Fermentationsläge och mediernas påverkan på produktion av 1,3-propandiol och organiska syror med Levilactobacillus brevis PD20.100

Att omvandla avfall till användbara material

Varje dag genererar industrier restmaterial som är svåra att återanvända, såsom rå glycerol från biodieselanläggningar och proteinrika rester från fiskförädling. Denna studie undersöker hur en särskilt anpassad mikroorganism kan omvandla dessa lågvärdiga biprodukter till 1,3-propandiol — en viktig ingrediens för mer miljövänliga plaster och hygienprodukter — tillsammans med nyttiga organiska syror. Genom att jämföra olika sätt att driva jäsningarna och olika näringsrecept söker forskarna en balans där hållbarhet, kostnad och produktivitet går ihop.

Från bränsleavfall och fiskrester till nya produkter

Arbetet fokuserar på 1,3-propandiol, en liten molekyl som används för att tillverka elastiska, slitstarka fibrer för kläder och andra produkter, samt ingredienser i kylarvätska, färger och kosmetika. Traditionellt produceras den från petroleum, men den kan också framställas av mikrober som ”äter” kolrika råvaror. Här använder teamet rå glycerol, en biprodukt från biodieselproduktion som ofta innehåller föroreningar, tillsammans med glukos som huvudsakliga kolkällor. För kväve — den andra stora näringsfaktorn mikrober behöver — testar de två alternativ: ett konventionellt näringsrikt labbmedium kallat modifierat MRS (mMRS) och fiskproteinhydrolysat (FPH), ett pulver framställt av fiskförädlingsrester. Målet är att se om FPH kan ersätta dyra laboratorieingredienser samtidigt som god produktion upprätthålls.

Hur mikroberna utför arbetet

Forskarna arbetar med en adaptivt utvecklad stam av mjölksyrabakterien Levilactobacillus brevis PD20.100, som tränats för att tåla höga halter socker och rå glycerol. Inuti cellerna delas glycerol upp mellan två kopplade grenar: en som omvandlar den till 1,3-propandiol och en annan som omvandlar den till mjölk- och ättiksyra. Dessa grenar delar interna ”elektroner”, så balansen mellan dem är avgörande. Om förhållandena är gynnsamma går mer flöde mot 1,3-propandiol; om inte blir mer kvar som syror. Studien testar hur mediens sammansättning (mMRS kontra FPH), cellformat (fritt flytande kontra immobiliserade i alginatkorn) och jäsningsstil (enkla satser, utfodrade satser och upprepade satser) flyttar denna balans.

Jämförelse av jäsningssätt

I enkla satser med suspenderade celler och båda kolkällorna vid 60 g/L gav mMRS de bästa resultaten och nådde omkring 39–40 g/L 1,3-propandiol med mycket hög omvandling av rå glycerol. Med FPH producerade mikroben fortfarande respektabla 27–31 g/L, men växte långsammare och lämnade mer substrat oanvänt, sannolikt eftersom FPH innehåller bittra eller hämmande peptider och saknar vissa vitaminer som finns i mMRS. Immobilisering av celler i alginatkorn förbättrade stabiliteten och möjliggjorde återanvändning, men sänkte typiskt topproduktionen jämfört med fritt suspenderade celler. När teamet provade utfodrade satser — där mer glycerol och glukos tillsattes över tid — gav ett särskilt utfodringsmönster i mMRS god prestanda, om än fortfarande under bästa satskörningen. Med FPH ledde samma strategier till lägre utbyten och tydligare avmattning över tid.

Återanvändning av celler och uppskalning

Upprepade satser, där celler eller korn cyklas genom färskt medium flera gånger, visade hur prestationen förändras över tid. Suspenderade celler i mMRS bibehöll hög 1,3-propandiolproduktion under flera cykler innan den gradvis sjönk, troligen eftersom stress och produktansamling försämrade cellernas hälsa. I FPH skedde denna nedgång tidigare och brantare, vilket pekar på kumulativa effekter av hämmande komponenter. Immobiliserade celler i alginatkorn visade ett liknande mönster: god initial prestanda i mMRS, men tydliga nedgångar efter några cykler, särskilt i FPH. Slutligen överförde forskarna processen till en styrd omrörd tankfermenterare med FPH. Med bättre kontroll av pH, omrörning och syrenivåer nådde systemet nästan 29 g/L 1,3-propandiol och använde rå glycerol mycket effektivare än i små skakkolvar.

Vad detta betyder för grönare produktion

Sammanfattningsvis visar studien att den utvecklade stammen L. brevis PD20.100 kan omvandla biodieselns biprodukt glycerol till värdefullt 1,3-propandiol och organiska syror under en rad förhållanden. Det konventionella mMRS-mediet ger fortfarande högst avkastning och snabbaste jäsningar, men fiskproteinhydrolysat — framställt av fiskförädlingsavfall — framstår som en lovande, billigare och mer hållbar kvävekälla. Med genomtänkt processdesign, noggrann styrning i bioreaktorer och vidare finjustering av FPH:s sammansättning argumenterar författarna för att detta tillvägagångssätt kan hjälpa industrin att omvandla två problematiska avfallsströmmar till användbara kemikalier, vilket främjar både cirkulär bioekonomi och grönare materialproduktion.

Citering: Alphy, M.P., Anjitha, S.K., Sherin, S.D. et al. Fermentation mode and media effects on 1,3-propanediol and organic acids production using Levilactobacillus brevis PD20.100. npj Mater. Sustain. 4, 17 (2026). https://doi.org/10.1038/s44296-026-00106-x

Nyckelord: 1,3-propandiol, rå glycerol, fiskproteinhydrolysat, mjölksyrabakterier, hållbar jäsning