Name: Methoden voor het vergemakkelijken van microbieel groei op afvalstromen van pulpmolens en karakterisering van het biodegradatiepotentieel van gekweekte microben (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-12-12T14:15:00.000+00:00
Duration: 16 min 33 s
Description: Leer methoden om microbiële groei op zwavelloog uit pulpmolens te faciliteren en het biodegradatiepotentieel van gekweekte microben te karakteriseren. Deze techniek ondersteunt duurzaam afvalbeheer.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

We willen Jim McMurray bedanken voor het leveren van de zwarte liquor en Dr. David Tilotta en August Meng voor hun hulp met GC-MS. Ondersteuning voor Stephanie L. Mathews werd verstrekt door een USDA National Needs Fellowship (toekenningsnummer 2010-38420-20399).

1. Verzameling van zwarte liquor en voorbereiding van zwarte liquor voor groeiculturen
<ol>
	<li>Verzamel een monster zwarte liquor uit de uitlaatklep bevestigd aan de kraftdigester in een steriele glazen fles en laat het afkoelen tot kamertemperatuur voordat u doorgaat met de volgende stappen. 
	Neutralisatie</li>
	<li>Voeg 100 ml zwarte liquor monster toe aan een 500 ml beker uitgerust met een roerlat.</li>
	<li>Plaats de beker op een roerplaat en pas de snelheid aan op medium.</li>
	<li>Voeg langzaam druppels fosforzuur toe tot de zwarte liquor viskeus wordt (viscositeit vergelijkbaar met glycerol).</li>
	<li>Aliquoteer alle zwarte liquor oplossing door het langzaam in 50 ml kegelbuizen te gieten en centrifugeer gedurende 30 min bij 9.300 x g.</li>
	<li>Plaats het supernatant in de beker en meet de pH met behulp van pH-testlinten. Het pellet van geprecipiteerd lignin kan worden weggegooid en behandeld als niet-gevaarlijk vast afval.</li>
	<li>Ga door met het toevoegen van fosforzuur en centrifugeer de oplossing totdat de pH-strips een neutrale pH van het supernatant aangeven. 
	Steriliseren</li>
	<li>Leidt de oplossing door een 0,22 µm filter om eventuele verontreinigende bacteriën te verwijderen en plaats de gefilterde oplossing in een steriele container voor opslag. Bewaar bij kamertemperatuur.</li>
</ol>
2. Lignocellulose Extractie
Koolhydraat Separatie
<ol>
	<li>Plaats 5 g switchgrass, dennen of Bermuda gras (gemalen tot 1 mm of kleinere deeltjesgrootte) in een 500 ml Erlenmeyer kolf. Voeg vervolgens 200 ml gedistilleerd of gedeïoniseerd water, 7,5 g NaClO2, 2,5 ml glazuur azijnzuur en een roerlat toe aan de kolf.</li>
	<li>Plaats de kolf in een oliebaad geplaatst op een roerplaat bij 80 °C gedurende 1 uur. Pas de snelheid van de roerplaat aan op medium.</li>
	<li>Voeg een extra 7,5 g NaClO2 en 2,5 ml glazuur azijnzuur toe aan de kolf. Blijf roeren bij 80 °C in het oliebaad gedurende 30 min.</li>
	<li>Herhaal de vorige stap 2x (Opmerking: een totaal van 30 g NaClO2 en 10 ml glazuur azijnzuur wordt toegevoegd aan de kolf met de lignocellulose biomassa). Koel de oplossing af tot kamertemperatuur.</li>
