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鉴定Aquafeeds蛋白质补充剂的土壤细菌

霍莉帕克 扎卡里W. Taylor. Stephanie L. Williams Pedro IvoGuimarães. 杰克逊兄弟 Roderick V.Jensen,Ph.D. Ryan S. Senger.,Ph.D. David D. Kuhn.,Ph.D. 安米斯史蒂文斯,博士。

芽孢杆菌 能够使用糖浆衬底获得最高生长的物种

土壤细菌
A farmer using an old school IHC corn picker and trailer, Story County, Iowa, USA. Source: Carl Wycoff [CC BY 2.0 (//creativecommons.org/licenses/by/2.0)]. //commons.wikimedia.org/wiki/File:IHC_corn_picker,_Story_County,_Iowa,_2011.jpg.
商业级乙醇产量是2017年产生大约270亿加仑的全球产业,其中大约有160亿增加。乙醇的生产采用淀粉基生物质,玉米是美国生产中的主要来源。乙醇产量通常从玉米碾磨,然后烹饪,液化和糖化以允许酵母发酵产物,然后蒸馏以将乙醇分离在静脉曲张副产物中。然后将静脉离心以将固体(湿蒸馏器的颗粒)与液体(薄釜馏物)部分分离。通过高温蒸发将薄的静止浓缩成浓缩玉米蒸馏器可溶物(CCD),通常称为糖浆。当合并并用湿蒸馏器晶粒干燥时,该糖浆通常用作动物饲料补充剂。

由于糖浆含有有机碳源,因此还被使用微生物将其转化为其他所需的产品。然而,糖浆仍然是乙醇生产过程的未充分限制组分。在这项研究中,糖浆被用作富含营养的培养基,用于微生物生物量发育,如果成功,将通过开发可能的水产养殖饲料的新蛋白质来源来提高乙醇生产的盈利能力。

微生物生物量的大规模培养已用于各种工业实践,包括农业益生菌生产,类胡萝卜素生产,人类和农业食品生产以及废水处理。水产养殖行业对培养富含蛋白质的细菌生物量培养富含蛋白质的细菌生物量,以取代水产养殖饲料中的鱼粉。由于其具有高可适应性和消化率及其良好的必要氨基酸谱,Fishmeal传统上是作为许多培养的鱼类和贝类种类的主要蛋白质来源。然而,鱼粉的需求随着价格的增加而增加,这使得替代蛋白质来源更有利可图,对水产养殖业更有利可图。

在废水/副产物上培养微生物生物量具有利用这些否则不到低价废物流的增加的益处。先前已经证明,可以培养微生物生物量,同时培养微生物生物量,同时从鱼类农场和糖果制造植物处理废水,并且这种生物质可以成功地用于取代水产养殖中生长的虾的饲料中的鱼粉。

本文 - 改编和总结了 原始出版物  - 研究了微生物在玉米乙醇发酵糖浆基质上生长的能力,使得它们也可以用作水产养殖饲料中的蛋白质补充剂。研究发现为未来应用细菌生物量在水产养殖中奠定了基础。

我们感谢Brian Badgley,Silke Hauf,Christopher Lawrence和Stephen Melville在弗吉尼亚理工学院分享程序和装备和Jason Bootsma,担任弗林特山资源的联络。

研究设置

首先建立了能够代谢糖浆的生物反应器生长的土壤富集群体,其社区型材的特征在于使用16S rRNA序列的分子水平。然后,检测定义的单一栽培,针对它们的生长产量进行测试,检查二元培养组合对于社区中可能的协同效应。 芽孢杆菌 物种虽然不是生物反应器中的主要生物,但是最富有成效的纯文化分离株。

糖浆是乙醇生产的副产物,得到用作细菌的生长底物。为了检查细菌生长如何跨越不同大量的糖浆,三种单独的批次来自三种不同的乙醇生产设施,具有类似的设计和功能。在乙醇生产过程中的同一点中除去三个糖浆,通过施加离心和高温(〜85度-c),在油分离和蒸发后。

虽然使用了三种不同的商业酵母菌株,但产生的CCD含量与〜30至40%的固体相似,水〜60至70%。糖浆2用于所有研究,而在单一型材研究中检测糖浆1和3,以测试生物体鲁棒性。

