scholarly journals Βιοεξυγίανση και αξιοποίηση αναερόβια επεξεργασμένων αγροτο-κτηνοτροφικών και αστικών οργανικών αποβλήτων για την παραγωγή βιοτεχνολογικών προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας με τη χρήση μικροφυκών

2019 ◽  
Author(s):  
Ελένη Κούτρα
Keyword(s):  
Escherichia Coli ◽  
Bacillus Subtilis ◽  
Chlorella Vulgaris ◽  
Acutodesmus Obliquus ◽  
Parachlorella Kessleri

Η καλλιέργεια μικροφυκών στις απορροές των μονάδων παραγωγής βιοαερίου αποτελεί μία καινοτόμο και υποσχόμενη εναλλακτική διαχείρισης του υγρού κλάσματος των χωνευμένων υπολειμμάτων, επιτυγχάνοντας αποτελεσματική απομάκρυνση οργανικών και ανόργανων συστατικών, παράγοντας πολύτιμη βιομάζα για την παραγωγή βιοτεχνολογικών προϊόντων και μειώνοντας σημαντικά το κόστος της καλλιέργειας. Ωστόσο, το σκούρο χρώμα και η θολερότητα των απορροών, η τοξική συγκέντρωση αμμωνίας, η έλλειψη απαραίτητων θρεπτικών συστατικών και η παρουσία παρεμποδιστών, αποτελούν προκλήσεις για την εφαρμογή της τεχνολογίας, καθιστώντας απαραίτητη την ανάπτυξη στρατηγικών βελτιστοποίησης της διεργασίας. Στο πλαίσιο αυτό, στόχος της παρούσας Διατριβής ήταν η επεξεργασία χωνευμένων αγροτο-κτηνοτροφικών και αστικών οργανικών αποβλήτων μέσω της χρήσης μικροφυκών και η αξιοποίησή τους για την παραγωγή πολύτιμων βιο-προϊόντων. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιήθηκαν δύο τύποι αναερόβιων απορροών, εννέα είδη μικροφυκών και αξιολογήθηκαν διαφορετικοί παράγοντες και συνθήκες καλλιέργειας, καθώς και δυνατότητες αξιοποίησης της παραγόμενης βιομάζας. Αρχικά, διερευνήθηκε η εφαρμογή διαφορετικών συγκεντρώσεων, 0.5-50% (v/v) αναερόβια χωνευμένων αγροτο-κτηνοτροφικών αποβλήτων και αξιολογήθηκε η απόδοση των μικροφυκών ως προς την παραγωγή βιομάζας και τη μέγιστη φωτοχημική απόδοση του φωτοσυστήματος (PSII). Ακολούθως, τα είδη Parachlorella kessleri και Acutodesmus obliquus καλλιεργήθηκαν σε 2% και 10% (v/v) φόρτιση σε αποστειρωμένες και μη- συνθήκες. Η συγκέντρωση 10% (v/v) αναερόβιας απορροής παρεμπόδισε την ανάπτυξη των ειδών P. kessleri και A. obliquus για 9-12 ημέρες, πέραν των οποίων παρατηρήθηκε συγκέντρωση βιομάζας 1.1 και 1 g L-1, συσσώρευση λιπαρών οξέων (FAs) 22.7 και 19.5% (w/w), κατανάλωση 49.7 και 32.3 mg L-1 αμμωνιακού αζώτου (ΝΗ3-Ν) και απομάκρυνση 84.2 και 84% ολικού φωσφόρου (ΤΡ), αντίστοιχα. Μεταξύ των δύο μικροφυκών, η απόδοση του είδους P. kessleri ήταν μεγαλύτερη ενώ δεν παρατηρήθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές μεταξύ αποστειρωμένης και μη-αποστειρωμένης απορροής. Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε έλεγχος της απόδοσης επτά επιπλέον ειδών μικροφυκών, με στόχο την επιλογή των καταλληλότερων για την βιοτεχνολογική αξιοποίηση των απορροών. Ταυτόχρονα, η ανάλυση της ταχείας επαγωγής του φθορισμού της χλωροφύλλης αξιοποιήθηκε για πρώτη φορά ως εργαλείο επιλογής ειδών που αναπτύσσονται σε χωνευμένα απόβλητα. Πέραν των ειδών P. kessleri και A. obliquus, τα μικροφύκη Chlorella vulgaris και Tetraselmis tetrathele προσαρμόστηκαν επιτυχώς στις επικρατούσες συνθήκες, με την παραγωγή βιομάζας και τον μέγιστο ειδικό ρυθμό ανάπτυξης (μmax) να κυμαίνονται μεταξύ 570-1117 mg L-1 και 0.161-0.181 d-1, αντίστοιχα. Στην περίπτωση του είδους P. kessleri παρατηρήθηκε μικρή μόνο μεταβολή στην κατάσταση της φωτοσυνθετικής συσκευής, ενώ οι φωτοσυνθετικές παράμετροι φRo