SBIR Phase II: Efficient Production of a High Performance and Eco-Friendly Superabsorbent Microbial Biopolymer for Hygiene Applications

SBIR 第二阶段:高效生产用于卫生应用的高性能且环保的超吸收性微生物生物聚合物

基本信息

  • 批准号:
    1660217
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 74.99万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2017-03-15 至 2022-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Innovation Research Phase II project includes tremendous commercial potential, societal benefits, and scientific advances. Conventional superabsorbent polymers (SAP) are based on polyacrylates or polyacrylamides derived from petroleum feedstock. They are widely used in the absorbent cores of hygiene products, with disposable diapers representing approximately 85% of the global SAP market of $6B. Increasing consumer and supply chain demand for more natural, sustainable materials and products has driven the development of eco-friendly / natural labeled absorbent hygiene products (AHP). Eco-friendly diaper products currently make up about 3% of the global market and are experiencing strong growth at 10-15% compound annual growth rate (CAGR). This project will lead to the commercialization of a low-cost high-performance biobased SAP, offering significant environmental benefits as a more sustainable, eco-friendly alternative to petrobased SAP. This project could also generate positive economic impacts on domestic agriculture by creating new demand for bio-feedstocks such as waste glycerol. Finally, this project advances the scientific and technological state-of-the-art by developing a new bioprocess based on microbial co-cultures that could be extended to render more efficient, cost-effective routes for producing other biobased fuels and chemicals.The objectives of this Phase II research project are to develop a new biological route, based on microbial co-cultures, for cost-effective production of gamma-polyglutamic acid (PGA) and to commercialize cross-linked PGA SAP for AHP applications. In Phase I of this project, a microbial co-culture process was developed for efficient production of PGA via in-situ precursor production (ISPP) from low-cost bio-feedstocks. materials. Building on promising results in Phase I, further R&D will aim to reach pilot-scale production by the end of Phase II. Three specific technical objectives will be pursued: Objective 1: Strain engineering and bioprocess optimization to develop an ISPP fermentation process with commercially viable performance metrics. Objective 2: Optimization of downstream purification, SAP cross-linking, and finishing to produce a high performance finished PGA SAP product. Objective 3: Pilot-scale process demonstration to produce commercial quantities of PGA SAP for large scale customer/partner trials. This R&D plan will lead to transformative technological outcomes. The proposed process based on microbial co-cultures represents a distinct shift from the conventional paradigm of utilizing single-species monocultures for bioprocessing and offers substantial cost-savings. The engineering and process development strategies developed during this project will be transferrable for a broad range of other co-culture bioprocessing applications.
这个小企业创新研究第二阶段项目的更广泛的影响/商业潜力包括巨大的商业潜力,社会效益和科学进步。常规的超吸收聚合物(SAP)基于衍生自石油原料的聚丙烯酸酯或聚丙烯酰胺。它们广泛用于卫生产品的吸收芯,一次性尿布占全球SAP市场60亿美元的约85%。消费者和供应链对更天然、可持续的材料和产品的需求不断增加,推动了环保/天然标签吸收性卫生产品(AHP)的发展。环保纸尿裤产品目前约占全球市场的3%,并以10-15%的复合年增长率(CAGR)强劲增长。该项目将导致低成本高性能生物基SAP的商业化,作为石油基SAP的更可持续,生态友好的替代品,提供显着的环境效益。该项目还可以通过创造对废弃甘油等生物原料的新需求,对国内农业产生积极的经济影响。最后,该项目通过开发一种基于微生物共培养的新生物工艺来推进科学和技术的最新水平,该工艺可以扩展到生产其他生物基燃料和化学品的更有效、更经济的路线。该第二阶段研究项目的目标是开发一种基于微生物共培养的新生物路线,用于γ-聚谷氨酸(PGA)的经济有效的生产,并将用于AHP应用的交联PGA SAP商业化。在该项目的第一阶段,开发了一种微生物共培养工艺,用于从低成本生物原料通过原位前体生产(ISPP)高效生产PGA。材料.在第一阶段有希望的结果的基础上,进一步的研发将致力于在第二阶段结束时达到中试规模生产。将追求三个具体的技术目标:目标1:菌株工程和生物工艺优化,以开发具有商业可行性能指标的ISPP发酵工艺。目的2:优化下游纯化、SAP交联和精加工,以生产高性能PGA SAP成品。目标3:中试规模工艺演示,为大规模客户/合作伙伴试验生产商业数量的PGA SAP。这一研发计划将带来变革性的技术成果。基于微生物共培养物的拟议工艺代表了从利用单一物种单一培养物进行生物加工的传统范例的明显转变,并提供了大量的成本节约。该项目期间开发的工程和工艺开发策略将可用于广泛的其他共培养生物加工应用。

项目成果

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