	<li>Plaats een blad filterpapier in een Büchner trechter. Plaats de trechter bovenop een zijarmkolf en bevestig deze aan een vacuüm.</li>
	<li>Giet de oplossing langzaam in de trechter.</li>
	<li>Was het vaste materiaal 3x met 100 ml gedistilleerd of gedeïoniseerd water. Gooi het filtraat weg na het wassen van het vaste materiaal.</li>
	<li>Reserveer 1 g van het vaste materiaal en plaats het op een schoon blad filterpapier.</li>
	<li>Droog dit vaste materiaal een nacht in een 50 °C oven. Nadat u de steekproef uit de oven hebt gehaald, plaats deze in een opslagviaal gelabeld ‘holocellulose’.</li>
	<li>Voeg het resterende vaste materiaal toe aan 250 ml van 10% NaOH (v/v) in een 500 ml Erlenmeyer kolf. Sluit de kolf met een stop.</li>
	<li>Plaats de oplossing in een incubator bij 70 °C gedurende 1 uur schudden bij 250 rpm.</li>
	<li>Koel de oplossing gedurende 30 min bij kamertemperatuur.</li>
	<li>Verwijder het vaste materiaal met behulp van filterpapier en een Büchner trechter bevestigd aan een zijarmkolf.</li>
	<li>Breng het vaste materiaal op een schone blad filterpapier over naar een 50 °C oven en laat het een nacht drogen.</li>
	<li>Nadat het residu is opgedroogd, plaats het in een opslagviaal en label het ‘cellulose’.</li>
	<li>Breng het filtraat van stap 2.13 over naar een 500 ml Erlenmeyer kolf en voeg 30 ml azijnzuur en 250 ml isopropyl alcohol toe. Sluit de kolf en plaats de oplossing op de werkbank gedurende ten minste 8 uur bij kamertemperatuur.</li>
	<li>Breng alle oplossing over naar 50 ml kegelbuizen en centrifugeer de oplossing gedurende 30 min bij 9.300 x g. Pipet de oplossing voorzichtig uit de kegelbuis en gooi weg.</li>
	<li>Resuspendeer het pellet in 30 ml gedistilleerd of gedeïoniseerd water door te vortexen.</li>
	<li>Herhaal stappen 2.17-2.18 15x om het pellet grondig te wassen.</li>
	<li>Verwijder het supernatant en bewaar het pellet voor vriesdrogen. Eenmaal vriesgedroogd, verzamel het monster en plaats het in een viaal gelabeld ‘hemicellulose’. 
	Lignine scheiding 
	Lignine scheiding protocol gebaseerd op Karaaslan et al.12</li>
	<li>Voeg 5 g switchgrass, dennen of Bermuda gras (gemalen tot 1 mm of kleinere deeltjesgrootte) toe aan 500 ml van een oplossing van 0,25 M NaOH en 30% ethanol. Plaats de suspensie in een incubator bij 75 °C met schudden bij 250 rpm gedurende 2 uur.</li>
	<li>Koel de oplossing af tot kamertemperatuur.</li>
	<li>Plaats een blad filterpapier in een Büchner trechter bovenop een zijarmkolf. Bevestig aan een vacuüm en giet de oplossing langzaam in de trechter.</li>
	<li>Gooi het vaste materiaal weg.</li>
	<li>Voeg een roerlat toe aan de kolf met het filtraat en plaats de kolf bovenop een roerplaat ingesteld op medium snelheid. Voeg druppelsgewijs geconcentreerd zoutzuur toe aan de oplossing totdat een pH van 2,0 wordt verk