有关糖浆生长衬底的其他信息;厌氧反应器中细菌富集的颞次社区分析; miseq数据分析;富含富集培养的纯文化菌株分离;微生物菌株的单殖民和二元组合生长测定;应变鉴定;和登录号码,请咨询原始出版物。

结果和讨论

本研究的目的是鉴定从实验室库存和土壤富集群体获得的纯培养分离物,其可以使用乙醇发酵产量的副产品作为其唯一的营养源来生长。在与糖浆和土壤中的厌氧消化的最后时间点(第8天)(图1),富含七种优势生物体家族,包括枯草科家族,被证明是最大兴趣的生物体。富含生物反应器的其他六个家庭是Clostridiaceae,alicyclobacilaceae,喇菇,毛杆菌菌,Veillonellaceae和肠杆菌藻。然而,在那些富集的那些中,只有四个,杆菌藻,Burkholderiaceae,alicclobilaceae和肠杆菌族家族,具有伴随伴侣的成员。

我们的程序旨在选择针对迫使有氧或厌氧的生物。兼容成长是一种理想的特质,可以在有氧病症下处理有机体,同时允许在大型工业大桶中发酵。

土壤细菌
图1:厌氧糖浆富集循环的细菌群落概况。在八日富集的五个时间点,从PCR池对来自PCR池的PCR池进行平均。在整个浓缩中列出的主要家庭有以下标签:a = alicyclobacilaceae,ba = bacillaceae,bu = burkholderiaceae,c = clostridiaceae,e =肠杆菌,p = pseudomonadaceae,r =喇叭杆菌,v = Veillonellaceae。

单一型测定显示出来 芽孢杆菌 物种作为能够使用糖浆基质的最高水平生长的生物。虽然专门属于枯草科家族的最富有成效的单一栽培,但浓缩研究揭示了一个能够在糖浆上生长的七个优势家庭的更多样化的社区。事实上,枯草科家族占总社区的11.3%。对抗和/或竞争是限制杆菌的生长的反应器内的可能导致因素。然而,杆菌植物是适应我们在氧可用性(即厌氧和有氧生长)和中等选择(TSA和SYRUP)上应用的不同选择的最成功的生物组。由于已知糖浆组合物和营养含量的可变性,因此非常理想的特征是不同批次鲁棒增长的能力。检查的溶杆菌似乎具有这种所需的特征。

有趣的是,许多研究表明 芽孢杆菌 sp。为了能够利用多种碳源,并且在多于一个来源的存在时,它们能够在成长时进行分解代谢物抑制。最近,兴趣 芽孢杆菌 sp。在工业相关的碳源增加的新陈代谢增加。由于生产设施使用的工艺并不需要非常高的温度,因此所有步骤发生在少于87.8摄氏度下,这将不太可能形成Anhydro糖。相反,甘油,糊精(DP4)和麦芽糖(DP2)是糖浆的固体分数中最丰富的碳水化合物。

在糖浆上生长微生物的三十四个二元组合,以看看初始糖浆衬底是否可以更好地支持混合群落的生长互连到代谢物中。二元生长测定显示出明显的协同生长效应,因为只测试的组合都没有比仅仅是单个生物的组合更好。这表明对于配对的生物体没有产生有益的代谢物。尽管如此,顶部之间可能有助于协同作用 芽孢杆菌 物种分离物和初始生物反应器群落中存在的其他生物。

发现 芽孢杆菌 物种利用糖浆,因为它们的唯一营养源具有未来应用的可能性。例如,细菌 芽孢杆菌 属在工业习俗中被用作水产养殖饲料的补充,专门用于益生菌益处,刺激鱼类免疫系统,甚至改善水质。此外,它们形成高度稳定的休眠孢子的能力使得可以长期运输和储存。通过干重, 芽孢杆菌 细胞大约50%的蛋白质,因此它们可以用作水产养殖动物饲料中的补充而不是昂贵的鱼粉。这项研究确定了一些有希望的 芽孢杆菌 分离物将被认为是可以安全的动物消费作为鱼粉的替代品。

透视

鱼粉供应趋势表明,需要为永久性药物补充剂提供额外的营养材料。使用糖浆衬底作为培养微生物的方法,例如 芽孢杆菌 物种,不仅可以提供增强的经济和可持续性,不仅是乙醇生产的过程,还提供商业水产养殖。


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