Quali/quantitative characterization of biogas produced in batch digesters supplied with six distinct substrates

The present research was carried out at the DER/FCAV, São Paulo State University - Brazil, with the purpose of analyzing the quantity and quality of biogas produced by six types of substrates. The substrates used in the anaerobic digestion were characterized as: 1- Litter of broiler (LB); 2- Grinded broiler litter (GBL); 3- Broiler litter with wood shavings (BLWS); 4- Grinded broiler litter with wood shavings (GBLWS); 5- Broiler litter with peanut hulls (BLPH); 6- Grinded broiler litter with peanut hull (GBLPH). It was concluded from the collected data that: the (GBL) substrate showed a superior biogas accumulated production in relation to the other substrates, while the BLWS presented an inferior accumulated production; the grinded substrates showed higher quantities of accumulated biogas in relation to the non-grinded substrates, except for GBLPH, with 20.9 m³ inferior than BLPH; the period of maximum biogas production started from 45 to 60 days, declining after 120 days; at 57 days after filling up the digesters the biogas produced had levels of CH4 superior than 53%, and from 99 days all of them produced biogas with levels of CH4 superior than 70%; LB and GBL presented higher concentrations of CH4 in the biogas.

Performance of UASB reactors in two stages followed by post-treatment with activated sludge in wastewater batch of wet-processed coffee

In this study it was evaluated the efficiency of the treatment of wet-processed coffee wastewater in upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors in two stages, in bench scale, followed by post-treatment with activated sludge in batch. The first UASB reactor was submitted to an hydraulic retention time (HRT) of 6.2 d and organic loading rates (OLR) of 2.3 and 4.5g CODtotal (L d)-1, and the second UASB reactor to HRT of 3.1 d with OLR of 0.4 and 1.4g CODtotal (L d)-1. The average values of the affluent CODtotal increased from 13,891 to 27,926mg L-1 and the average efficiencies of removal of the CODtotal decreased from 95 to 91%, respectively, in the UASB reactors in two stages. The volumetric methane production increased from 0.274 to 0.323L CH4 (L reactor d)-1 with increment in the OLR. The average concentrations of total phenols in the affluent were of 48 and 163mg L-1, and the removal efficiencies in the UASB reactors in two stages of 92 and 90%, respectively, and increased to 97% with post-treatment. The average values of the removal efficiencies of total nitrogen and phosphorus were of 57 to 80% and 44 to 60%, respectively, in the UASB reactors in two stages and increased to 91 and 84% with the post-treatment.

Potentials of biogas production from young bulls manure fed with different diets

Physical and chemical characteristics of manure are modified by different animal production systems. In cattle feeding system for young bulls there is an inversion of the proportion between forage and concentrate. In other words, the animals receive a smaller amount of forage compared to the traditional system. These changes in the manure characteristics involve changes in the treatment systems. The aim of this study was to determine the potential production of biogas of batch digesters fed with manure from young bulls that received two diets containing different proportions between forage and concentrate, with or without inoculums and submitted to three levels of temperature (25, 35 and 40(0)C). The evaluated parameters were total solids (TS) and volatile solids (VS) reduction and biogas potentials production. The digesters fed with manure from animals that received the diet 2 (80%C + 20% R) showed the largest reductions of TS and VS. About the potentials of biogas production there was interaction between the factors diet and inoculums, but no effects of temperatures. The treatment content manure from animals fed with diet 2 without inoculums presented the greatest potential of biogas production per kg of TS added (0.2123 m³).

Potential of biogas production from swine manure supplemented with glycerine waste

In this study, was studied the biogas generation from swine manure, using residual glycerine supplementation. The biogas production by digestion occurred in the anaerobic batch system under mesophilic conditions (35°C), with a hydraulic retention time of 48 days. The experiment was performed with 48 samples divided into four groups, from these, one was kept as a control (without glycerin) and the other three groups were respectively supplemented with residual glycerine in the percentage of 3%, 6% and 9% of the total volume of the samples. The volume of biogas was controlled by an automated system for reading in laboratory scale and the quality of the biogas (CH4) measured from a specific sensor. The results showed that the residual glycerine has high potential for biogas production, with increases of 124.95%, 156.98% and 197.83% in the groups 3%, 6% and 9%, respectively, relative to the sample control. However, very high organic loads can compromise the process of digestion affecting the quality of the biogas generated in relation to methane.