<ol><li>Tejado, A., Pena, C., Labidi, J., Echeverria, J. M., Mondragon, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physico-chemical+characterization+of+lignin+from+different+sources+for+use+in+phenol-formaldehyde+resin+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technol%22%5BJournal%5D)">Physico-chemical characterization of lignin from different sources for use in phenol-formaldehyde resin synthesis.</a> Bioresource Technol. 98, 1655-1663 (2007).</li>
<li>Brannvall, E. Overview of pulp and paper processes. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBrannvall%2C+E+%22Pulp+and+paper+chemistry+and+technology%22">Pulp and paper chemistry and technology</a>. Elk, M., Gellerstedt, G., Henriksson, G. 2, De Gruyter. 1-12 (2009).</li>
<li>Biermann, C. J. Pulping fundamentals. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBiermann%2C+CJ+%22Handbook+of+pulping+and+papermaking%22">Handbook of pulping and papermaking</a>. , 2nd edition, Academic Press INC. 55-100 (1996).</li>
<li>Sjöström, E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSj%C3%B6str%C3%B6m%2C+E+%22Wood+chemistry%3A+fundamentals+and+applications%22">Wood chemistry: fundamentals and applications</a>. , 2nd, San Deigo Academic Press. (1924).</li>
<li>Philbrook, A., Alissandratos, A., Easton, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biochemical+processes+for+generating+fuels+and+commodity+chemicals+from+lignocellulosic+biomass%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Biochemical processes for generating fuels and commodity chemicals from lignocellulosic biomass.</a> Environ. Biotechnol. , 39-63 (2013).</li>
<li>Sanchez, R., Ferrer, A., Serrano, L., Toledano, A., Labidi, J., Rodriguez, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hesperaloafunifera+as+a+raw+material+for+integral+utilization+of+its+components%5BTitle%5D)+AND+%22BioResources%22%5BJournal%5D)">Hesperaloafunifera as a raw material for integral utilization of its components.</a> BioResources. 6 (1), 3-21 (2011).</li>
<li>Font, X., Caminal, G., Gabarrel, X., Romero, S., Vicent, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Black+liquor+detoxification+by+laccase+of+Trametesversicolorpellets%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chemical+Tech.+Biotech%22%5BJournal%5D)">Black liquor detoxification by laccase of Trametesversicolorpellets.</a> J. Chemical Tech. Biotech. 78, 548-554 (2003).</li>
<li>Zimmerman, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Degradation+of+lignin+by+bacteria%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Degradation of lignin by bacteria.</a> J. Biotechnol. 13, 119-130 (1990).</li>
<li>Ahamad, M., Taylor, C. R., Pink, D., Burton, K., Eastwood, D., Bending, G. R., Bugg, T. D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+novel+assay+for+lignin+degradation%3A+comparative+analysis+of+bacterial+and+fungal+lignin+degraders%5BTitle%5D)+AND+%22Mol.+Biosystems%22%5BJournal%5D)">Development of novel assay for lignin degradation: comparative analysis of bacterial and fungal lignin degraders.</a> Mol. Biosystems. 6, 815-821 (2010).</li>
<li>Ramchandra, M., Crawford, D. L., Hertel, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+an+extracellular+lignin+peroxidase+of+the+lignocellulolyticactinomycete+Streptomyces+viridosporus%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Environ.+Micro%22%5BJournal%5D)">Characterization of an extracellular lignin peroxidase of the lignocellulolyticactinomycete Streptomyces viridosporus.</a> Appl. Environ. Micro. 54, 3057-3063 (1988).</li>
