zijn voor industriële toepassingen zoals hoogwaardige polymeren, smeermiddelen, coatings, corrosie-inhibitoren, etc. Hiervoor worden nieuwe niet-pathogene micro-organismen ontwikkeld als biokatalysator in een geoptimaliseerd fermentatieproces op basis van gebruikte frituurolie, gevolgd door een innovatieve membraangebaseerde zuivering om LCDA's van hoge zuiverheid te bekomen die geschikt zijn voor verschillende Vlaamse chemische bedrijven.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Cornet Iris

Onderzoeksgroep(en)

• Biochemische Afvalwater Valorisatie & Zuivering (BioWaVE)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Dit project beoogt de ontwikkeling van innovatieve manieren voor de productie van geavanceerde (bio)brandstoffen uit microalgen en lignocellulosematrices voor weg- of luchttransport en toepasbaar op nationaal grondgebied. Het richt zich op de ontwikkeling van innovatieve en competitieve technologische productieschema's om België te positioneren als een gedifferentieerde strategische partner en speler voor de eco-efficiënte productie van geavanceerde alternatieve (bio)brandstoffen van de tweede en derde generatie. Het project is een samenwerking tussen ULiège, UGent, UCLouvain en UAntwerpen. Binnen dit project, BioWAVE, coördineert UAntwerpen het onderzoek naar de biochemische conversie en fermentatie van geoptimaliseerde en gemodificeerde lignocellulosematrices met als innovatief doel een unieke voorbehandelingsaanpak te combineren met een uniek detoxificatieproces voor een eenstapsproductie van bio-ethanol van de tweede generatie. Bioethanol zal geproduceerd worden uit lignocellulose, zoals populierenhout en maïsstro, wild type en genetisch gemodificeerd met een lager ligninegehalte zoals geleverd door de UGent. Dit proces is een meerstappenbenadering met unitaire operaties van voorbehandeling, hydrolyse (vaak enzymatisch), fermentatie en rectificatie/distillatie om bio-ethanol te produceren dat geschikt zou zijn voor integratie in transportbrandstoffen. Een optie waaraan in dit ADV_BIO-project de voorkeur wordt gegeven, is stoomexplosie. Hoewel stoomexplosie op het eerste gezicht aantrekkelijk is omdat hierbij alleen water en geen chemische stoffen worden gebruikt, komen bij deze methode "toxische" verbindingen vrij die het daaropvolgende versuikeringsproces remmen en ook de fermentatie van bio-ethanol kunnen belemmeren, waardoor het productierendement daalt. De belangrijkste remmers zijn furaanverbindingen (2-furfural of 5-hydroxymethylfurfural), zwakke organische zuren, maar ook fenolverbindingen die afkomstig zijn van de afbraak van lignine. Deze laatste worden als het meest problematisch beschouwd en moeten uit de reactiemedia worden verwijderd. Een onderzoeksactie is erop gericht te voorkomen dat lignine de omzetting van lignocellulosehoudende biomassa belemmert, in de eerste plaats door genetisch gemodificeerde planten te gebruiken met een lager ligninegehalte. Bij de stoomexplosie worden de ligninebindingen verbroken en komen fenolhoudende afbraakproducten vrij in de vloeistof. Het is bewezen dat na een zeer strenge voorbehandeling repolymerisatie tot lignine kan optreden, met nieuw gevormde bindingen die moeilijker af te breken zijn. Om deze ongewenste repolymerisatie te voorkomen wordt het toevoegen van hernieuwbare additieven tijdens het stoomexplosieproces onderzocht. Verwijdering van de resterende fenolverbindingen, en mogelijk andere remmende verbindingen, kan worden bereikt door gebruik te maken van biologische detoxificatie als een geïntegreerde of aanvullende stap. Laccase-detoxificatie van lignocellulosematrices die met stoomexplosie zijn behandeld, blijkt de suikeropbrengst tijdens enzymatische hydrolyse te verhogen. Tijdens dit detoxificatieproces worden ook furaanverbindingen en organische zuren geëlimineerd. In dit onderzoeksdeel wordt dus verbeterde lignocellulosebiomassa (UGent) toegepast voor een relevant industrieel proces voor de productie van bio-ethanol, waarbij gebruik wordt gemaakt van stoomexplosie en gelijktijdige versuikering en fermentatie. Daarnaast worden innovatieve technologieën, zoals suppletie tijdens de stoomexplosie en laccase en microbiële detoxificatie toegepast om de totale conversie te verhogen. Dit zal uiteindelijk leiden tot de combinatie van een unieke voorbehandelingsaanpak met een uniek ontgiftingsproces voor de productie in één stap van bio-ethanol van de tweede generatie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Cornet Iris

