利用固体废物作为原油产量的衬底油质的微生物

文摘

油和脂肪的压倒性的需求以满足生物燃料的需求不断增加,化妆品生产、和其他工业用途增强创新在这个行业。这样的一个创新是使用微生物替代油和脂肪的来源。有机固体废物处置导致一个巨大的挑战的全球生物降解和可以利用的基质替代石油生产。研究评估潜在的孤立类酵母菌菌落生长和积累的石油通过使用有机固体废物作为衬底。的25类酵母菌菌落分离采集土壤样本从三个不同的郊区在坎帕拉,乌干达,20人筛选阳性脂质积累但只有2油腻的。国家飓风中心隔离最好的油藏潜力的48.8%用于中心合成设计(CCD)实验。CCD实验结果显示最大石油产量的61.5%从1.25 g / L细胞生物量在10 g / L的固体废物和温度25°C。这项研究表明,有机固体废弃物可以作为基质微生物石油生产。

1。背景

植物油是最交易,棕榈油是最首选由于其广泛应用于食品、化妆品、和生物燃料产业。植物油的高需求得到满足,另一方面,自然资源的枯竭,可怜的培养实践,并最终改变了全球气候条件,对粮食安全构成威胁1]。这因此呼吁石油生产的探索其他可能的来源。油质的酵母等微生物已被发现可以利用积累大量的石油和替代能源的石油产量(2]。油腻的酵母油的成分不大大不同于植物油,因为他们的脂肪酸成分具有可比性(3]。此外,微生物有很高的增长率,需要最少的土地空间,和他们的石油产量不受气候变化的影响;此外,他们不会导致自然资源的枯竭,因此不会威胁到粮食安全(4]。然而,主要的挑战是高成本的生产(5]。固体废物的处置是一个全球性的挑战(ref),可以有效地利用作为替代石油生产更便宜的基质。

乌干达首都坎帕拉,大约每月28000吨的固体废物收集,其中约90%是有机的6]。废物的管理不断受到居民的人口迅速增加,增加的经济活动,从中央政府缺乏足够的资金7]。浪费的特点是≥13.5克/公斤干重氮、≥2 g /公斤干重的磷,≥6克/公斤干重的钾,和非常高的碳含量6];它可以有效地用于基质微生物石油生产。因此,需要最好的屏幕功能产油微生物和确定最优条件。在这项研究中,从油腻的酵母生产微生物石油的可能性使用固体有机废物作为底物进行了研究。

2。材料和方法

2.1。土样的采集

7个土壤样本收集的废物倾倒Kyambogo大学网站,班达,Kireka,郊区在坎帕拉,乌干达。获得的样本在土壤表面大约2 - 8厘米,被存储在无菌透明的聚乙烯袋在室温下之前转移到实验室。

2.2。隔离的酵母细胞

酵母细胞被孤立在马铃薯葡萄糖琼脂(PDA) (Conda,马德里,西班牙)板块含有葡萄糖20.0 g / L,注入从土豆200.0 g / L,细菌学的琼脂15.0 g / L和50.0毫克氯霉素补充。补充最初溶解在3.0毫升的绝对乙醇被添加到媒介基础。土壤样品(5.0 g)悬浮在9.0毫升的消毒去离子水。悬浮液是彻底混合为一分钟2600 rpm使用旋涡混合器(美国佛罗里达州Stuart),随后紧接着连续稀释10倍使用sterile-buffered蛋白胨水汤(Conda,马德里,西班牙)。从每个样品悬挂,稀释10⁻⁴到10⁻⁷选择和一个整除从每个被传播到PDA 0.3毫升。盘子被孵化(新加坡,能源管理公司等温孵化器)30°C的3天。类酵母菌菌落分离,随后cross-streaked到新鲜PDA盘子。

2.3。筛查油质的酵母

循环的每个孤立暂停接种到100毫升氮限制中包含在250锥形烧瓶。中包含以下在g / L:葡萄糖70 (NH)₄)₂所以₄0.1,KH₂阿宝₄0.4,MgSO₄h·7₂1.5 O, ZnSO₄0.0043,CaCl₂0.003,MnCl₂0.0012,CuSO₄0.0005和0.795酵母提取物。样品在一个孵化器孵化瓶(Excella E25,新布伦瑞克科学、美国)在150 rpm和30°C为4天。样品被分析的细胞干重和脂质含量百分比如租赁所述8]。样本的筛选进行了一式三份。

2.4。表征微生物石油

石油由傅里叶变换红外分光光度计结构特征(红外光谱)(美国马萨诸塞州珀金埃尔默)作为描述Wacoo et al。9),轻微的修改。短暂,薄薄的一层之间的微生物石油样品放置在碘化钾细胞和持有坚定的电池座之前被放置到阅读的红外光谱。微生物石油的光谱测量从400厘米⁻¹到4000厘米⁻¹在扫描速度500海里/分钟。微生物石油的频谱是绘制在同一轴上的向日葵,椰子,棕榈油比较的目的。

2.5。固体废物

2.5.1。收集和处理

微生物石油生产的固体废物收集没有分类垃圾处理网站的市场,一个居住的地方,和一个餐厅。有机固体废物垃圾分类,随后被晒干,磨成粉之前被用于生产实验。粉末浪费被用作替代nitrogen-limiting葡萄糖的培养基中提到的部分2。3。

2.5.2。测定葡萄糖当量的固体废物

垃圾分类是首先使用浓硫酸水解,后跟一个方法被Saeman et al。10]。估计的葡萄糖水解浪费是根据米勒(11]。

2.5.3。中心复合设计优化培养条件微生物石油生产

中心复合设计被用来有效地确定最优值的温度和固体废物会导致高的油藏。因此双重五级中心合成设计是用来研究固体废物的影响和温度对石油产量的选择酵母。十三实验足够用来估计二阶所示的两个变量的回归系数(1)和自变量的水平如表所示1。预测的值是由一个模型拟合技术使用设计软件专家。回归分析进行的实验数据和评价意义适合模型的按要求完成。

