Solid-state fermentation using hulled barley was carried out to produce enzymes and β-glucan. The one-factor-at-a-time experiments were carried out to determine the optimal composition of the basal medium. The modified synthetic medium composition in liquid-state fermentation was determined to be 70 g/l hulled barley, 0 g/l rice bran, 5 g/l soytone, and 6 g/l ascorbic acid. Optimal pretreatment conditions of hulled barley by solid-state fermentation were evaluated in terms of maximum production of fungal biomass, amylase, protease, and β-glucan, which were 1.26 mg/g, 31310.34 U/g, 2614.95 U/g, and 14.6% (w/w), respectively, at 60 min of pretreatment condition. Thus, the solid-state fermentation process was found to enhance the overall fermentation yields of hulled barley to produce high amounts of enzymes and β-glucan.
This study investigated the effects of solid-state fermentation of a compound pig feed on its microbial and nutritional characteristics as well as on pig performance and nutrient digestibility. A mixed culture containing Lactobacillus fermentum, Saccharomyces cerevisae and Bacillus subtilis was used for solid-state fermentation and solid-state fermented feed samples were collected on days 0, 1, 2, 3, 5, 7, 10, 15, 20 and 30 for microbial counts and chemical analysis. Lactic acid bacteria increased rapidly during the first three days of fermentation and then slowly declined until day 10 and, thereafter, the counts were maintained at about 6.7 log cfu/g for the duration of the fermentation period. Enterobacteria also increased during the first two days, and then fell below the detectable level of the analysis (3.0 log cfu/g). The pH of the fermentation substrate declined from 6.1 at the start of fermentation to 5.7 by day 30. The water-soluble protein content increased from 8.2 to 9.2% while the concentration of acetic acid increased from 16.6 to 51.3 mmol/kg over the 30-day fermentation. At the end of the 30-day fermentation, the solid-state fermented feed was used in a pig feeding trial to determine its effects on performance and nutrient digestibility in growing-finishing pigs. Twenty crossbred barrows ($14.11{\pm}0.77kg\;BW$) were allotted into two dietary treatments, which comprised a regular dry diet containing antibiotics and a solid-state fermented feed based diet, free of antibiotics. There was no difference due to diet on pig performance or nutrient digestibility. In conclusion, solid-state fermentation resulted in high counts of lactic acid bacteria and low counts of enterobacteria in the substrate. Moreover, feeding a diet containing solid-state fermented feed, free of antibiotics, can result in similar performance and nutrient digestibility in growing-finishing pigs to a regular diet with antibiotics.
Leaves of Aloe vera Linne and bloods of domestic animal were composted in a soild state fermentation reactor (SSFR) by using microbial additive including a bulking and moisture controlling agent. From solid-culture of microbial additive, 10 species of bacteria and 10 species of fungi were isolated and, their enzyme activities including amylase, carboxy methyl cellulase CMCase, lipase and protease were detected. Optimum fermentation conditions of Aloe leaves and domestic animal bloods in SSFR were obtained from the studies of response surface analysis employing microbial additive content, initial moisture content, and fermentation temperature as the independent variables. The optimum conditions for SSFR using Aloe leaves were obtained at 9.45$\pm$73%(w/w) of microbial additives, 62.73$\pm$4.54%(w/w) of initial moisture content and 55.32$\pm$3.14$^{\circ}C$ of fermentation temperature while those for SSFR using domestic animal bloods were obtained at 10.25$\pm$2.04%, 58.68$\pm$4.97% and 57.85$\pm$5.$65^{\circ}C$, respectively. Composting process in SSFR was initially proceeded through fermentation and solid materials were decomposed within 24 hours by maintaining higher moisture level, and maturing and drying steps are followed later. After the fermentation step, the concentrations of solid phase inorganic components were increased while that of organic components were decreased. Also, concentrations of total organic carbon(TOC), peptides, amino acids, polysaccharides, and low fatty acids in water extracts were increased. As fermentation in composting process depends on initial C/N ratios in water extracts of two samples were increased because of increased water-soluble TOC. From these results, it was revealed that solid state fermentation reactor using microbial additives can be used in composting process of organic wastes with broad C/N ratio.
