Методическая статья

Методы содействия росту микроорганизмов в потоках отходов целлюлозного завода и характеристика потенциала биодеградации культивируемых микробов

DOI:

10.3791/51373

⸱

12 декабря 2013 г.

 ,  ,  , 
1Department of Plant and Microbial Biology, North Carolina State University, 2Department of Forest Biomaterials, North Carolina State University

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Промышленные отходы могут быть собраны и модифицированы для анализа роста микроорганизмов. Методы экстракции лигноцеллюлозы содержат компоненты для анализа специфической способности к биоразложению. С помощью газовой хроматографии-масс-спектрометрии выявляются продукты брожения микроорганизмов, выращенных на отходах варки целлюлозы. Эти методы определяют метаболическую способность микроорганизмов разлагать отходы целлюлозы.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Крафт-процесс применяется к древесной щепе для отделения лигнина от полисахаридов в лигноцеллюлозе для производства целлюлозы, что позволит получить высококачественную бумагу. Черный щелок — это отходы целлюлозы, образующиеся в процессе крафт-обработки, которые обладают потенциалом для последующей биоконверсии. Тем не менее, неподатливая природа ресурсов лигноцеллюлозы, ее химических производных, которые составляют большую часть доступного органического углерода в черном щелоке, и ее основной pH создают проблемы для микробной биодеградации этого отхода. Методы сбора и модификации черного щелока для микробного роста направлены на утилизацию этих отходов целлюлозы для преобразования лигнина, органических кислот и побочных продуктов распада полисахаридов в ценные химические вещества. Представленные методы экстракции лигноцеллюлозы обеспечивают воспроизводимый метод получения субстратов роста лигноцеллюлозы для понимания метаболических возможностей культивируемых микроорганизмов. Использование газовой хромато-масс-спектрометрии позволяет идентифицировать и количественно оценить продукты ферментации, образующиеся в результате роста микроорганизмов на отходах варки целлюлозы. Эти методы при совместном использовании могут способствовать определению метаболической активности микроорганизмов, обладающих потенциалом для производства продуктов ферментации, которые обеспечат большую ценность для системы варки целлюлозы и сократят отходы сточных вод, тем самым увеличивая потенциальную прибыль от производства бумаги и предлагая дополнительные возможности использования черного щелока.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Варка древесины - это химически интенсивный процесс, который был оптимизирован в течение многих лет для создания системы с минимальными отходами. Тем не менее, некоторые результаты этого процесса могут быть использованы для производства продукта (продуктов) с более высокой добавленной стоимостью. Черный ликер — один из таких примеров. Он образуется в результате крафт-процесса, который является доминирующим химическим методом варки целлюлозы, на долю которого приходится 85% мирового производства лигнина1. В процессе крафт-производства (рис. 1) используются температура (160-200 °C), давление (120 фунтов на кв. дюйм изб.) и химические вещества....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Сбор черного щелока и приготовление черного щелока для выращивания культур

  1. Соберите образец черного щелочного раствора из выпускного клапана, прикрепленного к крафт-варочному котлу, в стерильной стеклянной бутылке и дайте ему остыть до комнатной температуры><, прежде чем приступить к следующим шагам. нейтрализация
  2. Добавьте 100 мл образца черного ликера в стакан объемом 500 мл, оснащенный мешалкой.
  3. Поместите стакан на пластину для перемешивания и отрегулируйте скорость до средней.
  4. Медленно добавляйте капли ортофосфорной кислоты до тех пор, пока черный щелок не станет вязким (вязкость, аналогичная глицерину)....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Сбор и модификация черного щелока, образующегося в процессе варки крафт-целлюлозы (Рисунок 1), позволит использовать эти отходы целлюлозы для определения способности к биоразложению одного бактериального изолята или смешанной культуры. На рисунке 2 показан аэробный рост, измеренный оптической плотностью микробного изолята окружающей среды, культивируемого только в средах LB, и средах LB с добавлением 10% нейтрализованного черного щелока. Эти результаты свидетельствуют о том, что эта бакт.......

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

В этом протоколе описывается комбинация методов, направленных на выявление микроорганизмов, которые могут разлагать отходы целлюлозной продукции, источников углерода, используемых во время роста на отходах целлюлозной продукции, и продуктов микробного метаболизма, образующихся при выращивании на отходах целлюлозной продукции. Мы продемонстрировали успех этого протокола с микробным изолятом окружающей среды: факультативным анаэробом, который может расти на 10% черного щелока и использовать экстрагированные компоненты лигн.......

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы хотели бы поблагодарить Джима МакМюррея за предоставление черного ликера, а также доктора Дэвида Тилотту и Августа Мэн за их помощь с GC-MS. Поддержку Стефани Л. Мэтьюз оказала стипендия Министерства сельского хозяйства США для удовлетворения национальных потребностей (номер гранта 2010-38420-20399).

....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
1,4-диоксан (сертифицированный ACS)FisherD111Легковоспламеняющееся, предварительно окисляемое химическое вещество
Черный щелокОтдел лесных биоматериалов Университета штата Северная КаролинаН/ДpH 12,72, 13,67% сухих веществ
Этанол (микробиологический класс)FisherBP2818
Этилацетат (класс реагента ACS)EMDEX0240-9Легковоспламеняющийся
Ледяная уксусная кислота (Сертифицированная ACS)EMDAX0073Коррозионная
гваяколSigma AldrichPHR1136Вредна при проглатывании, коррозионная
капиллярная колонка HP-5Agilent19091J-57760 м x 0,18 мм внутренний диаметр, 0,18 мкм; m
Соляная кислота (сертифицированная ACS)EMDHX0603P
N,O-Bis(триметилсилил)трифторацетамид с триметилхолорсиланом 99:1% (BSTFA)Fluka15238Легковоспламеняющийся, вызывает ожоги кожи и повреждение глаз при контакте
Na2SO4 (класс FCC)VWRBDH8026
NaClO2 (80%)Sigma Aldrich244155Легковоспламеняющиеся, токсичные   
NaOH (сертифицированный ACS)EMD1.06498.1000Коррозионно-щелочные
тестовые лентыpH FisherA979
Фосфорная кислота (сертифицированный ACS)Масс-спектрометр FisherA242
Polaris Q Thermo Electron Corporation
Пиридин (99%)Alfa Aesar A12005Легковоспламеняющийся, токсичный при контакте с кожей
Switchgrass Cherry Research Farm Goldsboro, NC N/AСобрано в августе 2011
г. Термо Финниган газовый хроматографThermo Electron Corporation
Ватман No 1 фильтровальная бумагаВатман1001-150

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. 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).
  2. Brannvall, E. Overview of pulp and paper processes.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи