This study aims to find out optimum condition for hydrogen production and organic removal when treating food and swine wastewater together. For this purpose, various batch tests were conducted by changing mixture ratio from 6:4 (food wastewater:swine wastewater) to 1:9 without pretreatment process. For hydrogen production through anaerobic fermentation, the mixture ratios of R-1 (6:4), R-2 (5:5) and R-6 (1:9) were out of pH range appropriate for hydrogen production and mixture ratios of R-3 (4:6), R-4 (3:7), and R-5(2:8) showed appropriate hydrogen production where their pH ranges were 5.1~5.5. Especially in case of R-3, it consistently maintained appropriate pH range for hydrogen production for 72hr and produced maximum hydrogen. The characteristics of hydrogen production and cumulative hydrogen production according to each mixture ratio showed that R-1, R-2 and R-6 did not produce any hydrogen, and maximum hydrogen productions of R-3, R-4 and R-5 were 593ml, 419ml and 90ml, respectively. Total cumulative hydrogen productions of R-3, R-4 and R-5 were 1690ml, 425ml and 96ml, respectively. Based on previous results, it was concluded that, the most appropriate mixture ratio of food wastewater and swine wastewate rwas 4:6 (R-3). The experiment for COD removal rate to evaluate organic removal efficiency revealed that R-3, R-4 and R-5 showed high removal efficiencies during the highest hydrogen production amount and the highest efficiency was 41% with R-3.
혐기성 회분식 반응조를 이용하여 다양한 유기성 폐기물의 에너지화 가능성을 평가하기 위하여 수소발생 특성을 평가하였다. 본 연구에서 채소류는 파, 과일류는 사과, 곡류는 쌀밥 그리고 육류로는 돼지고기를 사용하였다. 파, 사과, 쌀밥 및 돼지고기의 최종 수소 수율은 각각 0.46, 0.47, 0.62 및 $0.05mol\;H_2/mol\;hexose$로 나타났다. 수소 발생율은 파, 사과, 쌀밥 및 돼지고기에서 각각 0.013, 0.021, 0.014 및 $0.005mol\;H_2/mol\;hexose/h$로 평가되었다. 따라서 돼지고기를 제외한 음식폐기물의 혐기성 수소 발효는 재생에너지 생산뿐만 아니라, 유기물의 제거에 효과적인 것으로 나타났다. 휘발성 지방산은 수리학적 체류시간이 증가함에 따라 높게 발생되는 것으로 나타났다. 수소 발효시 산발효 효율은 쌀밥이 75.8%로 가장 높게 나타났으며, 돼지고기는 35.2%로 가장 낮게 나타났다.
Methane emitted from ruminant livestock is regarded as a loss of feed energy and also a contributor to global warming. Methane is synthesized in the rumen as one of the hydrogen sink products that are unavoidable for efficient succession of anaerobic microbial fermentation. Various attempts have been made to reduce methane emission, mainly through rumen microbial manipulation, by the use of agents including chemicals, antibiotics and natural products such as oils, fatty acids and plant extracts. A newer approach is the development of vaccines against methanogenic bacteria. While ionophore antibiotics have been widely used due to their efficacy and affordable prices, the use of alternative natural materials is becoming more attractive due to health concerns regarding antibiotics. An important feature of a natural material that constitutes a possible alternative methane inhibitor is that the material does not reduce feed intake or digestibility but does enhance propionate that is the major hydrogen sink alternative to methane. Some implications of these approaches, as well as an introduction to antibiotic-alternative natural materials and novel approaches, are provided.
생물학적 수소생산 공정은 다른 열화학적 공정이나 전기화학적 공정에 비하여 환경친화적이며 에너지를 덜 소모하는 공정이다. 생물학적 수소생산 공정은 크게 두 가지로 구별할 수 있는데, 광합성에 의한 수소생산과 혐기발효에 의한 수소생산이 그것이다. 광합성에 의한 수소생산 공정은 주로 물로부터 수소를 생산하고 동시에 공기 중의 이산화탄소도 저감하는 특징을 가지고 있으며, 혐기발효에 의한 수소생산 공정은 유기 탄소원을 섭취하는 박테리아에 의한 발효를 통해 이루어지는 공정이다. 본 논문에서는 생물학적 수소생산 공정에 대한 그간의 연구들에 대하여 살펴 보았다.