The growth characteristics and production of color pigments by Monascus strains were investigated during liquid culture, and production of monacolin K in red mold rice was carried out by solid state fermentation. Four different Monascus ruber strains were cultured in potato dextrose yeast extract broth (PDYB) media at $25^{\circ}C$ for 15 days. The high producing strain for red pigment was not corresponded to the strain for yellow pigment. Production of red pigment was high in the strain causing the fast pH change in culture broth. Production of monacolin K in red mold rice by solid state fermentation was influenced by a combination of wet cell weight and spore density in inoculum by liquid culture. Most strains showed the high production of monacolin K in red mold rice, when submerged fermentation was carried out for 5 days as inoculum for solid state fermentation. These results suggest that submerged fermentation period of inoculum have an effect on the production of monacolin K in red mold rice by solid state fermentation, and monacolin K in red mold rice could be increased by controlling the condition of submerged fermentation for inoculum.
Cordyceps fumosorosea is an important species in the genus of Cordyceps, containing a variety of bioactive compounds, including fumosorinone (FU). This study was a ground-breaking assessment of FU levels in liquid and solid cultures. The present study focused on the impacts of solid-state fermentation (SSF) using solid substrates (wheat, oat, and rice), as well as the effects of fermentation parameters (pH, temperature, and incubation period), on the generation of FU. All the fermentation parameters had significant effects on the synthesis of FU. In a study of 25 ℃, 5.5 pH, and 21 days of incubation period combinations calculated -to give maximal FU production, it was found that the optimal values were 25 ℃, 5.5 pH, and 21 days, respectively. In a solid substrate medium culture, FU could be produced from SSF. At 30 days, a medium composed of rice yielded the most FU (798.50 mg/L), followed by a medium composed of wheat and oats (640.50 and 450.50 mg/L), respectively. An efficient method for increasing FU production on a large scale could be found in this approach. The results of this study might have multiple applications in different industrial fermentation processes.
High-solid anaerobic digestion of sewage sludge achieves highly efficient volatile solid reduction, and production of volatile fatty acid (VFA) and methane compared with conventional low-solid anaerobic digestion. In this study, the potential mechanisms of the better performance in high-solid anaerobic digestion of sewage sludge were investigated by using 454 high-throughput pyrosequencing and real-time PCR to analyze the microbial characteristics in sewage sludge fermentation reactors. The results obtained by 454 highthroughput pyrosequencing revealed that the phyla Chloroflexi, Bacteroidetes, and Firmicutes were the dominant functional microorganisms in high-solid and low-solid anaerobic systems. Meanwhile, the real-time PCR assays showed that high-solid anaerobic digestion significantly increased the number of total bacteria, which enhanced the hydrolysis and acidification of sewage sludge. Further study indicated that the number of total archaea (dominated by Methanosarcina) in a high-solid anaerobic fermentation reactor was also higher than that in a low-solid reactor, resulting in higher VFA consumption and methane production. Hence, the increased key bacteria and methanogenic archaea involved in sewage sludge hydrolysis, acidification, and methanogenesis resulted in the better performance of high-solid anaerobic sewage sludge fermentation.
The objective of this work was to study the effect of mixed culture solid substrate fermentation of C. tropicalis ZD-3 with A. niger ZD-8 on detoxification of cottonseed meal (CSM), and to investigate the effect of fermentation period, proportion of CSM in substrate, sodium carbonate, minerals and heat treatment on the reduction of free gossypol levels during mixed culture solid substrate fermentation of CSM. Experiment 1: Three groups of disinfected CSM substrate were incubated for 48 h after inoculation with either of the fungi C. tropicalis ZD-3, A. niger ZD-8 or mixed culture (C. tropicalis ZD-3 with A. niger ZD-8). One non-inoculated group was used as the control. Levels of initial and final free gossypol (FG), CP and in vitro CP digestibility were assayed. The results indicated that mixed culture fermentation was far more effective than single strain fermentation, which not only had higher detoxification rate, but also had higher CP content and in vitro digestibility. Experiment 2: CSM substrates were treated according to experimental variables including fermentation period, proportion of CSM in substrate, sodium carbonate, minerals and heat treatment, Then, the treated CSM substrates were inoculated with mixed culture (C. tropicalis ZD-3 with A. niger ZD-8) and incubated at $30^{\circ}C$ for 36 h in a 95% relative humidity chamber. After fermentation ended, FG and CP content of fermented CSM substrate was assayed. The results showed that the appropriate fermentation period was 36 h, and the optimal proportion of CSM in substrate was 70%. Addition of sodium carbonate to CSM substrate was beneficial for fermentative detoxification. Heat treatment could facilitate fermentative detoxification, and supplementation with minerals was instrumental in reducing gossypol levels during mixed culture solid substrate fermentation of CSM.