<li>Mishra, M., Thakur, I. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMishra%2C+M+%22Microorganisms+in+environmental+management%3A+microbes+and+the+environment%22">Microorganisms in environmental management: microbes and the environment</a>. Satyanarayana, T., Johri, B. N., Prakash, A. , Springer. (2012).</li>
<li>Karaaslan, A. M., Tshabalala, M. A., Wood Bushcle-Diller, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((hemicellulose+chitosan-based+semi-interpenetrating+network+hydrogels%3A+mechanical%2C+swelling+and+controlled+drug+release+properties%5BTitle%5D)+AND+%22BioResources%22%5BJournal%5D)">hemicellulose chitosan-based semi-interpenetrating network hydrogels: mechanical, swelling and controlled drug release properties.</a> BioResources. 5 (2), 1036-1054 (2010).</li>
<li>Lech, K., Brent, R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLech%2C+K+%22Short+protocols+in+molecular+biology%22">Short protocols in molecular biology</a>. Ausubel, F. M., Brent, R., Kingston, R. E., Moore, D. D., Seidman, J. G., Smith, J. A., Kevin, S. , 2nd, John Wiley & Sons. (1992).</li>
<li>Raj, A., Krishna Reddy, M. M., Chandra, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+low+molecular+weight+aromatic+compounds+by+gas+chromatography-mass+spectrometry+%28GC-MS%29+from+kraft+lignin+degradation+by+three+Bacillus+sp%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+Biodeterior.+Biodegradation%22%5BJournal%5D)">Identification of low molecular weight aromatic compounds by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) from kraft lignin degradation by three Bacillus sp.</a> Int. Biodeterior. Biodegradation. 59, 292-296 (2007).</li>
<li>Chandra, R., Raj, A., Purohit, H. J., Kapley, A. Biodegradation of kraft lignin by three pure and mixed aerobic bacterial cultures isolated from pulp and paper sludge. Proceeding of the 25th international symposium on toxicology environmental and occupational health, , (2005).</li>
<li>Chen, Y., Chai, L., Tang, C., Yang, Z., Zheng, Y., Shi, Y., Zhang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kraft+lignin+biodegradation+by+Novosphingobium+sp.+B-7+and+analysis+of+the+degradation+process%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technol%22%5BJournal%5D)">Kraft lignin biodegradation by Novosphingobium sp. B-7 and analysis of the degradation process.</a> Bioresource Technol. 123, 682-685 (2012).</li>
<li>Bandounas, L., Wierckx, N. J., de Winde, J. H., Ruijssenaars, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isolation+and+characterization+of+novel+bacterial+strains+exhibiting+ligninolytic+potential%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Isolation and characterization of novel bacterial strains exhibiting ligninolytic potential.</a> BMC Biotechnol. 11 (94), (2011).</li>
<li>Chandra, R., Abhishek, A., Sankhwar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bacterial+decolorization+and+detoxification+of+black+liquor+from+rayon+grade+pulp+manufacturing+industry+and+detection+of+their+metabolic+products%5BTitle%5D)+AND+%22Bioresource+Technol%22%5BJournal%5D)">Bacterial decolorization and detoxification of black liquor from rayon grade pulp manufacturing industry and detection of their metabolic products.</a> Bioresource Technol. 102, 6429-6436 (2011).</li>
<li>Gellerdtedt, G. Chemistry of Bleaching of Chemical Pulp. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGellerdtedt%2C+G+%22Pulp+and+Paper+Chemistry+and+Technology%22">Pulp and Paper Chemistry and Technology</a>. Ek, M., Gellerstedt, G., Henriksson, G. 2, De Gruyter. 201-237 (2009).</li>
<li>Kringstad, K. P., Lindstrom, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spent+liquors+from+pulp+bleaching%5BTitle%5D)+AND+%22Environ.+Sci.+Tech%22%5BJournal%5D)">Spent liquors from pulp bleaching.</a> Environ. Sci. Tech. 18, 236-247 (1984).</li>
</ol>

De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen hebben.

Dit protocol beschrijft een combinatie van technieken die beogen micro-organismen te identificeren die pulpafval kunnen afbreken, de koolstofbronnen die worden gebruikt tijdens groei op pulpafval, en de microbiële metabolische producten die worden geproduceerd wanneer ze worden gekweekt op pulpafval. We hebben het succes van dit protocol aangetoond met de microbiële omgevingsisolaat: een facultatief anaëroob dat kan groeien op 10% zwarte liquor en de componenten van de lignocellulose-extractie als enige koolstofbronnen v...

Het pulpen van hout is een chemisch intensief proces dat gedurende vele jaren is geoptimaliseerd om een systeem met minimale afval te creëren. Sommige uitkomsten van dit proces kunnen echter worden gebruikt om producten met een hogere waarde te produceren. Zwarte liquor is een voorbeeld hiervan. Het wordt gegenereerd door het kraftproces, de dominante methode voor chemische pulping, die 85% van de wereldwijde lignineproductie vertegenwoordigt1. Het kraftproces (Figuur 1) gebruikt temperatuur (160-200 °C), druk (120 psig) en de chemicaliën in witte liquor (natriumhydroxide en natriumsulfide) om de lignine uit de houtvezels op te lossen2,3. Zwarte liquor bevat lignine, organische zuren en polysacharide-afbraakbijproducten4. Het wordt verbrand om stoom te produceren en chemicaliën terug te winnen in de terugwinningsketel die thermische energie levert voor downstream papier- en pulpproductieprocessen. Het volume zwarte liquor dat wordt gegenereerd door het pulpen, kan de hoeveelheid overschrijden die de terugwinningsketel effectief kan verwerken. Het lozen van de zwarte liquor als effluent heeft een negatieve invloed op aquatische flora en fauna en is dus geen optie. Toepassing van microbiële organismen die zwarte liquor voor groei kunnen gebruiken, zou voordelig zijn in termen van verhoging van chemische terugwinning en de generatie van waardetoegevoegde producten die de algehele levenscyclusanalyse van het pulpingsysteem zou verbeteren. Chemische en biologische omzetting van lignine-afgeleide monomeren heeft met succes vanilline en kaneelzuur geproduceerd voor gebruik als zoetstoffen en geuradditieven, fenol dat wordt gebruikt voor kunststof en harsen, en cyclohexaan, dat kan worden gebruikt als brandstof5.
Eerder onderzoek naar de biodegradatie van dit pulpafval was gericht op lignine depolymerisatie. Het International Lignin Institute (ILI) meldt dat er jaarlijks tussen de 40 en 50 miljoen ton lignine wordt geproduceerd (http://www.ili-lignin.com/aboutlignin.php). Slechts 1,5% van die lignine wordt gebruikt voor commerciële industriële processen6. Lignine depolymerisatie door laccase en peroxidase-enzymen geproduceerd door witrot-zwammen van de Phanerochaete en Trametes-geslachten is uitgebreid bestudeerd7. Bodembacteriën die bekend staan om het afbreken van aromatische verbindingen zoals Nocardia en Rhodococcus8, Pseudomonas putida mt-29 en Streptomyces viridosporus T7A10 zijn ook gebleken capabel te zijn in lignine-afbraak. Bacteriële afbraak van pulpafval is veelbelovend omdat sommige bacteriën kunnen gedijen in de zoute en alkalische (pH 10-14) omstandigheden die kenmerkend zijn voor de pulpafval-effluenten11. Terwijl lignine het belangrijkste bestanddeel van zwarte liquor is, kunnen micro-organismen ook de andere componenten die zwarte liquor vormen, afbreken. Deze technieken identificeren niet uitsluitend lignine-afbrekende micro-organismen, maar dienen om micro-organismen te identificeren die direct kunnen worden toegepast op de zwarte liquor van pulpafval in plaats van op de verder verwerkte bestanddelen.
Zwarte liquor werd verzameld en aangepast voor microbieel groei door neutralisatie en filter-sterilisatie. Groeivereisten voor micro-organismen werden geïdentificeerd voor een omgevingsmicrobiologisch isolaat door minimale mediagroei-experimenten op lignocellulose-componenten geproduceerd door een nieuw lignocellulose-extractieprotocol. Groeimedia werden geanalyseerd door gaschromatografie-massaspectrometrie (GC-MS) om de metabolische producten van het omgevingsmicrobiologisch isolaat te bepalen wanneer het werd gekweekt op zwarte liquor als enige koolstofbron. De combinatie van deze technieken biedt een beoordelingsinstrument om de metabolische capaciteit van een micro-organisme te bepalen wanneer het wordt gekweekt op pulpfabrieksafval zoals zwarte liquor. Het gebruik van dergelijke technieken biedt ook inzicht in de waarde van de toepassing van specifieke micro-organismen op pulpfabrieksafval voor de generatie van bijproducten.