Onderzoeksgroep(en)

• Biochemische Afvalwater Valorisatie & Zuivering (BioWaVE)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

In LIPTYDA zullen we duurzame lange-keten dicarbonzuren (LCDA's) creëren die van groot belang zijn voor verschillende Vlaamse bedrijven omdat ze gericht zijn op verschillende toepassingen zoals hoogwaardige polymeren, weekmakers en smeermiddelen. De huidige productie van dicarbonzuren is grotendeels afhankelijk van fossiele grondstoffen en chemische processen, en is bovendien beperkt tot middellangeketenproducten. In LIPTYDA zullen we ons richten op de nieuwe lange-keten dicarbonzuren uit vetputafval (GTW), dat overvloedig beschikbaar is in de voedselverwerkende industrie, waar het wordt ingezameld tijdens de waterzuivering. Het hergebruik van GTW is marginaal omdat het verontreinigd is met voedselresten, en het wordt bijgevolg hoofdzakelijk verbrand of gestort op stortplaatsen. Toch zien we een enorm potentieel voor GTW in biologische fermentatieprocessen: verschillende LCDA-producerende gistsoorten gedijen goed op lipiden. Eerst zullen we het GTW grondig karakteriseren en op basis van de resultaten een geschikte voorbehandeling ontwikkelen. Vervolgens zullen we geavanceerde screening en synthetische biologie toepassen om een giststam te verkrijgen die in staat is om bij hoge temperaturen te groeien. Dit is immers nodig om GTW in vloeibare toestand te krijgen en een goede omzetting naar LCDA's te garanderen. Tenslotte zullen we, terwijl we werken met ongebruikelijke temperaturen en nieuwe stammen en grondstoffen, een nieuw fermentatieproces ontwikkelen met gebruikmaking van geavanceerde reactor- en fermentatietechnologie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Cornet Iris

Onderzoeksgroep(en)

• Biochemische Afvalwater Valorisatie & Zuivering (BioWaVE)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Verdunde fenolrijke stromen komen regelmatig voor in lignocellulosegebaseerde bioraffinaderijen. Fenolen worden vandaag de dag vaak als afval beschouwd. Enkele micro-organismen kunnen via fermentatie fenolen omzetten tot waardevolle intracellulaire componenten. Hierdoor wordt de lastige afvalstroom een grondstof en een economische opportuniteit. Om deze verdunde fenolstromen efficiënt te concentreren als intracellulaire componenten in microorganismen is het noodzakelijk het proces te versnellen. In de praktijk gebeurt dit vaak door de hoeveelheid micro-organismen, dus de biokatalysator, te verhogen en zo hoge celconcentraties te creëren. Voor het geïntegreerd fermenteren en terugwinnen van de intracellulaire producten ontbreekt een efficiënt economisch proces. Onze hypothese is dat het ontwerp van een nieuw reactortype, namelijk een reversibele geïmmobiliseerde celreactor (RIR), een mogelijke oplossing biedt. In deze reactor gebeurt achtereenvolgens adhesie van de cellen op een geschikte drager, fermentatie, en tenslotte desorptie om de intracellulaire componenten terug te winnen. Als een case-studie wordt de productie van microbiële olie onderzocht vertrekkend vanuit het fenolrijke hydrolysaat bekomen bij de thermochemische behandeling van lignocellulose. Het doel van dit project is het ontwerp van een economisch haalbaar proces voor het valoriseren van deze fenolrijke stroom. Het nieuwe proces zal bijdragen tot het bekomen van een biomassa-gebaseerde circulaire economie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Cornet Iris
• Co-promotor: Dries Jan
• Co-promotor: Vlaeminck Siegfried
• Mandaathouder: Broos Waut

