Food waste is both an industrial and residential source of pollution, and there has been a great need for food waste reduction. As a preliminary step in this study, waste reduction is quantitatively modeled. This study presents two models based on kinetics: a simple kinetic model and a mass transport-shrinking model. In the simple kinetic model, the smaller is the reaction rate constant ratio k1, the lower the rate of conversion from the raw material to intermediate products. Accordingly, the total elapsed reaction time becomes shorter. In the mass transport-shrinking model, the smaller is the microbial decomposition resistance versus the liquid mass transfer resistance, the greater is the reduction rate of the radius of spherical waste particles. Results showed that the computed reduction of waste mass in the second model agreed reasonably with that obtained from a few experimantal trials of biodegradation, in which the microbial effect appeared to dominate. All calculations were performed using MATLAB 2020 on PC.
Xiao, Chunping;Yang, Limin;Zhang, Lianxue;Liu, Cuijing;Han, Mei
Journal of Ginseng Research
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제40권1호
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pp.28-37
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2016
Background: Panax ginseng cannot be cultivated on the same land consecutively for an extended period, and the underlying mechanism regarding microorganisms is still being explored. Methods: Polymerase chain reaction and denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) and BIO-LOG methods were used to evaluate the microbial genetic and functional diversity associated with the P. ginseng rhizosphere soil in various cultivation ages and modes. Results: The analysis of microbial diversity using PCR-DGGE showed that microbial communities were significantly variable in composition, of which six bacterial phyla and seven fungal classes were detected in P. ginseng soil. Among them, Proteobacteria and Hypocreales dominated. Fusarium oxysporum, a soilborne pathogen, was found in all P. ginseng soil samples except R0. The results from functional diversity suggested that the microbial metabolic diversity of fallow soil abandoned in 2003was the maximum and transplanted soil was higher than direct-seeding soil and the forest soil uncultivated P. ginseng, whereas the increase in cultivation ages in the same mode led to decreases in microbial diversity in P. ginseng soil. Carbohydrates, amino acids, and polymers were the main carbon sources utilized. Furthermore, the microbial diversity index and multivariate comparisons indicated that the augmentation of P. ginseng cultivation ages resulted in decreased bacterial diversity and increased fungal diversity, whereas microbial diversity was improved strikingly in transplanted soil and fallow soil abandoned for at least one decade. Conclusion: The key factors for discontinuous P. ginseng cultivation were the lack of balance in rhizosphere microbial communities and the outbreak of soilborne diseases caused by the accumulation of its root exudates.
The cathode reaction is one of the most seriously limiting factors in a microbial fuel cell (MFC). The critical dissolved oxygen (DO) concentration of a platinum-loaded graphite electrode was reported as 2.2 mg/l, about 10-fold higher than an aerobic bacterium. A series of MFCs were run with the cathode compartment inoculated with activated sludge (biotic) or not (abiotic) on platinum-loaded or bare graphite electrodes. At the beginning of the operation, the current values from MFCs with a biocathode and abiotic cathode were $2.3{\pm}0.1$ and $2.6{\pm}0.2mA$, respectively, at the air-saturated water supply in the cathode. The current from MFCs with an abiotic cathode did not change, but that of MFCs with a biotic cathode increased to 3.0 mA after 8 weeks. The coulomb efficiency was 59.6% in the MFCs with a biotic cathode, much higher than the value of 15.6% of the abiotic cathode. When the DO supply was reduced, the current from MFCs with an abiotic cathode decreased more sharply than in those with a biotic cathode. When the respiratory inhibitor azide was added to the catholyte, the current decreased in MFCs with a biotic cathode but did not change in MFCs with an abiotic cathode. The power density was higher in MFCs with a biotic cathode ($430W/m^3$ cathode compartment) than the abiotic cathode MFC ($257W/m^3$ cathode compartment). Electron microscopic observation revealed nanowire structures in biofilms that developed on both the anode and on the biocathode. These results show that an electron-consuming bacterial consortium can be used as a cathode catalyst to improve the cathode reaction.
Hot air sparging is a groundwater remediation technique, in which organic contaminants volatilized into hot air from the saturated to vadose zone. In the laboratory diesel (10,000 mg TPH/kg) was spiked in contaminated saturated aquifer soil. The hot air ($34.9{\pm}2.7^{\circ}C$) was injected in intermittent (Q=1,500 mL/min, 10 minute injection and 10 minute idle) modes. We performed microcosm tests using the groundwater samples to assess TPH reductive remediation activity. For Terminal-Restriction Fragment Length Polymorphism (T-RFLP) analysis of eubacterial communities in sludge of wastewater treatment plants and soil of experiment site, the 16S rDNA was amplified by Polymerase Chain Reaction (PCR) from the sludge and the soil. The obtained 16S rDNA fragments were digested with Msp I and separated by electrophoresis gel. We found various sequence types for hot air sparging experiment with sludge soil samples that were closely related to Bacillus (149 bp, Firmicutes), Methlobacterium (149 bp, Euryarchaeotes), Pseudomonas (492 bp, ${\gamma}$-Proteobacteria), etc., in the clone library. In this study we find that TPH-water was reduced to 78.9% of the initial value in this experiment aquifer. The results of the present study suggests that T-RFLP method may be applied as a useful tool for the monitoring in the TPH contaminated soil fate of microorganisms in natural microbial community.