<table><tbody><tr><td>1,4-Dioxaan (gecertificeerd ACS)</td><td>Fisher</td><td>D111</td><td>Ontvlambaar, vooroxidatie chemisch product</td></tr><tr><td>Black Liquor</td><td>Department of Forest Biomaterials at North Carolina State University</td><td>N/A</td><td>pH 12.72, 13,67% vaste stof</td></tr><tr><td>Ethanol (microbiologiekwaliteit)</td><td>Fisher</td><td>BP2818</td><td></td></tr><tr><td>Ethylacetaat (ACS reagenskwaliteit)</td><td>EMD</td><td>EX0240-9</td><td>Ontvlambaar</td></tr><tr><td>Glazuur acetic acid (gecertificeerd ACS)</td><td>EMD</td><td>AX0073</td><td>Corrosief</td></tr><tr><td>Guaiacol</td><td>Sigma Aldrich</td><td>PHR1136</td><td>Schadelijk bij inname, corrosief</td></tr><tr><td>HP-5 capillaire kolom</td><td>Agilent</td><td>19091J-577</td><td>60 m x 0,18 mm binnendiameter, 0,18 &mu;m dikte</td></tr><tr><td>Zoutzuur (gecertificeerd ACS)</td><td>EMD</td><td>HX0603P</td><td></td></tr><tr><td>N,O-Bis(trimethylsilyl)trifluoraceetamide met trimethylchloorsilane 99:1% (BSTFA)</td><td>Fluka</td><td>15238</td><td>Ontvlambaar, veroorzaakt huidbrandwonden en oogbeschadiging bij contact</td></tr><tr><td>Na2SO4 (FCC kwaliteit)</td><td>VWR</td><td>BDH8026</td><td></td></tr><tr><td>NaClO2 (80%)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>244155</td><td>Ontvlambaar, toxisch&nbsp;&nbsp;</td></tr><tr><td>NaOH (gecertificeerd ACS)</td><td>EMD</td><td>1.06498.1000</td><td>Corrosief</td></tr><tr><td>Alkacid pH test linten</td><td>Fisher</td><td>A979</td><td></td></tr><tr><td>Fosforzuur (gecertificeerd ACS)</td><td>Fisher</td><td>A242</td><td></td></tr><tr><td>Polaris Q massaspectrometer&nbsp;</td><td>Thermo Electron Corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pyridien (99%)</td><td>Alfa Aesar</td><td>A12005</td><td>Ontvlambaar, toxisch bij contact met de huid</td></tr><tr><td>Switchgrass</td><td>Cherry Research Farm Goldsboro, NC</td><td>N/A</td><td>Geoogst augustus 2011</td></tr><tr><td>Thermo Finnigan trace gas chromatograaf</td><td>Thermo Electron Corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Whatman nr. 1 filterpapier</td><td>Whatman</td><td>1001-150</td><td></td></tr></tbody></table>

methoden voor het vergemakkelijken van microbieel groei op afvalstromen van pulpmolens en karakterisering van het biodegradatiepotentieel van gekweekte microben

Methods for Facilitating Microbial Growth on Pulp Mill Waste Streams and Characterization of the Biodegradation Potential of Cultured Microbes

Het kraftproces wordt toegepast op houtsnippers voor de scheiding van lignine van de polysacchariden binnen lignocellulose voor pulp die een hoogwaardig papier zal produceren. Zwarte liquor is een pulpafval dat wordt gegenereerd door het kraftproces en dat potentieel heeft voor downstream bioconversie. Echter, de recalcitrante aard van de lignocellulosebronnen, zijn chemische derivaten die het grootste deel van de beschikbare organische koolstof binnen zwarte liquor vormen, en de basische pH vormen uitdagingen voor microbiële biodegradatie van dit afvalmateriaal. Methoden voor het verzamelen en modificeren van zwarte liquor voor microbieel groei zijn gericht op het gebruik van dit pulpafval om de lignine, organische zuren en polysaccharide afbraakbijproducten om te zetten in waardevolle chemicaliën. De gepresenteerde lignocellulose-extractietechnieken bieden een reproduceerbare methode voor de bereiding van lignocellulose-groeisubstraten voor het begrijpen van de metabolische capaciteiten van gekweekte micro-organismen. Gebruik van gaschromatografie-massaspectrometrie maakt de identificatie en kwantificering mogelijk van de fermentatieproducten die resulteren uit de groei van micro-organismen op pulpafval. Deze methoden kunnen, wanneer ze samen worden gebruikt, de bepaling van de metabolische activiteit van micro-organismen vergemakkelijken met potentieel om fermentatieproducten te produceren die een grotere waarde zouden bieden aan het pulpsysteem en afvalwatervervuiling te verminderen, waardoor de potentiële winst van papiermolens toeneemt en aanvullende toepassingen voor zwarte liquor worden geboden.

Het verzamelen en modificeren van zwarte loog die wordt gegenereerd in het kraft-pulpingsproces (Figuur 1) maakt het mogelijk om dit pulpingsafval te gebruiken om de biologische afbreekbaarheid van een enkel bacterieel isolaat of een gemengde cultuur te bepalen. Figuur 2 toont de aerobe groei, gemeten via de optische dichtheid, van het microbiële milieu-isolaat gekweekt in alleen LB-medium en in LB-medium aangevuld met 10% geneutraliseerde zwarte loog. Deze resultaten geven aan dat deze ...