και PIABS επηρεάστηκαν σημαντικά στα είδη που δεν αναπτύχθηκαν στα χωνευμένα υπολείμματα. Η σύσταση της παραγόμενης βιομάζας των ειδών P. kessleri, A. obliquus, C. vulgaris και T. tetrathele σε λιπίδια ήταν 23.8%, 12.1%, 24.5% και 3.9%, αντίστοιχα, με κυριότερα FAs τα ελαϊκό (C18:1), παλμιτικό (C16:0) και λινολενικό (C18:3n3 ή ω-3) οξύ. Επιπλέον, και στις τέσσερις περιπτώσεις παρατηρήθηκε σχεδόν πλήρης απομάκρυνση NH3-N, ωστόσο η αφομοίωση του αζώτου ήταν σημαντικά χαμηλότερη, με τιμές μεταξύ 4.89-15.03%. Στη συνέχεια, τα αποδοτικότερα είδη αναπτύχθηκαν σε φωτο-βιοαντιδραστήρες διαλείποντος έργου, ενώ ταυτόχρονα έγινε προσπάθεια αύξησης της απόδοσης των καλλιεργειών και μείωσης των απαιτήσεων νερού, μέσω της προσθήκης οργανικού άνθρακα, απαραίτητων μακρο- και μικρο- συστατικών ή υγρών αποβλήτων. Η προσθήκη τυρογάλακτος (CW) στην καλλιέργεια του είδους P. kessleri είχε ως αποτέλεσμα την υψηλότερη συγκέντρωση βιομάζας, 2.68 g L-1 εντός 18 ημερών. Η συγκέντρωση χλωροφύλλης μειώθηκε σημαντικά παρουσία 5 g L-1 γλυκόζης, ενώ η προσθήκη MgSO4 διατήρησε τα επίπεδα χρωστικών της καλλιέργειας. Όσον αφορά στη συσσώρευση λιπιδίων, παρουσία υψηλής συγκέντρωσης οργανικού άνθρακα, το ποσοστό των FAs μειώθηκε σημαντικά και το κλάσμα των κορεσμένων FAs αυξήθηκε έναντι των πολυακόρεστων λιπαρών οξέων (PUFAs). Παράλληλα, αναπτύχθηκε ένα μαθηματικό μοντέλο για την περιγραφή της συμπεριφοράς του είδους P. kessleri σε αναερόβια χωνευμένα αγροτο-κτηνοτροφικά απόβλητα, όπου περιοριστικός παράγοντας για την ανάπτυξη θεωρήθηκε το φως, βρίσκοντας εφαρμογή σε διαφορετικές διατάξεις αλλά και αποστειρωμένες και μη- συνθήκες, με μεγάλη ικανότητα πρόβλεψης της παραγωγής βιομάζας και της απομάκρυνσης των θρεπτικών συστατικών Ν και P. Επιπλέον, κατά την καλλιέργεια του βιομηχανικού είδους C. vulgaris, η προσθήκη 15% (v/v) CW σε 10% χωνευμένα αγροτο-κτηνοτροφικά απόβλητα αύξησε τόσο τον μέγιστο ειδικό ρυθμό ανάπτυξης (μmax) όσο και την παραγωγή βιομάζας σε 0.84 d-1 και 1.63 g L-1, αντίστοιχα. Παρόλα αυτά, δεν κατέστη εφικτή η περαιτέρω αύξηση της συγκέντρωσης της αναερόβιας απορροής, καθώς αυξανομένης της συγκέντρωσης του χωνευμένου υπολείμματος παρατηρήθηκε μείωση του μmax, αύξηση της συγκέντρωσης των ετερότροφων μικροοργανισμών και πλήρης παρεμπόδιση της ανάπτυξης σε συγκέντρωση απορροής 80% (v/v). Αντίθετα, η αναερόβια απορροή αστικών οργανικών αποβλήτων αξιοποιήθηκε σε ποσοστό 100%, οδηγώντας σε συγκέντρωση μικροφυκών 1.24 g L-1. Ταυτόχρονα, διερευνήθηκαν οι πιθανές χρήσεις και εφαρμογές της παραγόμενης βιομάζας, συμπεριλαμβανομένων της παραγωγής βιοκαυσίμων, κυρίως βιοντίζελ και βιοαιθανόλης, συμπληρωμάτων ζωοτροφών, αντιοξειδωτικών και αντιμικροβιακών παραγόντων, οι οποίοι ελέγχθηκαν ως προς την πιθανή αναστολή της ανάπτυξης των παθογόνων βακτηρίων, Escherichia coli και Bacillus subtilis. Η σύσταση της παραγόμενης βιομάζας καθορίστηκε τόσο από τις συνθήκες καλλιέργειας όσο και τον τύπο της απορροής, με υψηλότερα ποσοστά τις πρωτεΐνες και τους υδατάνθρακες. Αντίθετα, η ανεπαρκής κατανάλωση των θρεπτικών συστατικών δεν ευνόησε τη συσσώρευση λιπιδίων, εντούτοις η υψηλή περιεκτικότητά τους σε PUFAs καθιστά το εν λόγω κλάσμα πολύτιμο. Τέλος, εκχυλίσματα του είδους C. vulgaris ανέστειλαν την ανάπτυξη του παθογόνου βακτηρίου B. subtilis, με τιμές ελάχιστης ανασταλτικής συγκέντρωσης (MIC) μεταξύ 0.3-2.85 mg mL-1.

