За матеріалами наукової статті в рамках дослідницької програми MicroDrivE на тему «Зберігання цукрових буряків для виробництва біопалива з використанням біоконтрольних мікроорганізмів» («Storage of sugar beets for biofuel production using biocontrol microorganisms») Кафедри мікробіології Шведського університету сільськогосподарських наук.

Чотири місяці зберігання при 15°С

Зразки, які зберігалися чотири місяці при 15°С, мали найбільшу кількість бактерій та цвілі після ферментації (Таблиця 9). Кількість дріжджів, стійких до циклогексиміду, була навіть більшою, ніж у ферментації зразків, які зберігалися при 10°С протягом чотирьох місяців. Вища температура зберігання стимулювала ріст дріжджів, бактерій та цвілі. Ріст S. cerevisiae J672, можливо, був сповільнений в деяких зразках, де виявлена кількість зменшилася від кількості інокульованих організмів — 2·10⁷ КУО/мл.

Таблиця 9. Визначення кількості життєздатних мікроорганізмів для ферментації зразків, які зберігалися при 14°С та протягом 4 місяців, через 42 год.

Висновки з визначення кількості життєздатних мікроорганізмів зразків ферментації

Більш тривалий період зберігання та вища температура стимулювали ріст ендогенних бактерій, дріжджів та цвілі. Біоконтрольні організми не гальмували ріст ендогенних та шкідливих мікроорганізмів у зразках, які зберігалися протягом чотирьох місяців, їх ріст значно прискорився, порівняно з неінокульованими зразками (D-F). Основною причиною відсутності виходу етанолу була відсутність цукру в зразках на зберіганні, а збільшення шкідливих мікроорганізмів не покращило ситуацію. Ріст S. cerevisiae був найбільш інтенсивним у зразках із високим виходом етанолу. Це співвідноситися з тим, що виробництво етанолу тісно пов’язане з ростом дріжджових клітин. Інтенсивний ріст дріжджів, стійких до циклогексиміду, у зразках, неінокульованих C. oleophila JÄ3, свідчить про те, що C. oleophila або деякі інші стійкі до циклогексиміду дріжджі природним чином виявляються в цукрових буряках, використаних у цьому дослідженні.

Геномна ідентифікація

На жаль, результати цих аналізів були неоднозначними.

Виробництво газу

Графік виходу накопиченого метану дає інформацію про виробництво метану протягом тривалого періоду. Кінцеве значення дають інформацію про загальний потенціал виробництва метану для кожної інокуляції, тобто скільки метану можна отримати з субстрату.

Один місяць зберігання

Зберігання при 10°С

На Графіку 6 показана чітка різниця в обсягах виробництва. Інокуляція біоконтрольним організмом P. fluoresence KJ36 зразків G-I, здається, зменшила початкові показники виробництва. Натомість, виробництво, здається, триватиме довше, 36 днів, і для деяких зразків дається більший потенціал виробництва метану, на відміну від інших способів інокуляції (Таблиця 10). Концентрації VFA для зразків G-I виявилися меншими за межу виявлення (див. Таблицю 3). В іншому випадку, високі концентрації VFA можуть бути поясненням скорочення обсягів виробництва, отже, високий рівень VFA пригнічує метаногенез. Тому, схоже, що інокуляція P. fluorescence KJ36 зменшила початковий рівень виробництва метану, що дозволяє припустити те, що біомаса з P. fluorescence KJ36 повільніше розщеплюється. Раптовий приріст виділення метану на 30 день для зразків D-F, J-K і цукрових буряків до зберігання можна пояснити фоновим виробництвом.

Цукрові буряки легко засвоюються біогазовими організмами, і схоже, що розщеплення ендогенного матеріалу з інокуляту не починається, допоки не засвоються цукрові буряки. Тому потенціал виробництва метану для зразків D-F, J-K та цукрових буряків до зберігання визначався на 27 день, а зразків G-I — на 36 день.

Зберігання при 15°С

Інокуляція P. fluoresence KJ36 мала вплив на потенціал виробництва метану зразків, які зберігалися протягом одного місяця при 15°C (Графік 7). Виробництво метану зі зразків G-I затримувалося на початку дослідження та протягом усього експерименту, тому їх потенціал менший, порівняно з іншими зразками (Таблиця 10). Виробництво газу зі зразка Н затримувалося так само, як і зі зразків з однаковою інокуляцією, які зберігалися при 10°С, тоді як зразки G та I мали ще більші затримки, ніж відповідні зразки, які зберігалися при 10° С. Зразки G та I містили більшу кількість VFA (Таблиця 3), що передбачає можливе гальмування метаногенезу через зниження рівня рН, викликаного кислотами. Потенціал виробництва метану зразка буряків до зберігання, а також зразків D-F та J-K визначався на 29-й день, а зразків G-I — на 37-й день.

Графік 6. Вихід накопиченого метану в N мл/г VS, фонове виробництво не враховується, 1 місяць зберігання при 10°С. Кожна інокуляція — це середнє арифметичне дубльованих зразків, а вихід накопиченого метану стандартизовано до 0°С та 1 атм.

Графік 7. Вихід накопиченого метану в N мл/г VS, фонове виробництво не враховується, 1 місяць зберігання при 15°С. Кожна інокуляція — це середнє арифметичне дубльованих зразків, а вихід накопиченого метану стандартизовано до 0°С та 1 атм.

