I rifiuti industriali possono essere raccolti e modificati per analizzare la crescita microbica. Le tecniche di estrazione della lignocellulosa forniscono componenti per analizzare la capacità di biodegradazione specifica. La gascromatografia-spettrometria di massa identifica i prodotti di fermentazione di microrganismi cresciuti sugli scarti della pasta di legno. Questi metodi determinano la capacità metabolica dei microrganismi di degradare gli scarti della pasta di legno.
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Articolo metodologico
Metodi per facilitare la crescita microbica sui flussi di rifiuti delle cartiere e caratterizzazione del potenziale di biodegradazione dei microbi coltivati
In questo articolo
Sommario
Abstract
Il processo kraft viene applicato ai trucioli di legno per la separazione della lignina dai polisaccaridi all'interno della lignocellulosa per la cellulosa che produrrà una carta di alta qualità. Il black liquor è uno scarto di pasta di legno generato dal processo kraft che ha un potenziale di bioconversione a valle. Tuttavia, la natura recalcitrante delle risorse lignocellulosiche, i suoi derivati chimici che costituiscono la maggior parte del carbonio organico disponibile all'interno del black liquor e il suo pH basico presentano sfide per la biodegradazione microbica di questo materiale di scarto. I metodi per la raccolta e la modifica del black liquor per la crescita microbica mirano all'utilizzo di questi scarti di polpa per convertire la lignina, gli acidi organici e i sottoprodotti della degradazione dei polisaccaridi in sostanze chimiche preziose. Le tecniche di estrazione della lignocellulosa presentate forniscono un metodo riproducibile per la preparazione di substrati di crescita della lignocellulosa per comprendere le capacità metaboliche dei microrganismi in coltura. L'uso della gascromatografia-spettrometria di massa consente l'identificazione e la quantificazione dei prodotti di fermentazione derivanti dalla crescita di microrganismi sugli scarti della pasta di legno. Questi metodi, se usati insieme, possono facilitare la determinazione dell'attività metabolica dei microrganismi con il potenziale di produrre prodotti di fermentazione che fornirebbero un valore maggiore al sistema di spappolamento e ridurrebbero gli sprechi di effluenti, aumentando così i potenziali profitti della macinazione della carta e offrendo ulteriori usi per il liquor nero.
Introduzione
La spappolatura del legno è un processo chimicamente intensivo che è stato ottimizzato nel corso di molti anni per creare un sistema con il minimo spreco. Tuttavia, alcuni risultati di questo processo potrebbero essere utilizzati per produrre prodotti di valore superiore. Il liquore nero è uno di questi esempi. Viene generato dal processo kraft, che è il metodo di produzione chimico dominante, che rappresenta l'85% della produzione mondiale di lignina1. Il processo kraft (Figura 1) utilizza la temperatura (160-200 °C), la pressione (120 psig) e le sostanze chimiche contenute nel liquor bianco (idrossido di sodio e solfuro di sodio) per scio....
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Protocollo
1. Raccolta di liquore nero e preparazione di liquore nero per colture di crescita
- Raccogliere un campione di liquore nero dalla valvola di uscita collegata al digestore kraft in una bottiglia di vetro sterile e lasciarlo raffreddare a temperatura ambiente prima di procedere con i seguenti passaggi.
neutralizzazione - Aggiungere 100 ml di campione di liquore nero in un becher da 500 ml dotato di una barra di agitazione.
- Posizionare il bicchiere su una piastra per mescolare e regolare la velocità su media.
- Aggiungere lentamente gocce di acido fosforico fino a quando il liquor nero diventa viscoso (viscosit....
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Risultati
La raccolta e la modifica del licore nero generato nel processo di cottura kraft (Figura 1) permetterà di utilizzare questo residuo di lavorazione per determinare la capacità di biodegradazione di un singolo isolato batterico o di una coltura mista. Figura 2 mostra la crescita aerobica misurata mediante densità ottica dell'isolato microbico ambientale coltivato in terreno LB da solo e in terreno LB arricchito con il 10% di licore nero neutralizzato. Questi risultati indicano che questo b.......
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Discussione
Questo protocollo descrive una combinazione di tecniche che mira a identificare i microrganismi che possono degradare gli scarti della cellulosa, le fonti di carbonio utilizzate durante la crescita sugli scarti della pasta e i prodotti metabolici microbici prodotti quando vengono coltivati sugli scarti della cellulosa. Abbiamo dimostrato il successo di questo protocollo con l'isolato microbico ambientale: un anaerobo facoltativo che può crescere con il 10% di liscivio nero e utilizzare i componenti di estrazione della li.......
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Dichiarazioni
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti.
Ringraziamenti
Vorremmo ringraziare Jim McMurray per aver fornito il liquore nero e il Dr. David Tilotta e August Meng per il loro aiuto con GC-MS. Il sostegno a Stephanie L. Mathews è stato fornito da una borsa di studio per i bisogni nazionali dell'USDA (numero di premio 2010-38420-20399).
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 1,4-diossano (certificato ACS) | Fisher | D111 | Infiammabile, preossidabile chimico |
| Black | Liquor Dipartimento di biomateriali forestali presso la North Carolina State University | N/A | pH 12,72, 13,67% di solidi |
| Etanolo (grado microbiologico) | Fisher | BP2818 | |
| Acetato di etile (grado di reagente ACS) | EMD | EX0240-9 | Infiammabile |
| Acido acetico glaciale (Certificato ACS) | EMD | AX0073 | Guaiacolo corrosivo |
| Sigma Aldrich | PHR1136 | Dannoso per ingestione, corrosivo | |
| Colonna capillare HP-5 | Agilent | 19091J-577 | 60 m x 0,18 mm diametro interno, 0,18 μ m spessore |
| Acido cloridrico (certificato ACS) | EMD | HX0603P | |
| N,O-Bis(trimetilsilil)trifluoroacetammide con trimetilcolorsilano 99:1% (BSTFA) | Fluka | 15238 | Infiammabile, provoca ustioni cutanee e danni agli occhi con contatto |
| Na2SO4 (grado FCC) | VWR | BDH8026 | |
| NaClO2 (80%) | Sigma Aldrich | 244155 | Infiammabile, tossico |
| NaOH (certificato ACS) | EMD | 1.06498.1000 | Nastri per |
| il test del pH corrosivo Alkacid | A979 | ||
| Acido fosforico (certificato ACS) | Spettrometro | A242 | |
| Polaris Q | Thermo Electron Corporation | ||
| Piridina (99%) | Alfa Aesar | A12005 | Infiammabile, tossico a contatto con la pelle |
| Panico verga | Cherry Research Farm Goldsboro, NC | N/A | Raccolto nell'agosto 2011 |
| Termo Finnigan gascromatografo in tracce | Thermo Electron Corporation | ||
| Whatman n. 1 carta da filtro | Whatman | 1001-150 |
Riferimenti
- Tejado, A., Pena, C., Labidi, J., Echeverria, J. M., Mondragon, I. Physico-chemical characterization of lignin from different sources for use in phenol-formaldehyde resin synthesis. Bioresource Technol. 98, 1655-1663 (2007).
- Brannvall, E. Overview of pulp and paper processes.
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Ristampe e permessi