Production of natural aroma by yeast in wastewater of cassava starch industry

ABSTRACT2-Phenylethanol (PE) is an aromatic alcohol with a characteristic odor of roses, widely used in food industry to modify certain aroma compositions in formulations with fruit, jam, pudding, and chewing gums, and also in cosmetic and fragrance industry. This compound occurs naturally in low concentrations in some essential oils from flowers and plants. An alternative to plants extraction are biotechnological processes. This study evaluated 2-phenylethanol’s production in cultivation of Saccharomyces cerevisiae in cassava wastewater originated from starch industry. The substrate was supplemented with glucose and L-phenylalanine in order to obtain higher 2-phenylethanol concentrations and better efficiency in glucose/2-phenylethanol conversion. It was performed using Rotatable Center Composite Design and response surface analysis. Cultures were performed under aerobic conditions in a batch system in Erlenmeyer flasks containing 50 mL of medium in shaker at 150 rpm and 24 ± 1 ºC. The highest PE values ​​were obtained with supplementation of 20.0 g.L-1 of glucose and 5.5 g.L-1 of L-phenylalanine, which has been experimentally validated, obtaining a PE production of 1.33 g.L-1 and PE/glucose yield factor of 0.070 g.g-1, equivalent to 74.3 and 89.7% ​​of desirability values according to the validated model.

Influence of carbon source and the fermentation process on levan production by Zymomonas mobilis analyzed by the surface response method

The aim of this study is to assess sugar cane juice and sucrose as substrates, the batch and fed batch processes and their interaction in the levan production using a complete factorial design. Zymomonas mobilis was cultivated in different sugar cane juice and sucrose concentrations in two fermentation processes at 25 °C for 20 h. A complete factorial design (2³) was used to analyze the effects of the type and concentration of the substrate, as well as the batch and fed batch processes. A complete second factorial design (2²) was used to observe the importance of sugar cane juice. The results indicated that the batch process improved the levan production reaching 40.14 g/L. The addition of sugar cane juice was not statistically significant for levan formation, however sugar cane juice stimulated biomass, sorbitol and ethanol production. The best medium for levan production was 150 g/L sucrose in batch.

Influence of the use of rice bran extract as a source of nutrients on xylitol production

Xylose-to-xylitol bioconversion using 2.5 or 10% (v/v) rice bran extract was performed to verify the influence of this source of nutrients on Candida guilliermondii metabolism. Semisynthetic medium (SM) and sugarcane bagasse hemicellulosic hydrolysate detoxified with ion-exchange resins (HIE) or with alteration in pH combined with adsorption onto activated charcoal (HAC) were fermented in 125 mL Erlenmeyer flasks at 30 ºC and 200 rpm for 72 hours. Activated charcoal supplemented with 2.5% (v/v) rice bran extract was fermented by C. guilliermondii in a MULTIGEN stirred tank reactor using pH 5.0 and 22.9/hour oxygen transfer volumetric coefficient. Higher values of xylitol productivity (0.70, 0.71, and 0.62 g.Lh-1) and xylose-to-xylitol conversion yield (0.71, 0.69, and 0.63 g.g-1) were obtained with 2.5% (v/v) rice bran in semisynthetic medium, ion-exchange resins, and activated charcoal, respectively. Moreover, during batch fermentation, the xylitol volumetric productivity and fermentation efficiency values obtained were 0.53 g.Lh-1 and 61.1%, respectively.