Antagonistic activity of Bacillus subtilis strains isolated from various sources

2018 ◽  
Vol 8 (2) ◽  
pp. 354-364
Author(s):  
A. N. Irkitova ◽  
A. V. Grebenshchikova ◽  
A. V. Matsyura
Keyword(s):  
Escherichia Coli ◽  
Bacillus Subtilis ◽  
Wild Strain ◽  
Fish Farming ◽  
Antagonistic Activity ◽  
Antagonistic Effect ◽  
E Coli ◽  
Long Period ◽  
Test Culture ◽  
Agar Media

<p>An important link in solving the problem of healthy food is the intensification of the livestock, poultry and fish farming, which is possible only in the adoption and rigorous implementation of the concept of rational feeding of animals. In the implementation of this concept required is the application of probiotic preparations. Currently, there is an increased interest in spore probiotics. In many ways, this can be explained by the fact that they use no vegetative forms of the bacilli and their spores. This property provides spore probiotics a number of advantages: they are not whimsical, easily could be selected, cultivated, and dried. Moreover, they are resistant to various factors and could remain viable during a long period. One of the most famous spore microorganisms, which are widely used in agriculture, is <em>Bacillus subtilis</em>. Among the requirements imposed to probiotic microorganisms is mandatory – antagonistic activity to pathogenic and conditional-pathogenic microflora. The article presents the results of the analysis of antagonistic activity of collection strains of <em>B. subtilis</em>, and strains isolated from commercial preparations. We studied the antagonistic activity on agar and liquid nutrient medias to trigger different antagonism mechanisms of <em>B. subtilis</em>. On agar media, we applied three diffusion methods: perpendicular bands, agar blocks, agar wells. We also applied the method of co-incubating the test culture (<em>Escherichia coli</em>) and the antagonist (or its supernatant) in the nutrient broth. Our results demonstrated that all our explored strains of <em>B. subtilis</em> have antimicrobial activity against a wild strain of <em>E. coli</em>, but to varying degrees. We identified strains of <em>B. subtilis</em> with the highest antagonistic effect that can be recommended for inclusion in microbial preparations for agriculture.</p><p><em><br /></em><em></em></p>

Synthesis of Chalcones and Nucleosides Incorporating [1, 3, 4]Oxadiazolenone Core and Evaluation of their Antifungal and Antibacterial Activities

2020 ◽  
Vol 15 (6) ◽  
pp. 665-679
Author(s):  
Alok K. Srivastava ◽  
Lokesh K. Pandey
Keyword(s):  
Escherichia Coli ◽  
Staphylococcus Aureus ◽  
Antibacterial Activity ◽  
Bacillus Subtilis ◽  
Antifungal Activity ◽  
Aspergillus Niger ◽  
Gram Negative ◽  
E Coli ◽  
Gram Positive Bacteria ◽  
Good Antibacterial Activity

