This study was conducted to investigate the effect of thermal pre-treatment on bio-hydrogen from food waste. Two continuous reactors operated and VFAs(volatile fatty acids) production and microbial communities were analyzed. The average hydrogen yield was 0.50 and 0.33mol $H_2/mol$$hexose_{added}$ in thermally treated food added reactor(R1) and control(R2), respectively. Butyrate concentration was similarly 7,500mg/L in both reactors, but two times higher lactate concentration was observed in R2(3,800mg/L). The results of FISH(fluorescence in situ hybridization) showed that the relative microorganism to hydrogen producing bacteria was 78 and 27% in R1 and R2, respectively.
This study was performed to optimize the integrated anaerobic digestion (AD) and microbial electrolysis cells (MECs) for the enhanced hydrogen production. The optimum operational conditions of integrated AD and MECs were obtained using response surface methodology. The optimum substrate concentration and operational pH were 10 g/L and 6.8, respectively. In the confirm test, 1.43 mol $H_2/mol$ hexose was achieved, which was 2.5 times higher than only AD. After 40 to 60 hour at seeding, the volatile fatty acids (VFAs) in reactor of AD were not changed. However the VFAs of reactor of AD-MECs were reduced by 61.3% (acetate: 76.4%, butyrate: 50.0%, lactate: 55.0%).
Food waste can be a valuable carbon source in biological nutrient removal (BNR) systems because of high C/N and C/P ratios. However, food waste should be pretreated to promote its hydrolysis rate because hydrolysis reaction would be a rate-limiting step. This study investigates the influence of the enzymatic pretreatment on acid fermentation of food waste. Solubilization of particulate matter in food waste by using commercial enzymes was examined. The acidification efficiency and the volatile fatty acids (VFAs) production potential of enzymatically pretreated food waste were also examined. The highest volatile suspended solids (VSS) reduction was obtained with an enzyme mixture ratio of 1:2:1 of carbohydrase:protease:lipase. An optimum enzyme dosage for solubilization of food waste was $0.1\%$(V/V) with the enzyme mixture ratio of 1:2:1. In the acid fermentation of enzymatically pretreated food waste, $0.1\%$(V/V) enzyme mixture dosage for pretreatment result in the maximum VFAs production and the best VFAs fraction in soluble COD(SCOD). The VFAs production at this addition level was 3.3 times higher than that of no-enzyme added fermenter. The dominant VFAs present was n-butyrate followed by acetate.
In this study, we investigated various cultural and operational factors to enhance electricity generation in a microbial fuel cell (MFC) using Geobacter sulfurreducens. The pure culture of G. sulfurreducens was cultivated using various substrates including acetate, malate, succinate, and butyrate, with fumarate as an electron acceptor. Cell growth was observed only in acetate-fed medium, when the cell concentrations increased 4-fold for 3 days. A high acetate concentration suppressed electricity generation. As the acetate concentration was increased from 5 to 20 mM, the power density dropped from 16 to $13mW/m^2$, whereas the coulombic efficiency (CE) declined by about half. The immobilization of G. sulfurreducens on the anode considerably reduced the enrichment period from 15 to 7 days. Using argon gas to create an anaerobic condition in the anode chamber led to increased pH, and electricity generation subsequently dropped. When the plain carbon paper cathode was replaced by Pt-coated carbon paper (0.5 mg $Pt/cm^2$), the CE increased greatly from 39% to 83%.
The effects of supplementation of organic citrus on the quality of rice straw silage was investigated in this study. The aim of the study was to improve the quality of rice straw silage using agricultural by-products and therefore to secure the good quality forage sources. Firstly, looking at chemical composition of citrus added rice straw silage, crude protein content appeared improved with the addition of citrus to rice straw silage compared to control while NDF and ADF contents decreased. pH of the silages were different between control(4.39) and treatments$(3.47\sim3.53)$. Lactic acid content was higher in citrus added silage(4.87mM) than in control (3.65mM). External quality of the silages was also better in citrus added silage when citrus added at the equal ratio with rice straw(1 : 1). This trend was the same as with pH and lactic acid content. Propionate was significantly higher in citrus addd silage but butyrate was significantly lower. DM and NDF disappearance rates in the rumen were highest when citrus added at the equal ratio with rice straw(1:1). In conclusion, supplementation of citrus to rice straw silage with equal ratio contributed the best to the improvement of the quality of silage and it may have been due mainly to abundant content of non-structural carbohydrate in citrus.
Dietary pattern has paramount importance in shaping the gut microbiota and its associated host health. Herein this study, long term (12 weeks) impact of mushroom derived dietary fiber, ${\beta}-glucan$, is investigated for its effect on low fiber diet consumption. Inclusion of dietary fiber into the low fiber diet (LFD) increased the abundance of genera Lactobacillus and Anaerostipes, the microbes responsible for butyrate (major 'fuel source' of colonocytes) production. Mice fed LFD with ${\beta}-glucan$ showed significant increase in the length of small intestine compared to that of the LFD group without ${\beta}-glucan$. Further, dietary fiber consumption enhanced goblet cell density along with mucosal layer thickness. These results indicate promising effects of ${\beta}-glucan$ towards maintenance of healthy gut and gut microbiota.