Onderzoeksgroep(en)

• Biochemische Afvalwater Valorisatie & Zuivering (BioWaVE)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Natuurlijke diep eutectische solventen (NADES) zijn beloftevol als media voor enzymatische reacties in sectoren waar (bio)compatibiliteit met natuurlijke of medische producten noodzakelijk is. In theorie kunnen zij samengesteld worden in functie van de beoogde reactie, doch vandaag is de benodigde kennis hoofdzakelijk empirisch, terwijl mechanistische inzichten op hun best gefragmenteerd zijn. Het louter verklaren van experimentele waarnemingen is daardoor vandaag niet evident, laat staan het maken van voorspellingen. Deze doctoraatsstudie zal een gestructureerd begrip ontwikkelen van het effect van NADES op enzymatische reacties, waarbij het onderscheid tussen oplosbaarheid, solvatatie, viscositeit, inhibitie en denaturatie duidelijk wordt. De oplosbaarheid, solvatatie-energie en viscositeit worden voorspeld door ab initio en moleculaire dynamica berekeningen, die gebruikt worden in een groepsbijdrage model op basis van machinaal leren. Zowel het trainen als valideren van dit model gebeurt door experimenten. Inzichten uit vastgestelde reactiekinetica zullen afgetoetst worden tegen moleculaire dynamica berekeningen van interacties van NADES met de enzymen. Structuurveranderingen van deze enzymen worden aangetoond door Raman optische activiteit spectroscopie. De combinatie van deze onderzoeksmethode garandeert de opbouw van fundamentele kennis, terwijl het groepsbijdrage model een gestructureerde methodologie biedt. De inzichten opgebouwd in dit project kunnen getransfereerd worden naar andere toepassingsdomeinen van NADES.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Billen Pieter
• Co-promotor: Cornet Iris
• Co-promotor: Neyts Erik
• Mandaathouder: Kovács Attila

Onderzoeksgroep(en)

• Intelligentie in processen, geavanceerde katalysatoren en solventen (iPRACS)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Tijdens de thermochemische voorbehandeling van de biotechnologische productie van chemicaliën uit de polysacchariden in lignocellulose, wordt een vaste fractie verkregen, hoofdzakelijk bestaande uit cellulose, en een lignine-afvalstroom, de zogenaamde xylose-rijke fractie (XRF). XRF bevat enige restsuiker, toxische fenolen en furanen. Het doel van het onderzoeksproject is om een techniek te onderzoeken om bijna volledige verwijdering van de lignine-afvalstroom te verkrijgen door lipidenproducerende bacteriën te gebruiken, meer bepaald, Rhodococcus sp. Van Rhodococcus is bekend dat het fenolverbindingen kan metaboliseren. Om te slagen moeten echter een aantal hindernissen worden genomen, (i)de furanen en sommige fenolen kunnen toxisch zijn voor het micro-organisme, (ii) herpolymerisatie van het lignine kan optreden, (iii) het lignine is waarschijnlijk niet volledig afgebroken, (iv) oligomeren van lignine- en lignine-cellulosecomplexen kunnen nog steeds aanwezig zijn, (v) het is niet bekend of de Rhodococcus deze oligomeren kan afbreken. Door analyse van de suikers, furanen, fenolen en de aard van de oligomeren of partikels, kan inzicht worden verkregen in het proces. Op basis van deze kennis zal een toolbox met technieken gebruikt worden om dit op te lossen, d.w.z. adaptatie van het micro-organisme, commerciële cellulasen en laccases, alfa-naftol om herpolymerisatie van de lignine te voorkomen, gebruik van andere bacteriën, ....

