Журнал микробных и биохимических технологий

Абстрактный

Бромированные органические биоциды контролируют бактерии, продуцирующие молочную кислоту, в матрицах ферментации биоэтанола

Кристофер Л. Виатр1*, Джули Баззелл2, Рита де Кассия Бортоло Порто3

Более миллиона баррелей биоэтанола производятся каждый день путем ферментации растительной биомассы. Поскольку производство биоэтанола не является асептическим, добавление антимикробных агентов имеет первостепенное значение для защиты фракции этанола от молочнокислых бактерий (LAB), которые могут расти в кислой среде процесса, загрязнять систему и преобразовывать этанол в непродаваемые органические кислоты. Обычно применяются антибиотики. К сожалению, антибиотики химически стабильны и переносятся в ходе процесса и загрязняют твердые частицы, называемые сухой бардой с растворимыми веществами (DDGS), которые собираются после дистилляции и продаются в качестве корма для крупного рогатого скота, свиней и птицы. В этом исследовании оценивалась эффективность альтернативных антимикробных методов. Быстродействующие бромированные биоциды, 2,2-дибром-3-нитрило-пропионамид (DBNPA) и 2-бром-2-нитрило-пропан-1,3-диол (BNPD) были исследованы в качестве антимикробных агентов для контроля жизнеспособных кислотообразующих бактерий Lactobacillus plantarum и Acetobacter cerevisiae , которые обычно заражают ферментацию биоэтанола. В пилотном исследовании завода, ферментирующего кукурузу в этанол с использованием дрожжей, DBNPA был признан эффективным против этих бактерий при ступенчатой ​​дозе-ответе от 25 мг/л до 200 мг/л, с оптимальной дозой, достигающей 200 мг/л. Однако BNPD был неэффективен при 25 мг/л, но был эффективен при 100 мг/л и 200 мг/л. Затем органические бромидиды были переданы на полевые испытания на промышленном заводе по производству кукурузы в этанол. DBNPA убил 3 log ₁₀ LAB и почти 3 log ₁₀ всех гетеротрофных бактерий при дозировке 100 мг/л, тогда как BNPD имел показатель, приближающийся к 2 log ₁₀ для LAB и всех гетеротрофных бактерий при той же дозировке. На заводе по производству тростникового сахара органические бромиды в концентрации 100 мг/л были эффективны в тростниковом сиропе, причем DBNPA превзошел BNPD; однако более низкие дозировки обоих биоцидов не были эффективными. Во время испытаний антибиотики, используемые в типичных дозировках для внесения, дали сравнительно неудовлетворительные результаты, снизив LAB или общую популяцию бактерий только на один log ₁₀ ( против. контроль). Более того, во время биохимических испытаний ферментативного кукурузного сусла, инфицированного LAB, растущего 62 часа, дозы DBNPA ≥ 100 мг/л значительно снизили конечный уровень молочной кислоты в 14 раз, и полностью устранили влияние бактериальной инфекции на выход этанола. DBNPA не оказал отрицательного воздействия на скорость производства этанола, увеличив выход этанола на 2%. Добавление всего лишь 0,5% к выходу биоэтанола оценивается примерно в 4 миллиона долларов дополнительного выхода на заводе мощностью 50 MGY. Кроме того, поскольку ранее аналитически было обнаружено, что DBNPA разлагается в побочных продуктах ферментации и не достигает DDGS, этот микробицидно эффективный органический бромоцид также может стать успешной альтернативой антибиотикам для борьбы с бактериальными инфекциями при производстве топливного этанола и тем самым помочь удалить антибиотики из пищевой цепи, предотвращая развитие устойчивости к антибиотикам.