微生物与生化技术杂志

抽象的

溴化有机杀菌剂可控制生物乙醇发酵基质中的乳酸菌

Christopher L. Wiatr1*、Julie Bazzell2、Rita deCassia Bortolo Porto3

每天，通过发酵植物生物质可生产超过一百万桶生物乙醇。由于生物乙醇生产并非无菌生产，因此添加抗菌剂至关重要，以保护乙醇馏分免受乳酸菌 (LAB) 的侵害，乳酸菌可在工艺的酸性环境中生长，污染系统，并将乙醇转化为无法出售的有机酸。通常使用抗生素。不幸的是，抗生素的化学性质稳定，会在整个工艺过程中发挥作用，并污染固体，即蒸馏后收集的干酒糟和可溶物 (DDGS)，作为牛、猪和家禽的饲料出售。这项研究评估了替代抗菌方法的有效性。研究人员研究了快速杀灭溴化杀菌剂 2,2-二溴-3-腈丙酰胺 (DBNPA) 和 2-溴-2-腈丙烷-1,3-二醇 (BNPD) 作为抗菌剂来控制通常感染生物乙醇发酵的活产酸菌植物乳杆菌和酿酒醋杆菌。在一项利用酵母将玉米发酵成乙醇的中试工厂研究中，发现 DBNPA 对这些细菌有效，剂量从 25 mg/L 逐步增加到 200 mg/L，最佳剂量达到 200 mg/L。然而，BNPD 在 25 mg/L 时无效，但在 100 mg/L 和 200 mg/L 时有效。随后，有机溴化剂在玉米制乙醇工厂进行了田间试验。 DBNPA在 100 mg/L 剂量下杀死了3 log ₁₀乳酸菌和近3 log _{10 的}总异养细菌，而 BNPD 在相同剂量下杀死了接近2 log _{10 的}乳酸菌和总异养细菌。在一家蔗糖厂，100 mg/L 的有机溴化物对甘蔗糖浆有效，DBNPA 的效果优于 BNPD；然而，这两种杀菌剂的较低剂量并不有效。在试验期间，以典型应用剂量使用的抗生素产生了相对不令人满意的效果，仅使乳酸菌或细菌总数减少一个 log ₁₀（与. 对照）。此外，在对被乳酸菌感染并生长 62 小时的发酵玉米醪进行生化测试时，剂量≥ 100 mg/L 的 DBNPA 可显著降低最终乳酸水平 14 倍，并完全消除细菌感染对乙醇产量的影响。DBNPA 对乙醇生产率没有不利影响，可使乙醇产量提高 2%。在 50 MGY 工厂中，生物乙醇产量仅增加 0.5% 就相当于增加约 400 万美元的产出。此外，由于之前分析发现 DBNPA 会在发酵副产品中降解而不会达到 DDGS，这种具有杀菌作用的有机溴化物还可成为控制燃料乙醇生产中细菌感染的成功抗生素替代品，从而有助于从食物链中清除抗生素，避免抗生素耐药性的产生。