Onderzoeker(s)

• Promotor: Cornet Iris
• Co-promotor: Tavernier Serge

Onderzoeksgroep(en)

• Biochemische Afvalwater Valorisatie & Zuivering (BioWaVE)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Tijdens de thermochemische voorbehandeling van de biotechnologische productie van chemicaliën uit de polysacchariden in lignocellulose, wordt een vaste fractie verkregen, hoofdzakelijk bestaande uit cellulose, en een lignine-afvalstroom, de zogenaamde xylose-rijke fractie (XRF). XRF bevat enige restsuiker, toxische fenolen en furanen. Het doel van het onderzoeksproject is om een techniek te onderzoeken om bijna volledige verwijdering van de lignine-afvalstroom te verkrijgen door lipidenproducerende bacteriën te gebruiken, meer bepaald, Rhodococcus sp. Van Rhodococcus is bekend dat het fenolverbindingen kan metaboliseren. Om te slagen moeten echter een aantal hindernissen worden genomen, (i)de furanen en sommige fenolen kunnen toxisch zijn voor het micro-organisme, (ii) herpolymerisatie van het lignine kan optreden, (iii) het lignine is waarschijnlijk niet volledig afgebroken, (iv) oligomeren van lignine- en lignine-cellulosecomplexen kunnen nog steeds aanwezig zijn, (v) het is niet bekend of de Rhodococcus deze oligomeren kan afbreken. Door analyse van de suikers, furanen, fenolen en de aard van de oligomeren of partikels, kan inzicht worden verkregen in het proces. Op basis van deze kennis zal een toolbox met technieken gebruikt worden om dit op te lossen, d.w.z. adaptatie van het micro-organisme, commerciële cellulasen en laccases, alfa-naftol om herpolymerisatie van de lignine te voorkomen, gebruik van andere bacteriën, .... Het voorliggende project focust op het eerst deel van dit onderzoek, namelijk de xylosehoudende afvalstroom karakteriseren en de toxiciteit van de individuele componenten voor Rhodococcus onderzoeken.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Cornet Iris

Onderzoeksgroep(en)

• Biochemische Afvalwater Valorisatie & Zuivering (BioWaVE)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Voorbehandeling is een kritieke stap bij de omzetting van lignocellulose in biobrandstoffen en biochemicaliën. Tijdens de voorbehandeling wordt de recalcitrantie van lignocellulose verminderd waardoor de koolhydraten toegankelijker worden voor enzymatische versuikering. Schimmeldelignificatie door witrotschimmels is een milieuvriendelijk alternatief voor chemische en fysicochemische methoden en wordt uitgevoerd in vastestoffermentatie met milde reactieomstandigheden en zonder de vorming van microbiële inhibitoren. Nadelen van deze technologie zijn echter de lange voorbehandelingstijd, de niet-selectieve en geringe delignificatie, de lage enzymatische hydrolyse en de vereiste sterilisatie van de grondstof. Deze studie onderzoekt de mogelijkheid om de vaste-stof schimmelvoorbehandeling van populierenhout door Phanerochaete chrysosporium te verbeteren en te karakteriseren. De effecten van MnSO4 en CuSO4 supplementen op de delignificatie van gesteriliseerd hout worden onderzocht met behulp van response surface methodologie. Vastestoffermentaties worden gedurende 4 weken uitgevoerd in steriele geventileerde flessen. Het mechanisme van de gecoördineerde werking van de metaalionen op de lignineafbraak wordt opgehelderd door de schimmelgroei en de ligninolytische enzymactiviteit te relateren aan de lignocelluloseafbraak als functie van de voorbehandelingstijd. Het geoptimaliseerde systeem met metaalsupplementen wordt vervolgens toegepast op de voorbehandeling van niet-gesteriliseerd hout met behulp van verschillende inoculatietechnieken, voedingsstoffen en cultuurtechnieken. De fermentaties worden vervolgens geanalyseerd met infraroodspectroscopie, in het bijzonder NIR- en ATR-FTIR-spectroscopie, om snelle kwantificeringsmethoden voor lignine te ontwikkelen. Ten slotte wordt de haalbaarheid van de productie van fermenteerbare suikers uit gesteriliseerd en niet-gesteriliseerd populierenhout met behulp van een schimmelvoorbehandeling geëvalueerd door middel van een technisch-economische analyse. Voorbehandeling van het hout met 2,01 µmol CuSO4 en 0,77 µmol MnSO4 g-1 hout resulteerde in een 1,9-voudig hogere lignineafbraak, een 2,3-voudig hogere selectiviteitswaarde voor delignificatie en een 2,9-voudig hogere glucoseopbrengst. Dit kan worden verklaard door de gezamenlijke werking van Mn2+ en Cu2+ ionen, waarbij Mn2+ ionen de productie van mangaanperoxidase stimuleren en Cu2+ deze verlengt. Schimmelvoorbehandeling onder niet-steriele omstandigheden met behulp van schotels zonder steriele beluchting. resulteerde in een vergelijkbaar hoge glucoseopbrengst (28,51 ± 0,28%) als de traditionele methode waarbij gesteriliseerd hout, steriele beluchting en sporen als inoculum werden gebruikt, terwijl de hoeveelheid te steriliseren hout met 71,2% werd verminderd. Op infraroodspectroscopie gebaseerde methoden met hoge determinatiecoëfficiënten (R_CV^2 ≥ 0.87) werden ontwikkeld voor een snelle en betrouwbare voorspelling van lignine in schimmelig voorbehandeld hout. De technisch-economische studie toonde aan dat het gebruik van niet-gesteriliseerd hout als substraat en voorgekoloniseerd hout als inoculum resulteerde in een verlaging van de suikerproductiekosten met 14,5% (€2,15/kg) in vergelijking met het gebruik van gesteriliseerd hout. Deze kostenverlaging kan worden toegeschreven aan de lagere gebruikskosten door de verminderde noodzaak tot sterilisatie. Hoewel veelbelovende kostenreducties aangetoond werden, bleef schimmelvoorbehandeling duurder dan conventionele chemische en fysicochemische methoden vanwege de hoge kapitaalkosten veroorzaakt door factoren zoals lange voorbehandelingstijd en lage suikeropbrengsten. Om deze uitdagingen te overwinnen, is het cruciaal om prioriteit te geven aan verder onderzoek dat zich richt op het screenen en ontwikkelen van schimmelstammen met snelle groeisnelheden, een hoge optimale groeitemperatuur en selectieve lignine-afbraakcapaciteiten, evenals procesoptimalisatie en opschaling.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Vlaeminck Siegfried
• Co-promotor: Cornet Iris
• Co-promotor: Tavernier Serge
• Mandaathouder: Wittner Nikolett