Jimenez-Quero, A.;Pollet, E.;Zhao, M.;Marchioni, E.;Averous, L.;Phalip, V.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.27
no.1
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pp.1-8
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2017
The production of high-value chemicals from natural resources as an alternative for petroleum-based products is currently expanding in parallel with biorefinery. The use of lignocellulosic biomass as raw material is promising to achieve economic and environmental sustainability. Filamentous fungi, particularly Aspergillus species, are already used industrially to produce organic acid as well as many enzymes. The production of lignocellulose-degrading enzymes opens the possibility for direct fungal fermentation towards organic acids such as itaconic acid (IA) and fumaric acid (FA). These acids have wide-range applications and potentially addressable markets as platform chemicals. However, current technologies for the production of these compounds are mostly based on submerged fermentation. This work showed the capacity of two Aspergillus species (A. terreus and A. oryzae) to yield both acids by solid-state fermentation and simultaneous saccharification and fermentation. FA was optimally produced at by A. oryzae in simultaneous saccharification and fermentation (0.54 mg/g wheat bran). The yield of 0.11 mg IA/g biomass by A. oryzae is the highest reported in the literature for simultaneous solid-state fermentation without sugar supplements.
This study was carried out to investigate solid-state fermentation method using cellulolytic lactic acid bacteria Lactobacillus plantarum TO-2100 in order to increase piperidine alkaloid contents in mulberry leaves. Piperidine alkaloid, one type of which include 1-deoxynojirimycin (1-DNJ), is known to inhibit ${\alpha}$-glycosidase activities. Using this strain, the optimal solid-state fermentation conditions on mulberry leaves powder were found as the following: initial moisture content, temperature and relative humidity were 20%, $30{\sim}35^{\circ}C$ and 60 ~ 70%, respectively, and the fermentation time was 72 hrs. The piperidine alkaloid contents in the fermented mulberry leaves were 2.86% on dry powder, which is 7-fold increase from that of non-fermented mulberry leaves. The 1-deoxynojirimycin contents after applying preparative thin layer chromatography were 2.02% on dry powder, which is 8 times higher than that of non-fermented mulberry leaves. ${\alpha}$-Glycosidase activities was inhibited by 65.7 ~ 84.7% with 3 ~ 5% treatments of hot-water extracts of the fermented mulberry leaves, compared to 16.2 ~ 40.2% with 3 ~ 5% treatments of hot-water extracts of non-fermented mulberry leaves. Therefore, the results suggest that solid-state fermentation method does indeed increase of piperidine alkaloid contents on mulberry leaves.
The effect of medium composition on enzyme and β-glucan production by Aspergillus oryzae KCCM 12698 was investigated. Brown rice, rice bran, nitrogen, and ascorbic acid are key components of the synthetic medium used in liquid-state fermentation. To determine the optimal concentrations of these components for enzyme and β-glucan production, we conducted one factor at a time experiments, which showed that the optimal concentrations were 30 g/l brown rice, 30 g/l rice bran, 10 g/l soytone, and 3 g/l ascorbic acid. Pretreatment of brown rice for 60 min prior to inoculation enhanced fungal biomass, while increasing the production of enzymes and β-glucan using solid-state fermentation. Maximum fungal biomass of 0.76 mg/g, amylase (26,551.03 U/g), protease (1,340.50 U/g), and β-glucan at 9.34% (w/w) were obtained during fermentation. Therefore, solid-state fermentation of brown rice is a process that could enhance yield and overall production of enzymes and β-glucan for use in various applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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