微生物および生化学技術ジャーナル

概要

臭素系有機殺生物剤がバイオエタノール発酵マトリックス中の乳酸菌を抑制

クリストファー L. ウィアトル 1*、ジュリー バゼル 2、リタ デカシア ボルトロ ポルト 3

植物由来のバイオマスを発酵させることで、毎日 100 万バレル以上のバイオエタノールが製造されています。バイオエタノールの製造は無菌ではないため、プロセスの酸性環境で増殖してシステムを汚染し、エタノールを販売できない有機酸に変換する可能性のある乳酸菌 (LAB) からエタノール画分を保護するために、抗菌剤の添加が極めて重要です。通常は抗生物質が使用されます。残念ながら、抗生物質は化学的に安定しており、プロセス全体にわたって残留し、蒸留後に収集され、牛、豚、鶏の動物飼料として販売される乾燥蒸留粕 (DDGS) と呼ばれる固形物を汚染します。この研究では、代替抗菌方法の有効性を評価しました。速効性臭素化殺生物剤、2,2-ジブロモ-3-ニトリロプロピオンアミド (DBNPA) および 2-ブロモ-2-ニトリロプロパン-1,3-ジオール (BNPD) が、バイオエタノール発酵によく感染する酸生成細菌Lactobacillus plantarumおよびAcetobacter cerevisiaeの生存を抑制する抗菌剤として調査されました。トウモロコシを酵母でエタノールに発酵させるパイロットプラントの研究では、DBNPA はこれらの細菌に対して 25 mg/L から 200 mg/L までの段階的な用量反応で有効であり、最適用量は 200 mg/L に達することがわかりました。しかし、BNPD は 25 mg/L では効果がありませんでしたが、100 mg/L および 200 mg/L では効果がありました。その後、有機臭素化剤はトウモロコシからエタノールを製造する工業プラントでのフィールド試験に進みました。 DBNPA は100 mg/L の用量でLAB を3 log ₁₀、総従属栄養細菌をほぼ3 log ₁₀殺菌しましたが、BNPD は同じ用量で LAB と総従属栄養細菌を2 log ₁₀近く殺菌しました。サトウキビ糖工場では、100 mg/L の有機臭素化剤はサトウキビシロップに効果的で、DBNPA は BNPD よりも優れていましたが、両方の殺生物剤の低用量ではそうではありませんでした。試験中、典型的な適用用量で使用された抗生物質は比較的満足のいく効果をもたらさず、LAB または細菌の総数はわずか 1 log 10 減少しただけでし_た(. コントロール）。さらに、LAB に感染した発酵トウモロコシマッシュを 62 時間培養した際の生化学テストでは、100 mg/L 以上の DBNPA 投与により、最終的な乳酸レベルが 14 倍大幅に低下し、細菌感染によるエタノール収量への影響が完全に排除されました。DBNPA はエタノール生産率に悪影響を及ぼさず、エタノール収量を 2% 増加させました。バイオエタノール収量のわずか 0.5% の増加は、50 MGY プラントで約 400 万ドルの追加生産量に相当します。さらに、DBNPA は以前に分析により発酵副産物で分解し、DDGS には到達しないことがわかっているため、この殺菌効果のある有機臭素化剤は、燃料エタノール生産における細菌感染を制御するための抗生物質の有効な代替手段となり、それによって食物連鎖から抗生物質を排除し、抗生物質耐性の発生を防ぐのに役立つ可能性があります。