Onderzoeksgroep(en)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Het voorgestelde onderzoeksproject beoogt het tonen van de geschiktheid en verklaren van het effect van nieuwe, groene solventen, natuurlijke diepe eutecticum solventen (NADES), op enzymatische reacties. NADES zijn eutectische mengsels van twee of meerdere primaire biologische metabolieten (sacchariden, aminozuren, organische zuren, ureum, choline, polyolen) die vloeibaar zijn op of net boven kamertemperatuur, door aanwezigheid van netwerkvormende waterstofbruggen. Hoewel ze eerder onderzocht zijn als groene extractiesolventen, zijn publicaties over hun gebruik voor enzymatische reacties schaars. Voor het eerst zullen wij de invloed van NADES op enzymatische reacties disaggregeren in volgende effecten: solvatatie-energie, massatransfer in bulk en stabiliteit van enzyme-substraat-intermediaren. Een goed gekende enzymatische omzetting, nl. de deacetylering van mannosylerythritol lipide (MEL) mengels met Novozym 435 (een commercieel lipase), zal uitgevoerd worden in NADES als voorbeeldsysteem. Hoewel geen multi-parametrische regressie wordt gedaan, worden kwalitatieve (en semi-kwantitatieve) inzichten vergaard via het koppelen van parametrische oplosbaarheidsmodellering (Hansen model, met experimentele validatie en input) met fysicochemische karakterisering (viscositeit, oppervlaktespanning) van NADES systemen, en concentratie- (substraat, enzyme) en temperatuursafhankelijke kinetische experimenten en modellering. Het geanticipeerde resultaat van dit project is een aanduiding van enzymatische efficiëntie in doelgerichte NADES, en een ontleding van de marginale efficiëntieverandering naar solvatatie, activiteit en massatransferverschillen in vergelijking met traditionele organische solventsystemen.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Billen Pieter
• Co-promotor: Cornet Iris

Onderzoeksgroep(en)