Improvements in Fermentative Hydrogen Production through Physiological Manipulation and Metabolic Engineering

La production biologique d'hydrogène (H2) représente une technologie possible pour la production à grande échelle durable de H2 nécessaire pour l'économie future de l'hydrogène. Cependant, l'obstacle majeur à l'élaboration d'un processus pratique a été la faiblesse des rendements qui sont obtenus, généralement autour de 25%, bien en sous des rendements pouvant être atteints pour la production de biocarburants à partir d'autres processus. L'objectif de cette thèse était de tenter d'améliorer la production d'H2 par la manipulation physiologique et le génie métabolique. Une hypothèse qui a été étudiée était que la production d'H2 pourrait être améliorée et rendue plus économique en utilisant un procédé de fermentation microaérobie sombre car cela pourrait fournir la puissance supplémentaire nécessaire pour une conversion plus complète du substrat et donc une production plus grande d'H2 sans l'aide de l'énergie lumineuse. Les concentrations optimales d’O2 pour la production de H2 microaérobie ont été examinées ainsi que l'impact des sources de carbone et d'azote sur le processus. La recherche présentée ici a démontré la capacité de Rhodobacter capsulatus JP91 hup- (un mutant déficient d’absorption-hydrogénase) de produire de l'H2 sous condition microaérobie sombre avec une limitation dans des quantités d’O2 et d'azote fixé. D'autres travaux devraient être entrepris pour augmenter les rendements d'H2 en utilisant cette technologie. De plus, un processus de photofermentation a été créé pour améliorer le rendement d’H2 à partir du glucose à l'aide de R. capsulatus JP91 hup- soit en mode non renouvelé (batch) et / ou en conditions de culture en continu. Certains défis techniques ont été surmontés en mettant en place des conditions adéquates de fonctionnement pour un rendement accru d'H2. Un rendement maximal de 3,3 mols de H2/ mol de glucose a été trouvé pour les cultures en batch tandis que pour les cultures en continu, il était de 10,3 mols H2/ mol de glucose, beaucoup plus élevé que celui rapporté antérieurement et proche de la valeur maximale théorique de 12 mols H2/ mol de glucose. Dans les cultures en batch l'efficacité maximale de conversion d’énergie lumineuse était de 0,7% alors qu'elle était de 1,34% dans les cultures en continu avec un rendement de conversion maximum de la valeur de chauffage du glucose de 91,14%. Diverses autres approches pour l'augmentation des rendements des processus de photofermentation sont proposées. Les résultats globaux indiquent qu'un processus photofermentatif efficace de production d'H2 à partir du glucose en une seule étape avec des cultures en continu dans des photobioréacteurs pourrait être développé ce qui serait un processus beaucoup plus prometteur que les processus en deux étapes ou avec les co-cultures étudiés antérieurément. En outre, l'expression hétérologue d’hydrogenase a été utilisée comme une stratégie d'ingénierie métabolique afin d'améliorer la production d'H2 par fermentation. La capacité d'exprimer une hydrogénase d'une espèce avec des gènes de maturation d'une autre espèce a été examinée. Une stratégie a démontré que la protéine HydA orpheline de R. rubrum est fonctionnelle et active lorsque co-exprimée chez Escherichia coli avec HydE, HydF et HydG provenant d'organisme différent. La co-expression des gènes [FeFe]-hydrogénase structurels et de maturation dans des micro-organismes qui n'ont pas une [FeFe]-hydrogénase indigène peut entraîner le succès dans l'assemblage et la biosynthèse d'hydrogénase active. Toutefois, d'autres facteurs peuvent être nécessaires pour obtenir des rendements considérablement augmentés en protéines ainsi que l'activité spécifique des hydrogénases recombinantes. Une autre stratégie a consisté à surexprimer une [FeFe]-hydrogénase très active dans une souche hôte de E. coli. L'expression d'une hydrogénase qui peut interagir directement avec le NADPH est souhaitable car cela, plutôt que de la ferrédoxine réduite, est naturellement produit par le métabolisme. Toutefois, la maturation de ce type d'hydrogénase chez E. coli n'a pas été rapportée auparavant. L'opéron hnd (hndA, B, C, D) de Desulfovibrio fructosovorans code pour une [FeFe]-hydrogénase NADP-dépendante, a été exprimé dans différentes souches d’E. coli avec les gènes de maturation hydE, hydF et hydG de Clostridium acetobutylicum. L'activité de l'hydrogénase a été détectée in vitro, donc une NADP-dépendante [FeFe]-hydrogénase multimérique active a été exprimée avec succès chez E. coli pour la première fois. Les recherches futures pourraient conduire à l'expression de cette enzyme chez les souches de E. coli qui produisent plus de NADPH, ouvrant la voie à une augmentation des rendements d'hydrogène via la voie des pentoses phosphates.