方程(1)。二阶多项式模型方程是用来表达产量作为独立变量的函数固体废物组成和温度是拦截系数,和分别是固体废物量和温度,相互作用系数,和二次项。

3所示。结果与讨论

3.1。隔离的油质的酵母

在最近的研究中,25油质的微生物类酵母菌菌落孤立在PDA含有氯霉素抗生素(表2)。从土壤中只有三个类酵母菌菌落分离样本班达和Kireka Kyambogo大学22。

3.2。油腻的酵母的筛选

所有的隔离类酵母菌菌落进行筛检节中描述的脂质积累2。3。结果显示,所有的隔离可能利用nitrogen-limiting媒体的增长。从1.27 g / L细胞生物量变化到9.49 g / L的隔离NHC GC2N,分别。孤立的潜力酵母积累脂质变化很大。25隔离,20人阳性脂质积累但只有2隔离(表2)被定义为油质的酵母与脂质积累细胞干重的20%以上(12]。样本NHC最低的1.27 g / L的细胞生物量积累脂质含量最高的48.8%,因此选择进行进一步的研究。

3.3。使用红外光谱表征微生物石油

微生物石油NHC隔离节中描述为特征2。4。微生物石油的光谱绘制在同一轴上的向日葵,椰子,棕榈油,如图1。与上面提到的三种植物油相比,酵母石油的官能团是使用红外光谱鉴定。官能团的吸收峰(羰基酯组)出现在位置从1650到1850厘米⁻¹。许多其他研究人员确定了羰基酯组在这个位置13- - - - - -15]。相对应的峰值碳氢键伸展振动出现2920厘米不等⁻¹到3010厘米⁻¹。

微生物石油非常类似于椰子和向日葵油在1655厘米的位置⁻¹这是由于峰值独联体- C = C -拉伸(16]。这表明,像精致的椰子和向日葵油、微生物石油包含一些不饱和脂肪酸。以前的研究报道约91%葵花籽油中不饱和脂肪酸(3]。虽然天然椰子油已经报道含有饱和脂肪酸(> 91%17),当前的研究使用精制椰子油和显示,它含有较高的不饱和脂肪酸含量描绘在高峰1655厘米⁻¹(图1(B))。微生物石油约等于伸展在这个职位类似于精致的椰子油。然而,微生物石油相当不同于毛棕榈油,没有伸展在这个位置。

3.4。固体废物

3.4.1。测定葡萄糖当量的固体废物

葡萄糖被报道为最佳基质微生物石油生产,因为它可以吸收大部分油质的微生物生产石油(18]。因此,相当于葡萄糖内容从每个收集废物被确定为描述Saeman et al。10)和米勒(11]。从固体废物收集的结果相当于葡萄糖在图所示2。每克葡萄糖含量相当于浪费0.5克,0.48克,0.4 g和0.3 g的废物收集大学宿舍,餐厅,家里,分别和市场。废物中的葡萄糖含量高的大学宿舍可能归因于消化食物的高含量仍然和论文,而市场中葡萄糖含量较低的废物可能是由于分解食物浪费和难消化的固体材料。

3.4.2。中心复合设计优化培养条件微生物石油生产

相应的结果和预测的值CCD表所示3。为优化目的,固体废物的数量和温度被选为独立变量。生成的数据由多个回归分析了CCD使用设计专家软件符合二次多项式模型。

如表所示3、固体废物的数量和温度有显著影响石油产量达到的百分比。考虑所有的运行结果,微生物生物量的浓度从0.55 g / L延伸到1.25 g / L的内容(数据没有显示)和微生物石油从21.15%到61.5%不等。然而,收益率的趋势既不是常数也不均匀;即增加温度和/或葡萄糖浓度并没有导致产量的增加。这可能是由不完整提取细胞从反应堆和离心管等。比较分析两国实际和预测收益率表明它们之间有很高的相关性,给了一个非常小的偏差。比较分析微生物的生物量,先前的研究表明,产量很低,虽然石油内容高度相似的(19]。

方程(2)。这是最后的方程编码方面的因素。

方程(2)显示的值系数和回归模型正确地描述了实验数据。回归模型表示这两个变量之间的相关性(固体废物量和温度),用于微生物石油生产与相关系数(0.98)。因此,它的价值强烈建议实验模型表示实验结果之间的关系,建立价值。预测的值足够与实际值如表所示3。

从回归分析获得相关(表4)是非常积极的和重要的。它可以观察到,适合几乎是100%,因缺乏合适的几乎可以忽略不计(< 0.0001),因此具有统计学意义。方差分析(方差分析)表明,该模型可以预测自变量的交互与95%置信上限。

可预测性情节作为固体废弃物的数量的函数和温度图所示3。石油产量增加和减少平方在葡萄糖浓度和温度。最好的石油产量比例达到最低温度25°C和固体废物量最低的5 g / L。预测的结果非常接近预期的值。

4所示。结论

本研究不仅表明,油质的微生物可以通过编程最大细胞生物质发电和石油产量还揭示了产油微生物的能力将妨害有机固体废物转化为宝贵的石油。利用固体废物作为生产石油的衬底油质的微生物是一个小说的过程,建立了废物的经济价值除了证明解决废物处理的挑战。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

幸运的湖人,阿诺德Agaba和安德鲁Akatukunda贡献同样这项工作,共同第一作者。

确认

作者要感谢乌干达工业研究所(UIRI)开展本研究的支持,还要感谢·托马斯化学系(UIRI)他对样品分析的贡献。

引用

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