Fermentation of food waste in the presence of different concentrations of salt ($Na^+$) and ammonia was conducted to investigate the interrelation of $Na^+$ and ammonia content in bio-hydrogen production. Analysis of the experimental results showed that peak hydrogen production differed according to the ammonia and $Na^+$ concentration. The peak hydrogen production levels achieved were (97.60, 91.94, and 49.31) ml/g COD at (291.41, 768.75, and 1,037.89) mg-N/L of ammonia and (600, 1,000, and 4,000) $mg-Na^+/L$ of salt concentration, respectively. At peak hydrogen production, the ammonia concentration increased along with increasing salt concentration in the medium. This means that for peak hydrogen production, the C/N ratio decreased with increasing salt content in the medium. The butyrate/acetate (B/A) ratio was higher in proportion to the bio-hydrogen production (r-square: 0.71, p-value: 0.0006). Different concentrations of $Na^+$ and ammonia in the medium also produced diverse microbial communities. Klebsiella sp., Enterobacter sp., and Clostridium sp. were predominant with high bio-hydrogen production, while Lactococcus sp. was found with low bio-hydrogen production.
Jin, Jong Beom;Cha, Jin Wook;Shin, Il-Shik;Jeon, Jin Young;An, Hye Suck;Cha, Kwang Hyun;Pan, Cheol-Ho
Journal of Applied Biological Chemistry
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제64권1호
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pp.49-55
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2021
The diet plays a fundamental role in the formation of the gut microbiota, determining the interrelationship between the gut microbiota and the host. The current study investigated the effect of Chlorella vulgaris on the gut microbiota by using simulated in vitro digestion and colonic fermentation. Bioaccessibility was measured after in vitro digestion, and SCFAs and microbial profiling were analyzed after colonic fermentation. The bioaccessibility of C. vulgaris was 0.24 g/g. The three major SCFAs (acetate, propionate, and butyrate) increased significantly when compared to the control group. In microbial profiling analysis, microorganisms such as Faecalibacterium, Dialister, Megasphaera, Dorea, Odoribacter, Roseburia, Bifidobacterium, Butyricmonas, and Veillonella were high in C. vulgaris group. Among them, Faecalibacterium, Dialister, Megasphaera, Roseburia, and Veillonella were thought to be closely associated with the increased level of SCFAs. Finally, it can be expected to help improve gut microbiota and health through ingestion of C. vulgaris. However, further studies are vital to confirm the changes in the gut microbiota in in vivo, when C. vulgaris is ingested.
Polyhydroxyalkanoates (PHA) are a family of microbial polyesters that are used as biodegradable plastics in replacement of conventional plastics for various applications. However, the high production cost is the barrier for PHA market expansion. This study aimed to utilize food waste as low-cost feedstock to produce poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) by Haloferax mediterranei. The effects of acetate (Ac), propionate (Pr), butyrate (Bu), and the short-chain carboxylates derived from food waste were examined on the microbial growth and PHBV production. Results showed that a mixture of carboxylates provided a 55% higher PHBV yield than glucose. The food-waste-derived nutrients achieved the yields of 0.41 to 0.54 g PHBV/g Ac from initial loadings of 450 mg/l to 1,800 mg/l Ac of total carboxylates. And the consumption of individual carboxylate varied between different compositions of the carbon source. The present study demonstrates the potential of using food waste as feedstock to produce PHBV by Haloferax mediterranei, which can provide economic benefits to the current PHA industry. Meanwhile, it will also help promote organic waste reduction in landfills and waste management in general.
The incidence of stress-related type 2 diabetes (stress-T2D), which is aggravated by physiological stress, is increasing annually. The effects of Lactobacillus, a key component of probiotics, have been widely studied in diabetes; however, studies on the effects of postbiotics are still limited. Here, we aimed to examine the mechanism through which heat-killed Lactiplantibacillus plantarum LRCC5314 (HK-LRCC5314) alleviates stress-T2D in a cold-induced stress-T2D C57BL/6 mouse model. HK-LRCC5314 markedly decreased body weight gain, adipose tissue (neck, subcutaneous, and epididymal) weight, and fasting glucose levels. In the adipose tissue, mRNA expression levels of stress-T2D associated factors (NPY, Y2R, GLUT4, adiponectin, and leptin) and pro-inflammatory factors (TNF-α, IL-6, and CCL-2) were also altered. Furthermore, HK-LRCC5314 increased the abundance of Barnesiella, Alistipes, and butyrate-producing bacteria, including Akkermansia, in feces and decreased the abundance of Ruminococcus, Dorea, and Clostridium. Thus, these findings suggest that HK-LRCC5314 exerts protective effects against stress-T2D via gut microbiome modulation, suggesting its potential as a supplement for managing stress-T2D.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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