Improving the microbial production of biofuels through metabolic engineering

Les défis conjoints du changement climatique d'origine anthropique et la diminution des réserves de combustibles fossiles sont le moteur de recherche intense pour des sources d'énergie alternatives. Une avenue attrayante est d'utiliser un processus biologique pour produire un biocarburant. Parmi les différentes options en matière de biocarburants, le bio-hydrogène gazeux est un futur vecteur énergétique attrayant en raison de son efficacité potentiellement plus élevé de conversion de puissance utilisable, il est faible en génération inexistante de polluants et de haute densité d'énergie. Cependant, les faibles rendements et taux de production ont été les principaux obstacles à l'application pratique des technologies de bio-hydrogène. Des recherches intensives sur bio-hydrogène sont en cours, et dans les dernières années, plusieurs nouvelles approches ont été proposées et étudiées pour dépasser ces inconvénients. À cette fin, l'objectif principal de cette thèse était d'améliorer le rendement en hydrogène moléculaire avec un accent particulier sur l'ingénierie métabolique et l’utilisation de bioprocédés à variables indépendantes. Une de nos hypothèses était que la production d’hydrogène pourrait être améliorée et rendue plus économiquement viable par ingénierie métabolique de souches d’Escherichia coli producteurs d’hydrogène en utilisant le glucose ainsi que diverses autres sources de carbone, y compris les pentoses. Les effets du pH, de la température et de sources de carbone ont été étudiés. La production maximale d'hydrogène a été obtenue à partir de glucose, à un pH initial de 6.5 et une température de 35°C. Les études de cinétiques de croissance ont montré que la μmax était 0.0495 h-1 avec un Ks de 0.0274 g L-1 lorsque le glucose est la seule source de carbone en milieu minimal M9. .Parmi les nombreux sucres et les dérivés de sucres testés, les rendements les plus élevés d'hydrogène sont avec du fructose, sorbitol et D-glucose; 1.27, 1.46 et 1.51 mol H2 mol-1 de substrat, respectivement. En outre, pour obtenir les interactions entre les variables importantes et pour atteindre une production maximale d'hydrogène, un design 3K factoriel complet Box-Behnken et la méthodologie de réponse de surface (RSM) ont été employées pour la conception expérimentale et l'analyse de la souche d'Escherichia coli DJT135. Le rendement en hydrogène molaire maximale de 1.69 mol H2 mol-1 de glucose a été obtenu dans les conditions optimales de 75 mM de glucose, à 35°C et un pH de 6.5. Ainsi, la RSM avec un design Box-Behken était un outil statistique utile pour atteindre des rendements plus élevés d'hydrogène molaires par des organismes modifiés génétiquement. Ensuite, l'expression hétérologue de l’hydrogénases soluble [Ni-Fe] de Ralstonia eutropha H16 (l'hydrogénase SH) a tenté de démontrer que la mise en place d'une voie capable de dériver l'hydrogène à partir de NADH pourrait surpasser le rendement stoechiométrique en hydrogène.. L’expression a été démontrée par des tests in vitro de l'activité enzymatique. Par ailleurs, l'expression de SH a restaurée la croissance en anaérobie de souches mutantes pour adhE, normalement inhibées en raison de l'incapacité de réoxyder le NADH. La mesure de la production d'hydrogène in vivo a montré que plusieurs souches modifiées métaboliquement sont capables d'utiliser l'hydrogénase SH pour dériver deux moles d’hydrogène par mole de glucose consommé, proche du maximum théorique. Une autre stratégie a montré que le glycérol brut pourrait être converti en hydrogène par photofermentation utilisant Rhodopseudomonas palustris par photofermentation. Les effets de la source d'azote et de différentes concentrations de glycérol brut sur ce processus ont été évalués. À 20 mM de glycérol, 4 mM glutamate, 6.1 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus dans des conditions optimales, un rendement de 87% de la théorie, et significativement plus élevés que ce qui a été réalisé auparavant. En prolongement de cette étude, l'optimisation des paramètres a également été utilisée. Dans des