Чотири місяці зберігання

Зберігання при 10°С

Зразки, інокульовані P. fluoresence KJ36, виявили найбільшу затримку, порівняно з дигеруванням відповідних зразків, які зберігалися протягом одного місяця (Графік 8). Ці зразки також мали більшу концентрацію VFA (Таблиця 3), що свідчить про можливе пригнічення метаногенезу через зниження рівня рН, викликаного кислотами. Також існувала набагато більша різниця між іншими зразками (D-F, J-L та цукровими буряками до зберігання), порівняно з попередніми експериментами. Потенціал виробництва метану зразків D-F, J, L та цукрових буряків до зберігання визначали на 29 день, зразків G-I — на 45 день, а зразка К — на день 33 день (Таблиця 10).

Зберігання при 15°С

Потенціал виробництва метану зразків цукрових буряків, що зберігалися чотири місяці при 15°С, показано в Таблиці 10. Анаеробне дигерування зразків цукрових буряків G та H, які зберігалися чотири місяці при 15°С, все ще продовжується (Графік 9). Зразки G-I, інокульовані P. fluoresence, майже не відрізняються від інших зразків, на відміну від попередніх анаеробних дигерувань. Загалом, виробництво метану з усіх зразків відбувається повільніше, порівняно з попередніми анаеробними дигеруваннями. Тому потенціал виробництва метану зразків D-F, J, L та цукрових буряків до зберігання визначався на 35 день, зразка I — на 44 день, тоді як у зразках G та H дигерування продовжувалося в останній 57 день.

Графік 8. Вихід накопиченого метану в N мл/г VS, фонове виробництво не враховується, 4 місяці зберігання при 10°С. Кожна інокуляція — це середнє арифметичне дубльованих зразків, а вихід накопиченого метану стандартизовано до 0°С та 1 атм.

Графік 9. Вихід накопиченого метану в N мл/г VS, фонове виробництво не враховується, 4 місяці зберігання при 15°С. Кожна інокуляція — це середнє арифметичне дубльованих зразків, а вихід накопиченого метану стандартизовано до 0°С та 1 атм.

Вихід накопиченого метану

Виробництво метану на 1 г VS дає інформацію про потенціал виробництва метану зразків, порівняно з виділенням метану зі свіжої маси, що дає інформацію про наявність втрат потенціалу під час зберігання. Важливо враховувати і те, й інше; в іншому випадку, якщо аналізується тільки виробництво метану на 1 г VS, зразок, що зберігався протягом чотирьох місяців, здається кращим за зразок цукрових буряків до зберігання.

Вихід метану зі зразків цукрових буряків до зберігання виявився трохи нижчим за 413 N мл/г VS і 80 N мл/г свіжої маси, вказані в літературних джерелах.

Таблиця 10. Вихід накопиченого метану на 1 г VS та 1 г свіжої маси (WW), стандартизовано до 0°С та 1 атм. Фонове виробництво не враховується.

Вища температура та довший період зберігання зменшили вихід метану зі свіжої маси (Таблиця 10), що відповідало зменшенню вмісту летючої твердої речовини (VS) під час зберігання (Таблиця 4). Менший вміст VS означає менший вміст вуглецю а, отже, меншу його доступність для виробництва метану, що також залежало від зменшення вмісту цукру під час зберігання. Вуглецеві сполуки поглиналися клітинним диханням цукрових буряків, ростом біоконтрольних та шкідливих мікроорганізмів.

Стосовно біоконтрольних організмів, C. oleophila JÄ3 (зразки J-L) виявилася кращою за P. fluoresence KJ36 (зразки G-I). Тому, зі зразків G-I було вироблено менше метану, ніж зі зразків J-L.

Інша відмінність зразків G-I, інокульованих P. fluoresence KJ36, від інших зразків полягала в тому, що вміст метану у виробленому біогазі не досягав 50-60% до 20-го дня, порівняно з 10-м днем для інших зразків (дані не вказані). Однак це не стосувалося зразків, які зберігалися при 15°С протягом чотирьох місяців, коли жоден із них не досягнув концентрації метану 50-60% до 20 дня (дані не вказані). Це також показано на кривих накопиченого метану на Графіках 6-9, де у зразках G-I затрималися перші три дигерування, тоді як в останньому експерименті накопичення метану відбувалося повільніше від усіх інших інокуляцій.

Виробництво накопиченого біогазу

Виробництво накопиченого біогазу на 1 г VS та 1 г свіжої маси показано в Таблиці 11, а на Графіку 10 зображено виробництво біогазу зі зразків, які зберігалися при 10°С.

Виробництво накопиченого біогазу було аналогічним до виробництва метану, трохи меншим зі зразка цукрових буряків до зберігання, порівняно з літературними даними — 787 N мл/г VS та 150 N м/л г свіжої маси. Виробництво біогазу на 1 г свіжої маси дає, як і виробництво метану, більш точні значення для аналізу, ніж виробництво на 1 г VS.

Виробництво накопиченого біогазу слідує за виробництвом накопиченого метану, що показано на Графіку 10.

Таблиця 11. Вихід накопиченого біогазу на 1 г VS та 1 г свіжої маси (WW), стандартизовано до 0°С та 1 атм. Фонове виробництво не враховується.