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Biomanufacturing of value‐added products from oils or fats: A case study on cellular and fermentation engineering of Yarrowia lipolytica
Biotechnology and Bioengineering ( IF 3.5 ) Pub Date : 2021-01-20 , DOI: 10.1002/bit.27685 Na Liu 1 , Ya-Hue V Soong 1 , Iman Mirzaee 1 , Andrew Olsen 1 , Peng Yu 1 , Hsi-Wu Wong 1 , Dongming Xie 1
Biotechnology and Bioengineering ( IF 3.5 ) Pub Date : 2021-01-20 , DOI: 10.1002/bit.27685 Na Liu 1 , Ya-Hue V Soong 1 , Iman Mirzaee 1 , Andrew Olsen 1 , Peng Yu 1 , Hsi-Wu Wong 1 , Dongming Xie 1
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The United States produces more than 10 million tons of waste oils and fats each year. This paper aims to establish a new biomanufacturing platform that converts waste oils or fats into a series of value‐added products. Our research employs the oleaginous yeast Yarrowia lipolytica as a case study for citric acid (CA) production from waste oils. First, we conducted the computational fluid dynamics (CFD) simulation of the bioreactor system and identified that the extracellular mixing and mass transfer is the first limiting factor of an oil fermentation process due to the insolubility of oil in water. Based on the CFD simulation results, the bioreactor design and operating conditions were optimized and successfully enhanced oil uptake and bioconversion in fed‐batch fermentation experiments. After that, we investigated the impacts of cell morphology on oil uptake, intracellular lipid accumulation, and CA formation by overexpressing and deleting the MHY1 gene in the wild type Y. lipolytica ATCC20362. Fairly good linear correlations (R2 > 0.82) were achieved between cell morphology and productivities of biomass, lipid, and CA. Finally, fermentation kinetics with both glucose and oil substrates were compared and the oil fermentation process was carefully evaluated. Our study suggests that waste oils or fats can be economical feedstocks for biomanufacturing of many high‐value products.
中文翻译：
油脂增值产品的生物制造：解脂耶氏酵母细胞和发酵工程的案例研究
美国每年产生超过1000万吨的废油脂。本文旨在建立一个新的生物制造平台，将废油或脂肪转化为一系列增值产品。我们的研究采用含油酵母解脂耶氏酵母作为从废油生产柠檬酸 (CA) 的案例研究。首先，我们对生物反应器系统进行了计算流体动力学 (CFD) 模拟，并确定由于油在水中的不溶性，细胞外混合和传质是油发酵过程的第一个限制因素。基于 CFD 模拟结果，优化了生物反应器的设计和操作条件，并成功地提高了补料分批发酵实验中的油吸收和生物转化率。之后，我们通过过表达和缺失野生型解脂耶氏酵母 ATCC20362 中的 MHY1 基因来研究细胞形态对油吸收、细胞内脂质积累和 CA形成的影响。相当好的线性相关性 ( R 2 > 0.82) 在细胞形态和生物质、脂质和 CA 的生产力之间实现。最后，比较了葡萄糖和油底物的发酵动力学，并仔细评估了油发酵过程。我们的研究表明，废油或脂肪可以成为生物制造许多高价值产品的经济原料。
更新日期：2021-03-17
中文翻译：
油脂增值产品的生物制造：解脂耶氏酵母细胞和发酵工程的案例研究
美国每年产生超过1000万吨的废油脂。本文旨在建立一个新的生物制造平台，将废油或脂肪转化为一系列增值产品。我们的研究采用含油酵母解脂耶氏酵母作为从废油生产柠檬酸 (CA) 的案例研究。首先，我们对生物反应器系统进行了计算流体动力学 (CFD) 模拟，并确定由于油在水中的不溶性，细胞外混合和传质是油发酵过程的第一个限制因素。基于 CFD 模拟结果，优化了生物反应器的设计和操作条件，并成功地提高了补料分批发酵实验中的油吸收和生物转化率。之后，我们通过过表达和缺失野生型解脂耶氏酵母 ATCC20362 中的 MHY1 基因来研究细胞形态对油吸收、细胞内脂质积累和 CA形成的影响。相当好的线性相关性 ( R 2 > 0.82) 在细胞形态和生物质、脂质和 CA 的生产力之间实现。最后，比较了葡萄糖和油底物的发酵动力学，并仔细评估了油发酵过程。我们的研究表明，废油或脂肪可以成为生物制造许多高价值产品的经济原料。
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