Industriële afvalstoffen kunnen worden verzameld en gemodificeerd om microbiële groei te analyseren. Technieken voor de extractie van lignocellulose leveren componenten om specifieke biologische afbraakcapaciteit te analyseren. Gaschromatografie-massaspectrometrie identificeert fermentatieproducten van micro-organismen die zijn gekweekt op pulpafval. Deze methoden bepalen het metabolische vermogen van micro-organismen om pulpafval af te breken.

Methoden voor het vergemakkelijken van microbieel groei op afvalstromen van pulpmolens en karakterisering van het biodegradatiepotentieel van gekweekte microben

The kraft process is applied to wood chips for separation of lignin from the polysaccharides within lignocellulose for pulp that will produce a high ...

Het algemene doel van het volgende experiment is om het vermogen van een micro-organisme of consortia van micro-organismen te bepalen om het pulpafval zwarte loog te benutten voor groei, welke componenten van de zwarte loog voor deze groei worden gebruikt en welke producten ontstaan door het microbiële metabolisme van dit pulpafval. Dit wordt bereikt door het pulpafval zwarte loog te verzamelen en dit voor te bereiden voor gebruik als component van een kweekmedium. In een tweede stap worden lignocellulose-componenten geëxtraheerd, die worden gebruikt om de vereisten voor de koolstofbron van de micro-organismen te bepalen.Vervolgens worden media bereid, geïnoculeerd en geanalyseerd op microbiële groei om het vermogen van de micro-organismen om te groeien op zwarte loog en de componenten daarvan te bepalen. De resultaten tonen het gebruik van zwarte loog als enige koolstofbron voor groei en de synthese van metabolische producten door het microbiële milieu-isolaat, gebaseerd op de groei gevisualiseerd op minimale media agarplaten en via GCMS. We kregen aanvankelijk het idee voor deze methode tijdens een discussie over de mogelijkheid dat microben in staat zijn te groeien op pulpafvalp

methods-for-facilitating-microbial-growth-on-pulp-mill-waste-streams

Research

JoVE Journal

Environment

Milieu

Methoden voor het vergemakkelijken van microbiële groei op afvalstromen van pulpmolens en karakterisering van het biodegradatiepotentieel van gekweekte microben

Source: Villela, H. D. M., et al. Prospecting Microbial Strains for Bioremediation and Probiotics Development for Metaorganism Research and Preservation. J. Vis. Exp. (2019).This video demonstrates the isolation of pollutant-degrading marine bacteria through serial dilution, colony selection, and growth in EE2-containing medium. By using EE2 as the sole carbon source, the protocol identifies bacterial strains capable of metabolizing this environmental pollutant.

Screening Marine Bacteria for the Isolation of Pollutant-Degrading Strains

Plastic folies label "biologisch afbreekbaar" zijn commercieel beschikbaar voor gebruik in de landbouw als mulch. Grondbewerking vertegenwoordigt een aantrekkelijke verwijdering methode, maar degradatie onder veldomstandigheden wordt slecht begrepen. Het doel van deze studie was werkwijzen voor het isoleren van natieve bodemschimmels en bacteriën die plastic mulch films koloniseren na grafveld ontwikkelen.

Isolatie van de Native Soil Micro-organismen met Potentieel voor Breaking Down Biologisch afbreekbaar plastic mulch films gebruikt in de landbouw

Chronoamperometrische groei van anodisch elektroactieve microbiële biofilms in een fed-batch reactor met behulp van een drie-elektrode opstelling, gecontroleerd door een potentiostaat, wordt gedemonstreerd. De extracellulaire elektronenoverdracht wordt gekenmerkt door middel van cyclische voltammetrie in de aanwezigheid van de elektronendonor en in de afwezigheid van de elektronendonor. Fundamentele data-analyse wordt gedemonstreerd.

Afvalwater Afgeleide Elektroactieve Microbiële Biofilms: Groei, Onderhoud en Basis Karakterisering

Protocollen voor de studie van biofilmvorming in een microfluïdisch apparaat dat poreuze media nabootst, worden besproken. Het microfluïdische apparaat bestaat uit een array van micro-pillaren en de biofilmvorming door Pseudomonas fluorescens in dit apparaat wordt onderzocht.