This study examines the effects of linear alkylbenzene sulfonate on hydrogen fermentation of food waste. The hydrogen production rate was similar with different linear alkylbenzen sulfonate (LAS) concentrations. The maximum hydrogen yield increased with increasing LAS concentration. The highest maximum hydrogen yield was $0.550{\pm}0.005mol$ H2/mol hexose at LAS for 5.52 mg/L. But the maximum hydrogen yield decreased above LAS for 11.05 mg/L. The concentration of acetate in control reactor was increased, but it decreased with increasing LAS concentration in other reactors.
The effect of acetic acid formation deficiency on recombinant E. coli fermentation was investigated using a mutant strain deficient in acetic acid formation. A mutant strain which does not grow under anaerobic conditions was isolated. The acetic acid production in this strain was negligible in aerobic batch fermentation. The cloned-gene expression in the mutant strain was higher than the wild-type strain. Fed-batch fermentations with controlled specific growth rates were carried out in order to compare the cloned-gene expression between the wild-type and the mutant strains. The expression decreased along with the specific growth rate in both strains. The cloned-gene expression in the mutant strain was 60% higher than in the wild-type strain at the same specific growth rate.
This study was intended to develop a new rice product by the fermentation of saccharified rice solution using Bifidobacterium and to select an appropriate reducing agent to provide the anaerobic condition for the growth of Bifidobacterium during fermentation. The enhancement of the growth of Bifidobacterium in saccharified rice solution was achieved by the treatment of reducing agents such as ascorbic acid and cysteine. The physical and chemical properties of the fermented product were evaluated, and the effect of the reducing agents were compared between ascorbic acid and cysteine. The fermented product with the addition of ascorbic acid shows the lower pH and the higher titratable acidity comparing the product with the addition of cysteine. This indicated that ascorbic acid was more appropriate reducing agent than cysteine for the fermentation of the saccharified rice solution. The number of viable Bifidobacterium in the fermented product with the addition of ascorbic acid(2.2$\times$108~3.4$\times$108CFU/ml) was greater than that with the addition of cysteine (8$\times$107~2.8$\times$108CFU/ml). Ascorbic acid supplement also contributed better sensory properties, such as flavor, taste and overall acceptibility than cysteine supplement did.
Hyeon-Ji Lim;In-Sun Park;Ji Won Seo;Gwangsu Ha;Hee-Jong Yang;Do-Youn Jeong;Seon-Young Kim;Chan-Hun Jung
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제34권7호
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pp.1501-1510
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2024
Inflammatory bowel disease (IBD), characterized by chronic inflammation of the gut, is caused by several factors. Among these factors, microbial factors are correlated with the gut microbiota, which produces short-chain fatty acids (SCFAs) via anaerobic fermentation. Fermented foods are known to regulate the gut microbiota composition. Ganjang (GJ), a traditional fermented Korean soy sauce consumed worldwide, has been shown to exhibit antioxidant, anticancer, anti-colitis, and antihypertensive activities. However, its effects on the gut microbiota remain unknown. In the present study, we aimed to compare the anti-inflammatory effects of GJ manufactured using different methods and investigate its effect on SCFA production in the gut. To evaluate the anti-inflammatory effects of GJ in the gut, we performed animal experiments using a mouse model of dextran sulfate sodium (DSS)-induced colitis. All GJ samples attenuated DSS-induced colitis symptoms, including reduced colonic length, by suppressing the expression of inflammatory cytokines. In addition, GJ administration modulated SCFA production in the DSS-induced colitis model. Overall, GJ exerted anti-inflammatory effects by reducing DSS-induced symptoms via regulation of inflammation and modulation of SCFA levels in a DSS-induced colitis model. Thus, GJ is a promising fermented food with the potential to prevent IBD.