Background: [1, 3, 4]oxadiazolenone core containing chalcones and nucleosides were synthesized by Claisen-Schmidt condensation of a variety of benzaldehyde derivatives, obtained from oxidation of substituted 5-(3/6 substituted-4-Methylphenyl)-1, 3, 4-oxadiazole-2(3H)-one and various substituted acetophenone. The resultant chalcones were coupled with penta-O-acetylglucopyranose followed by deacetylation to get [1, 3, 4] oxadiazolenone core containing chalcones and nucleosides. Various analytical techniques viz IR, NMR, LC-MS and elemental analysis were used to confirm the structure of the synthesised compounds.The compounds were targeted against Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus and Escherichia coli for antibacterial activity and Aspergillus flavus, Aspergillus niger and Fusarium oxysporum for antifungal activity. Methods: A mixture of Acid hydrazides (3.0 mmol) and N, Nʹ- carbonyl diimidazole (3.3 mmol) in 15 mL of dioxane was refluxed to afford substituted [1, 3, 4]-oxadiazole-2(3H)-one. The resulted [1, 3, 4]- oxadiazole-2(3H)-one (1.42 mmol) was oxidized with Chromyl chloride (1.5 mL) in 20 mL of carbon tetra chloride and condensed with acetophenones (1.42 mmol) to get chalcones 4. The equimolar ratio of obtained chalcones 4 and β -D-1,2,3,4,6- penta-O-acetylglucopyranose in presence of iodine was refluxed to get nucleosides 5. The [1, 3, 4] oxadiazolenone core containing chalcones 4 and nucleosides 5 were tested to determined minimum inhibitory concentration (MIC) value with the experimental procedure of Benson using disc-diffusion method. All compounds were tested at concentration of 5 mg/mL, 2.5 mg/mL, 1.25 mg/mL, 0.62 mg/mL, 0.31 mg/mL and 0.15 mg/mL for antifungal activity against three strains of pathogenic fungi Aspergillus flavus (A. flavus), Aspergillus niger (A. niger) and Fusarium oxysporum (F. oxysporum) and for antibacterial activity against Gram-negative bacterium: Escherichia coli (E. coli), and two Gram-positive bacteria: Staphylococcus aureus (S. aureus) and Bacillus subtilis(B. subtilis). Result: The chalcones 4 and nucleosides 5 were screened for antibacterial activity against E. coli, S. aureus and B. subtilis whereas antifungal activity against A. flavus, A. niger and F. oxysporum. Compounds 4a-t showed good antibacterial activity whereas compounds 5a-t containing glucose moiety showed better activity against fungi. The glucose moiety of compounds 5 helps to enter into the cell wall of fungi and control the cell growth. Conclusion: Chalcones 4 and nucleosides 5 incorporating [1, 3, 4] oxadiazolenone core were synthesized and characterized by various spectral techniques and elemental analysis. These compounds were evaluated for their antifungal activity against three fungi; viz. A. flavus, A. niger and F. oxysporum. In addition to this, synthesized compounds were evaluated for their antibacterial activity against gram negative bacteria E. Coli and gram positive bacteria S. aureus, B. subtilis. Compounds 4a-t showed good antibacterial activity whereas 5a-t showed better activity against fungi.

scholarly journals Antioxidative, Antifungal and Additive Activity of the Antimicrobial Peptides Leg1 and Leg2 from Chickpea

Foods ◽  
2021 ◽  
Vol 10 (3) ◽  
pp. 585
Author(s):  
Marie-Louise Heymich ◽  
Laura Nißl ◽  
Dominik Hahn ◽  
Matthias Noll ◽  
Monika Pischetsrieder
Keyword(s):  
Escherichia Coli ◽  
Saccharomyces Cerevisiae ◽  
Ascorbic Acid ◽  
Bacillus Subtilis ◽  
Antifungal Activity ◽  
Antimicrobial Peptides ◽  
Antioxidative Activity ◽  
Radical Scavenging ◽  
Cytotoxic Effects ◽  
Zygosaccharomyces Bailii

The fight against food waste benefits from novel agents inhibiting spoilage. The present study investigated the preservative potential of the antimicrobial peptides Leg1 (RIKTVTSFDLPALRFLKL) and Leg2 (RIKTVTSFDLPALRWLKL) recently identified in chickpea legumin hydrolysates. Checkerboard assays revealed strong additive antimicrobial effects of Leg1/Leg2 with sodium benzoate against Escherichia coli and Bacillus subtilis with fractional inhibitory concentrations of 0.625 and 0.75. Additionally, Leg1/Leg2 displayed antifungal activity with minimum inhibitory concentrations of 500/250 µM against Saccharomyces cerevisiae and 250/125 µM against Zygosaccharomyces bailii. In contrast, no cytotoxic effects were observed against human Caco-2 cells at concentrations below 2000 µM (Leg1) and 1000 µM (Leg2). Particularly Leg2 showed antioxidative activity by radical scavenging and reducing mechanisms (maximally 91.5/86.3% compared to 91.2/94.7% for the control ascorbic acid). The present results demonstrate that Leg1/Leg2 have the potential to be applied as preservatives protecting food and other products against bacterial, fungal and oxidative spoilage.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document