conditions optimales, une intensité lumineuse de 175 W/m2, 30 mM glycérol et 4.5 mM de glutamate, 6.69 mol hydrogène / mole de glycérol brut ont été obtenus, soit un rendement de 96% de la valeur théorique. La détermination de l'activité de la nitrogénase et ses niveaux d'expression ont montré qu'il y avait relativement peu de variation de la quantité de nitrogénase avec le changement des variables alors que l'activité de la nitrogénase variait considérablement, avec une activité maximale (228 nmol de C2H4/ml/min) au point central optimal. Dans la dernière section, la production d'hydrogène à partir du glucose via la photofermentation en une seule étape a été examinée avec la bactérie photosynthétique Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-). La méthodologie de surface de réponse avec Box-Behnken a été utilisée pour optimiser les variables expérimentales de façon indépendante, soit la concentration de glucose, la concentration du glutamate et l'intensité lumineuse, ainsi que d'examiner leurs effets interactifs pour la maximisation du rendement en hydrogène moléculaire. Dans des conditions optimales, avec une intensité lumineuse de 175 W/m2, 35 mM de glucose, et 4.5 mM de glutamate,, un rendement maximal d'hydrogène de 5.5 (± 0.15) mol hydrogène /mol glucose, et un maximum d'activité de la nitrogénase de 246 (± 3.5) nmol C2H4/ml/min ont été obtenus. L'analyse densitométrique de l'expression de la protéine-Fe nitrogenase dans les différentes conditions a montré une variation significative de l'expression protéique avec un maximum au point central optimisé. Même dans des conditions optimales pour la production d'hydrogène, une fraction significative de la protéine Fe a été trouvée dans l'état ADP-ribosylée, suggérant que d'autres améliorations des rendements pourraient être possibles. À cette fin, un mutant amtB dérivé de Rhodobacter capsulatus JP91 (hup-) a été créé en utilisant le vecteur de suicide pSUP202. Les résultats expérimentaux préliminaires montrent que la souche nouvellement conçue métaboliquement, R. capsulatus DG9, produit 8.2 (± 0.06) mol hydrogène / mole de glucose dans des conditions optimales de cultures discontinues (intensité lumineuse, 175 W/m2, 35 mM de glucose et 4.5 mM glutamate). Le statut d'ADP-ribosylation de la nitrogénase-protéine Fe a été obtenu par Western Blot pour la souche R. capsulatus DG9. En bref, la production d'hydrogène est limitée par une barrière métabolique. La principale barrière métabolique est due au manque d'outils moléculaires possibles pour atteindre ou dépasser le rendement stochiométrique en bio-hydrogène depuis les dernières décennies en utilisant les microbes. À cette fin, une nouvelle approche d’ingénierie métabolique semble très prometteuse pour surmonter cette contrainte vers l'industrialisation et s'assurer de la faisabilité de la technologie de la production d'hydrogène. Dans la présente étude, il a été démontré que l’ingénierie métabolique de bactéries anaérobiques facultatives (Escherichia coli) et de bactéries anaérobiques photosynthétiques (Rhodobacter capsulatus et Rhodopseudomonas palustris) peuvent produire de l'hydrogène en tant que produit majeur à travers le mode de fermentation par redirection métabolique vers la production d'énergie potentielle. D'autre part, la méthodologie de surface de réponse utilisée dans cette étude représente un outil potentiel pour optimiser la production d'hydrogène en générant des informations appropriées concernant la corrélation entre les variables et des producteurs de bio-de hydrogène modifiés par ingénierie métabolique. Ainsi, un outil d'optimisation des paramètres représente une nouvelle avenue pour faire un pont entre le laboratoire et la production d'hydrogène à l'échelle industrielle en fournissant un modèle mathématique potentiel pour intensifier la production de bio-hydrogène. Par conséquent, il a été clairement mis en évidence dans ce projet que l'effort combiné de l'ingénierie métabolique et la méthodologie de surface de réponse peut rendre la technologie de production de bio-hydrogène potentiellement possible vers sa commercialisation dans un avenir rapproché.