본 시험은 혐기성 박테리아, 효모 및 곰팡이로 제조한 synbiotics를 TMR에 첨가하여 7일 동안 발효시킨 후, 성분함량의 변화 및 개봉하여 공기에 노출시킨 기간에 따른 발효특성의 변화를 알아보기 위하여 수행되었다. 처리구는 무처리구인 US구, 혐기성 박테리아와 prebiotics로 구성된 BS구, 혐기성 효모와 prebiotics로 구성된 YS, 혐기성 곰팡이와 prebiotics로 구성된 MS구, 혐기성 박테리아와 혐기성 곰팡이 및 prebiotics를 조합한 BMS구, 혐기성 효모와 혐기성 곰팡이 그리고 prebiotics를 조합한 YMS구, 혐기성 박테리아와 혐기성 효모 그리고 prebiotics를 조합한 BYS구, 혐기성 박테리아, 효모 및 곰팡이 복합물과 prebiotics를 조합한 BMYS구로서 총 8 처리구로 나누었다. 개봉 후 노출기간(1, 3, 5, 7, 14, 및 21일)별 3반복으로 총 144개의 bag을 공시사료로 제조하였다. 혐기 발효 TMR의 개봉 후 성분함량과 공기노출에 따른 발효특성에 대한 결과를 요약하면 다음과 같다. 혐기 발효시킨 TMR의 수분함량은 약 41${\sim}$45% 범위로서원 사료와 비슷한 수준이었다. 조단백질 함량은 기초 사료에 비해 무처리 대조구에서는 11.7${\sim}$14.8% 줄어들었으나, BMYS 처리구에서는 약 11%가 증가되었다. BMYS 처리구에서는 조섬유 함량이 기초사료에 비해 약 32% 감소되었고, NDF 및 ADF도 각각 15.5% 및 26.1%가 감소되었다. 공시사료의 내부 온도는 개봉 7일째에 전 처리구에서 높게 나타났다. 발효 TMR의 pH는 개봉 5일까지는 처리 간에 차이가 없었으나, 개봉 7일 이후부터는 높아졌고, BMS구에서 개봉 14일째에 가장 높았다(P<0.05). 산에 대한 완충능력은 개봉 후, 시간이 경과함에 따라 산의 첨가량이 많아져 완충능력이 높아지는 경향으로서 대체로 개봉 7일 이후부터 시작하여 14일째에 peak를 이루었다. 발효 TMR 즙액의 $NH_3-N$ 농도는 개봉 후 5일째에 peak를 이루었으며, 휘발성지방산 함량은 매우 낮은 수준이었다. 이상의 결과로 볼 때, BMYS 처리구에서 단백질 함량은 높아지고, 섬유소함량은 낮아졌지만, 공기 중 노출기간별 발효특성에서는 혐기성 synbiotics의 첨가에 따른 영향은 없는 것으로 나타났다.
본 연구는 음식물 찌꺼기의 사료화를 목적으로 종균제(YM, 영진환경)와 아프리카산 고온성 효모인 Kl. marxianus를 이용하여 음식물 찌꺼기를 발효시켜 보존성을 연장하기 위해 실시하였다. 6일 동안 발효시, 편성 호기적 또는 혐기적 조건보다는 2일간 호기적 조건으로 발효시킨 뒤 계속하여 4일간 혐기적으로 발효시켰을 때 유기산 생성량이 높았고 생균수도 가장 높았다. 종균제(YM)의 첨가는 무첨가 시료보다 발효 후 잔여 총 생균수를 100배 이상으로 크게 증가시켰으며 여기에 Kl. marxianus 배양액을 추가로 첨가할 경우 총생균수는 더욱 증가시켰으나 효모수를 더 증가시키지는 않았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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