물속에 우라닐이온(${UO_2}^{2+}$) 형태로 존재하는 산화우라늄을 철환원세균인 스와넬라균(Shewanella p.)을 이용하여 제거하는 실험을 수행하였다. 용액상의 우라늄 초기농도는 $50{\mu}M$ 이었으며 미생물과의 반응에 의해 점차 그 농도가 감소하였고, 약 2주 후에 거의 대부분의 우라늄이 제거되었다. 우라늄이 제거된 기작은 대부분 미생물 표면에 대한 흡착, 침전 및 광물화에 의한 것이었다. 투과전자현미경으로 관찰한 결과로는 미생물 표면에 흡착되어 점차 결정화되어가는 우라늄이 큰 광물로 성장하고 여러 미생물개체 및 유기분비물과의 결합을 통해 그 크기가 수 ${\mu}m$ 이상으로 커져가는 것을 확인하였다. 이러한 미생물에 의한 우라늄 광물의 성장 및 결합은 방사성폐기물처분장의 우라늄 거동에 큰 영향을 끼칠 수 있으며, 특별히 본 실험에서 관찰한 생지화학적인 금속환원미생물의 역할에 의해 지하 우라늄의 이동이 상당히 지연되는 효과를 거둘 수 있을 것으로 사료된다.
Food waste is produced from food factories, food services, and home kitchens. The generated mass reached 5.4 million tons/year in 2020. The basic management technology for such waste has been biological degradation under an anaerobic environment. However, the whole process is intrinsically slow and considerably affected by the inner physicochemical properties of the waste and other surrounding conditions, which makes optimization of the process difficult. The most promising options to counter this massive generation of waste are eco-friendly treatments or recycling. As a preliminary step for these options, attempts were made to evaluate the feasibility and usability of three simulative models based on reaction kinetics. Model (A) predicted relative changes over reaction time for reactant, intermediate, and product. Overall, an increased reaction rate produced less intermediate and more product, thereby leading to a shorter total reaction time. Particle diminishing model (B) predicted reduction of the total waste mass. The smaller particles diminished faster along with the dominant effect of microbial reaction. In Model (C), long-chain cellulose was predicted to transform into reducing sugar. At a standard condition, 48% of cellulose molecules having 105 repeating units turned into reducing sugar after 100 h. Also it was found that the optimal enzyme concentration where the highest amount of remnant sugar was harvested was 1 mg L-1.
Objective: This study was to determine the bacterial diversity and monitor the community dynamic changes during storage of vacuum-packaged sliced raw beef as affected by Lactobacillus sakei and Lactobacillus curvatus. Methods: L. sakei and L. curvatus were separately incubated in vacuumed-packaged raw beef as bio-protective cultures to inhibit the naturally contaminating microbial load. Dynamic changes of the microbial diversity of inoculated or non-inoculated (control) samples were monitored at $4^{\circ}C$ for 0 to 38 days, using polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE). Results: The DGGE profiles of DNA directly extracted from non-inoculated control samples highlighted the order of appearance of spoilage bacteria during storage, showing that Enterbacteriaceae and Pseudomonas fragi emerged early, then Brochothrix thermosphacta shared the dominant position, and finally, Pseudomonas putida showed up became predominant. Compared with control, the inoculation of either L. sakei or L. curvatus significantly lowered the complexity of microbial diversity and inhibited the growth of spoilage bacteria (p<0.05). Interestingly, we also found that the dominant position of L. curvatus was replaced by indigenous L. sakei after 13 d for L. curvatus-inoculated samples. Plate counts on selective agars further showed that inoculation with L. sakei or L. curvatus obviously reduced the viable counts of Enterbacteraceae, Pseudomonas spp. and B. thermosphacta during later storage (p<0.05), with L. sakei exerting greater inhibitory effect. Inoculation with both bio-protective cultures also significantly decreased the total volatile basic nitrogen values of stored samples (p<0.05). Conclusion: Taken together, the results proved the benefits of inoculation with lactic acid bacteria especially L. sakei as a potential way to inhibit growth of spoilage-related bacteria and improve the shelf life of vacuum-packaged raw beef.
