Chitosan/oleamide Nanofluid for Enhancing Gas Utilization Efficiency in C1-gas Bioconversion
저자
Eungsu KANG ; Hyunsuk CHOI ; Ji Yeong LEE ; Min-sik KIM ; Jeong Geol NA ; Yoo Seong CHOI
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2021
작성언어
English
주제어
자료형태
학술저널
수록면
174-174(1쪽)
제공처
Microbial biotransformation using C1-gases (CH₄, CO) is a notable technique for sustainable, carbon-neutral chemical and fuel production. However, the low mass transfer coefficient (KLa) of C1-gases in biological processes has hampered the efficient production of value-added materials, despite efficient, nonnative strains having been recently developed. Here, we constructed a nanofluid material mainly composed of chitosan and oleamide (CS/OA), which was stably suspended with a particle size of 120.7 ± 39.0 ㎚ in aqueous culture media below pH 7.5. The kLa value was enhanced more than 1.5-fold with a reduction of surface tension even in the 0.0001 % (w/v) CS/OA nanofluid. In addition, when the nanofluid was applied into media for seed-cultivation of three C1-gas utilizing strains such as Methylomonas sp. DH-1, M. trichosporium OB3b, and Thermococcus onnurineus NA1 156T, the CS/OA nanoparticles attached to the cell surface, leading to a morphological change in the cell surface at extended lag-phase, and enhanced the specific cell growth rates (μmax), gas utilization efficiency in log-phase. Remarkably, the adapted strains from the seed culture using the CS/OA nanofluid media also had enhanced μmax in a subsequent subculture and the main culture using conventional culture media, resulting in higher C1 gas consumption, cell growth, and metabolite production such as formate and succinate. These results showed that the CS/OA nanofluid could be an effective medium component to enhance the gas utilization efficiency in C1-gas microbial bioconversion.Microbial biotransformation using C1-gases (CH₄, CO) is a notable technique for sustainable, carbon-neutral chemical and fuel production. However, the low mass transfer coefficient (KLa) of C1-gases in biological processes has hampered the efficient production of value-added materials, despite efficient, nonnative strains having been recently developed. Here, we constructed a nanofluid material mainly composed of chitosan and oleamide (CS/OA), which was stably suspended with a particle size of 120.7 ± 39.0 ㎚ in aqueous culture media below pH 7.5. The kLa value was enhanced more than 1.5-fold with a reduction of surface tension even in the 0.0001 % (w/v) CS/OA nanofluid. In addition, when the nanofluid was applied into media for seed-cultivation of three C1-gas utilizing strains such as Methylomonas sp. DH-1, M. trichosporium OB3b, and Thermococcus onnurineus NA1 156T, the CS/OA nanoparticles attached to the cell surface, leading to a morphological change in the cell surface at extended lag-phase, and enhanced the specific cell growth rates (μmax), gas utilization efficiency in log-phase. Remarkably, the adapted strains from the seed culture using the CS/OA nanofluid media also had enhanced μmax in a subsequent subculture and the main culture using conventional culture media, resulting in higher C1 gas consumption, cell growth, and metabolite production such as formate and succinate. These results showed that the CS/OA nanofluid could be an effective medium component to enhance the gas utilization efficiency in C1-gas microbial bioconversion.
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