Scaling glucose-based rhamnolipid production with engineered Pseudomonas putida: Environmental and economic challenges from plasmid-based pilot test to antibiotic-free industry simulation

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides an integrated LCA-LCC framework for assessing sustainability of biosurfactant production, useful for bioprocess engineers and sustainability analysts.

背景 ラムノリピッドは生分解性バイオサーファクタントであり、化粧品、農業、環境修復に応用されている。しかし、工業生産は資源集約的な発酵、曝気、下流処理により、環境的および経済的課題に直面している。さらに、非病原性宿主と抗生物質を使用しない運転が要求され、通常はより低い力価をもたらす。本研究は、改変された Pseudomonas putida KT2440 を唯一の炭素源としてグルコースを用いたラムノリピッド生産の環境的および経済的持続可能性を評価する。方法 抗生物質を用いたプラスミドベースの発現系を使用した30 Lおよび150 Lパイロット発酵からの実験データを用いて、ゲノム統合型で抗生物質を含まない株を用いた工業規模生産（1バッチあたり5,000 kg）を表すプロセスシミュレーションを開発した。ライフサイクルアセスメント（LCA）およびライフサイクルコスティング（LCC）手法を統合し、環境負荷と経済的パフォーマンスを定量化した。ライフサイクルインベントリデータは、グルコースベースの発酵プロセスの資源投入、排出、およびコスト要素を捕捉した。結果 パイロット発酵では、ラムノリピッド力価1.9–2.21 g/L、収率0.01–0.11 g/gグルコースを達成した。工業規模では、プロセスは製品1 kgあたり109.30 kg CO2-eqの地球温暖化係数を示し、発酵（50.70 kg CO2-eq）と培地調製（44.96 kg CO2-eq）が主要な寄与因子であった。水消費量は製品1 kgあたり185.28 m3の水不足に達した。グルコース消費量（61.80 kg/kg製品）がコストを支配し、製品1 kgあたり€33.25で、培地調製費用の95%を占めた。下流精製は12.30 kg CO2-eqに寄与し、製品1 kgあたり137.34 kgの水を必要とした。スケールアップは規模の経済を通じて経済的実行可能性を向上させたが、環境影響は並行する効率改善なしに増加した。結論 この統合LCA-LCCフレームワークは、グルコース消費と水集約的処理を重要な持続可能性のボトルネックとして特定する。将来の株工学は、経済的に実行可能で環境的に持続可能な工業規模のラムノリピッド生産を達成するために、抗生物質を使用しない運転と生産性向上のバランスを取らなければならない。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Background Rhamnolipids are biodegradable biosurfactants with applications in cosmetics, agriculture, and environmental remediation. However, industrial production faces environmental and economic challenges due to resource-intensive fermentation, aeration, and downstream processing. Additionally, non-pathogenic hosts and antibiotic-free operation are required, which typically result in lower titers. This study evaluates the environmental and economic sustainability of rhamnolipid production using engineered Pseudomonas putida KT2440 on glucose as the sole carbon source. Methods Experimental data from 30 L and 150 L pilot fermentations using a plasmid-based expression system with antibiotics were used to develop process simulations representing industrial-scale production (5,000 kg per batch) with genome-integrated, antibiotic-free strains. Life Cycle Assessment (LCA) and Life Cycle Costing (LCC) methodologies were integrated to quantify environmental burdens and economic performance. Life Cycle Inventory data captured resource inputs, emissions, and cost elements for the glucose-based fermentation process. Results Pilot fermentations achieved rhamnolipid titers of 1.9–2.21 g/L with yields of 0.01–0.11 g/g glucose. At industrial scale, the process exhibited a global warming potential of 109.30 kg CO 2 -eq per kg product, with fermentation (50.70 kg CO 2 -eq) and media preparation (44.96 kg CO 2 -eq) as primary contributors. Water consumption reached 185.28 m 3 water deprivation per kg product. Glucose consumption (61.80 kg/kg product) dominated costs at €33.25/kg product, representing 95% of media preparation expenses. Downstream purification contributed 12.30 kg CO2-eq and required 137.34 kg water per kg product. Scale-up improved economic viability through economies of scale, though environmental impacts increased without parallel efficiency improvements. Conclusions This integrated LCA-LCC framework identifies glucose consumption and water-intensive processing as critical sustainability bottlenecks. Future strain engineering must balance antibiotic-free operation with productivity improvements to achieve economically viable and environmentally sustainable industrial-scale rhamnolipid production.

• semanticscholar https://doi.org/10.12688/openreseurope.22080.1first seen 2026-05-06 00:09:18 · last seen 2026-08-12 05:22:39