Protocol voor Biofilm Streamer Vorming in een microfluïdische apparaat met micro-pijlers

Een hele cel bioreporter test met Burkholderia sartisoli RP037-mChe is ontwikkeld om fracties van een organische verontreiniging (dwz fluoreen-) beschikbaar voor bacteriële degradatie na actief transport door mycelium overbruggen met lucht gevulde poriën in een water onverzadigd modelsysteem detecteren.

A Whole Cell Bioreporter Aanpak Verkeer en biologische beschikbaarheid van organische stoffen te evalueren in Water Onverzadigde Systems

Biofilms hebben complexe interacties met hun omgeving. Om biofiel-omgevingsinteracties grondig te onderzoeken, presenteren we hier een reeks methoden om een heterogene chemische omgeving te creëren voor biofilmontwikkeling, om lokale stroomsnelheid te kwantificeren en om massatransport in en rond biofilmkolonies te analyseren.

Methoden voor het karakteriseren van de co-ontwikkeling van biofilm en Habitat Heterogeniteit

Vervuiling beïnvloedt alle biomes. Mariene omgevingen zijn vooral getroffen, vooral koraalriffen, een van de meest gevoelige ecosystemen op aarde. Bioremediation is de capaciteit van organismen om verontreinigingen te degraderen. Hier beschrijven we methodologieën te isoleren en te testen microben presenteren bioremediatie vermogen en potentiële probiotische kenmerken voor koralen.

Prospectie van microbiële stammen voor bioremediatie en probiotica ontwikkeling voor Metaorganisme onderzoek en conservering

Dit protocol presenteert methodologie om biofilmgroei- en biomassametingen uit te voeren met behulp van zelfgeassembleerde pcr-plaatapparaten met diepe put voor statische biofilmscreening met hoge doorvoer en 96-well gekoppelde deksels.

Generatie van grotere bacteriële biofilmbiomassa met behulp van PCR-Plate Deep Well Microplate-apparaten

Luchtverontreiniging heeft invloed op de kwaliteit van leven van alle organismen. Hier beschrijven we het gebruik van microalgenbiotechnologie voor de behandeling van biogas (gelijktijdige verwijdering van kooldioxide en waterstofsulfide) en de productie van biomethaan door middel van semi-industriële open algenvijvers met hoge snelheid en de daaropvolgende analyse van behandelingsefficiëntie, pH, opgeloste zuurstof en microalgengroei.

Biogaszuivering door het gebruik van een microalgenbacterieel systeem in semi-industriële algenvijvers met hoge snelheid

De focus van dit artikel ligt op het beschrijven van best practices voor het maken van media voor veeleisende anaërobe micro-organismen die uit een omgeving zijn verkregen. Deze methoden helpen bij het beheren van anaërobe culturen en kunnen worden toegepast om de groei van ongrijpbare niet-gekweekte micro-organismen, de 'microbiële donkere materie', te ondersteunen.

Een set van in situ geïnformeerde gesimuleerde mediumformaten voor het kweken van milieuvriendelijke anaërobe micro-organismen

Dit protocol beschrijft de assemblage van mini-bioreactorarrays die moeten worden gebruikt voor continue stroomcultuur van complexe fecale gemeenschappen onder anaërobe omstandigheden. We bespreken ook de methoden voor assemblage, inoculatie en bemonstering van de reactoren voor verdere analyse.

Bioreactorassemblage voor continue cultuur van complexe fecale gemeenschappen

Leer methoden om microbiële groei op zwavelloog uit pulpmolens te faciliteren en het biodegradatiepotentieel van gekweekte microben te karakteriseren. Deze techniek ondersteunt duurzaam afvalbeheer.

Methoden voor het vergemakkelijken van microbieel groei op afvalstromen van pulpmolens en karakterisering van het biodegradatiepotentieel van gekweekte microben (Video) | JoVE Journal

Methoden voor het vergemakkelijken van microbieel groei op afvalstromen van pulpmolens en karakterisering van het biodegradatiepotentieel van gekweekte microben

Meer video's verkennen