• Intelligentie in processen, geavanceerde katalysatoren en solventen (iPRACS)
• Biochemische Afvalwater Valorisatie & Zuivering (BioWaVE)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Zeer langketenige vetzuren (VLCFA's) zijn vetzuren met een ketenlengte van meer dan 20 koolhydraten. Ze vertegenwoordigen een waardevolle klasse van chemicaliën die in verschillende industrieën kunnen worden gebruikt. Tegenwoordig worden zij geproduceerd uit plantaardige oliën en petrochemische grondstoffen. Om de VLCFA-productie duurzamer te maken lijkt de microbiële VLCFA-synthese door Rhodococcus-soorten de perfecte oplossing. Helaas is de huidige kennis over VLCFA productie met Rhodococcus beperkt. Daarom stelt dit project voor om deze leemte op te vullen. Voor het onderzoek naar de triggering effecten om hoge VLCFA-productie te bekomen zullen verschillende agro-industriële substraten als grondstof gebruikt worden. Het triggerende effect van de verbindingen op de genexpressie van de VLCFA-route zal worden geëvalueerd door RT-qPCR. De gewenste triggers moeten de VLCFA-titer verhogen. Verschillende Rhodococcus-stammen zullen op VLCFA-synthese onderzocht en geëvalueerd worden. De VLCFA-productie zal verder worden geoptimaliseerd door screening van verschillende mediumsamenstellingen, door de optimalisatie van omgevingsfactoren en, ten slotte, het gebruikte voedingspatroon. Het bekomen van hoge VLCFA-productiviteit kan leiden tot een nieuw productieproces van waardevolle bouwstenen voor de chemische industrie.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Tavernier Serge
• Co-promotor: Cornet Iris
• Co-promotor: Wijnants Marc
• Mandaathouder: Van Herck Jolien

Onderzoeksgroep(en)

• Biochemische Afvalwater Valorisatie & Zuivering (BioWaVE)

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Voorbehandeling van lignocellulosebiomassa is noodzakelijk om de aanwezige lignine te degraderen, de cellulosekristalliniteit te verlagen en de specifieke oppervlakte voor de enzymatische hydrolyse te verhogen. Fungale voorbehandeling is gebaseerd op een solid state cultuur waar de fungale mycelia in het substraat doordringen om zo door direct contact met de enzymen de lignine aan te vallen. In dit project worden de mechanismen en optimale omstandigheden van dit complex proces onderzocht om via gebruik van een stabiel consortium van samenwerkende micro-organismen een kortere voorbehandelingstijd te bekomen. Afzonderlijke fungale stammen groeien op houten chips van populier in een computer-gecontroleerde solid state fermentor. Het proces wordt opgevolgd in de tijd door de enzymactiviteiten van lignine-degraderende enzymen en cellulases alsook de concentraties aan koolhydraten te bepalen. Ook de groeisnelheid wordt bepaald door de zuurstofopnamesnelheid te meten in de solid-state reactor. Alle verzamelde informatie zal toelaten om een fungale voorbehandeling van lignocellulose met een microbieel consortium van synergetisch samenwerkende stammen te bekomen met een hoge ligninedegradatie. De efficiëntie van de voorbehandeling zal uiteindelijk beoordeeld worden op basis van de ethanolproductiviteit in een simultaan saccharificatie en fermentatieproces van voorbehandeld populierenhout.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Cornet Iris

Onderzoeksgroep(en)

• Biochemische Afvalwater Valorisatie & Zuivering (BioWaVE)

Project website

Project type(s)

• Onderzoeksproject

Abstract

Ondanks goede prestaties van solid state fermentatie (SSF) op laboschaal, bezit het proces op industriële schaal een aantal nadelen zoals slechte warmteoverdracht en moeilijke pH-regeling. Knelpunt is het gebrek aan informatie over de microbiële kinetiek in SSF als gevolg van de heterogene aard en complexiteit. Dit project beoogt het modelleren van groeikinetiek van Monascus op rijst op basis van experimenten in een computergestuurde SSF-reactor.

Onderzoeker(s)

• Promotor: Cornet Iris
• Co-promotor: Apers Sandra
• Co-promotor: Cos Paul

Onderzoeksgroep(en)

• Biochemische Afvalwater Valorisatie & Zuivering (BioWaVE)

Project type(s)

• Onderzoeksproject