본 연구에서는 PCR법을 이용하여 농산물 중 enterotoxin 생성 Clostridium perfringens를 신속 분석할 수 있도록 전 처리법을 확립하고자 수행하였다. 이를 위하여 C. perfringens 포자를 상추, 토마토, 고추, 들깻잎에 102, 103, 104, 105, 106, 107 spore/g 농도로 포자를 접종하였다. 포자가 접종된 농산물들은 pulsifier, stomacher, sonicator로 처리하고 boiling법 혹은 상용화 된 kit로 DNA를 추출한 후 PCR법을 수행하고 검출한계를 비교하였다. 그 결과, 3가지 전처리법에 있어서는 pulsifier가, DNA 추출에 있어서는 상용화된 DNA 추출 kit를 활용하는 것이 농산물 중 C. perfringens의 검출한계를 10-100배 낮출 수 있었다. 특히 들깻잎, 방울토마토처럼 전처리 방법에 따른 탁도의 변화가 큰 농산물은 전처리법과 DNA 추출법이 PCR 반응에 미치는 영향이 큰 것으로 나타났다. 따라서 본 연구 결과를 통해 볼 때 PCR법을 이용한 농산물 중 C. perfringens를 검출하는데 있어 검출감도를 높이기 위해서는 pulsifier를 이용하여 전처리하고 상용화된 DNA 추출 kit를 사용하는 것이 적절한 것으로 판단된다.
A continuous culture study was conducted to determine the impact of ruminal degradable soy protein (S-RDP) level and dilution rate (D) on growth of ruminal non-structural carbohydrate-fermenting microbes. Corn starch, urea and isolated soy protein (ISP) were used to formulate three diets with S-RDP levels of 0, 35 and 70% of total dietary CP. Two Ds were 0.03 and $0.06h^{-1}$ of the fermenter volume in a single-effluent continuous culture system. As S-RDP levels increased, digestibilities of dietary dry matter (DM), organic matter (OM) and crude protein (CP) linearly (p=0.001) decreased, whereas digestion of dietary starch linearly (p=0.001) increased. Increasing D from 0.03 to $0.06h^{-1}$ resulted in decreased digestibilities of dietary DM and OM, but had no effect on digestibilities of dietary starch (p=0.77) and CP (p=0.103). Fermenter pH, the concentration of volatile fatty acids (VFA) and daily VFA production were unaffected (p=0.159-0.517) by S-RDP levels. Molar percentages of acetate, propionate and butyrate were greatly affected by S-RDP levels (p=0.016-0.091), but unaffected by D (p=0.331-0.442). With increasing S-RDP levels and D, daily bacterial counts, daily microbial N production (DMNP) and microbial efficiency (MOEFF; grams of microbial N produced per kilogram of OM truly digested) were enhanced (p=0.001). The increased microbial efficiency with increasing S-RDP levels is probably the result of peptides or amino acids that served as a stimulus for optimal protein synthesis. The quantity of ruminal degradable protein from soy proteins required for optimum protein synthesis of non-structural carbohydrate-fermenting microbes appears to be equivalent to 9.5% of dietary fermented OM.
Lee, Theresa;Lee, Seung-Ho;Shin, Jean Young;Kim, Hee-Kyoung;Yun, Sung-Hwan;Kim, Hwang-Yong;Lee, Soohyung;Ryu, Jae-Gee
The Plant Pathology Journal
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제30권1호
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pp.33-42
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2014
Nivalenol (NIV) and deoxynivalenol (DON) are predominant Fusarium-producing mycotoxins found in grains, which are mainly produced by Fusarium asiaticum and F. graminearum. NIV is found in most of cereals grown in Korea, but the genetic basis for NIV production by F. asiaticum has not been extensively explored. In this study, 12 genes belonging to the trichothecene biosynthetic gene cluster were compared at the transcriptional level between two NIV-producing F. asiaticum and four DON-producing F. graminearum strains. Chemical analysis revealed that time-course toxin production patterns over 14 days did not differ between NIV and DON strains, excluding F. asiaticum R308, which was a low NIV producer. Both quantitative real-time polymerase chain reaction and Northern analysis revealed that the majority of TRI gene transcripts peaked at day 2 in both NIV and DON producers, which is 2 days earlier than trichothecene accumulation in liquid medium. Comparison of the gene expression profiles identified an NIV-specific pattern in two transcription factor-encoding TRI genes (TRI6 and TRI10) and TRI101, which showed two gene expression peaks during both the early and late incubation periods. In addition, the amount of trichothecenes produced by both DON and NIV producers were correlated with the expression levels of TRI genes, regardless of the trichothecene chemotypes. Therefore, the reduced production of NIV by R308 compared to NIV or DON by the other strains may be attributable to the significantly lower expression levels of the TRI genes, which showed early expression patterns.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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