Continuous production of L-glutaminase by an immobilized marine Pseudomonas sp BTMS-51 in a packed bed reactor

A marine Pseudomonas sp BTMS-51, immobilized by Ca-alginate gel entrapment was used for the production of extracellular Lglutaminase under repeated batch process and continuous process employing a packed bed reactor (PBR). Immobilized cells could produce an average of 25 U/ml of enzyme over 20 cycles of repeated batch operation and did not show any decline in production upon reuse. The enzyme yield correlated well with the biomass content in the beads. Continuous production of the enzyme in PBR was studied at different substrate concentrations and dilution rates. In general, the volumetric productivity increased with increased dilution rate and substrate concentrations and the substrate conversion efficiency declined. The PBR operated under conditions giving maximal substrate conversion efficiency gave an average yield of 21.07 U/ml and an average productivity of 13.49 U/ml/h. The system could be operated for 120 h without any decline in productivity

Continuous Production of Extracellular L-Glutaminase by Ca-Alginate-Immobilized Marine Beauveria bassiana BTMF S-10 in Packed-Bed Reactor

L-Glutamine amidohydrolase (L-glutaminase, EC 3.5.1.2) is a therapeutically and industrially important enzyme. Because it is a potent antileukemic agent and a flavor-enhancing agent used in the food industry, many researchers have focused their attention on L-glutaminase. In this article, we report the continuous production of extracellular L-glutaminase by the marine fungus Beauveria bassiana BTMF S-10 in a packed-bed reactor. Parameters influencing bead production and performance under batch mode were optimized in the order-support (Na-alginate) concentration, concentration of CaCl2 for bead preparation, curing time of beads, spore inoculum concentration, activation time, initial pH of enzyme production medium, temperature of incubation, and retention time. Parameters optimized under batch mode for L-glutaminase production were incorporated into the continuous production studies. Beads with 12 × 108 spores/g of beads were activated in a solution of 1% glutamine in seawater for 15 h, and the activated beads were packed into a packed-bed reactor. Enzyme production medium (pH 9.0) was pumped through the bed, and the effluent was collected from the top of the column. The effect of flow rate of the medium, substrate concentration, aeration, and bed height on continuous production of L-glutaminase was studied. Production was monitored for 5 h in each case, and the volumetric productivity was calculated. Under the optimized conditions for continuous production, the reactor gave a volumetric productivity of 4.048 U/(mL·h), which indicates that continuous production of the enzyme by Ca-alginate-immobilizedspores is well suited for B. bassiana and results in a higher yield of enzyme within a shorter time. The results indicate the scope of utilizing immobilized B. bassiana for continuous commercial production of L-glutaminase

Microbial species involved in production of 1,2-sn-diacylglycerol and effects of phosphatidylcholine on human fecal microbiota

1,2-sn-Diacylglycerols (DAGs) are activators of protein kinase C (PKQ, which is involved in the regulation of colonic mucosal proliferation. Extracellular DAG has been shown to stimulate the growth of cancer cell lines in vitro and may therefore play an important role in tumor promotion. DAG has been detected in human fecal extracts and is thought to be of microbial origin. Hitherto, no attempts have been made to identify the predominant fecal bacterial species involved in its production. We therefore used anaerobic batch culture systems to determine whether fecal bacteria could utilize phosphatidylcholine (0.5% [wt/vol]) to produce DAG. Production was found to be dependent upon the presence of the substrate and was enhanced in the presence of high concentrations of deoxycholate (5 and 10 mM) in the growth medium. Moreover, its production increased with the pH, and large inter- and intraindividual variations were observed between cultures seeded with inocula from different individuals. Clostridia and Escherichia coli multiplied in the fermentation systems, indicating their involvement in phosphatidylcholine metabolism. On the other hand, there was a significant decrease in the number of Bifidobacterium spp. in the presence of phosphatidylcholine. Pure-culture experiments showed that 10 of the 12 strains yielding the highest DAG levels (>50 nmol/ml) were isolated from batch culture enrichments run at pH 8.5. We found that the strains capable of producing large amounts of DAG were predominantly Clostridium bifermentans (8 of 12), followed by Escherichia coli (2 of 12). Interestingly, one DAG-producing strain was Bifidobacterium infantis, which is often considered a beneficial gut microorganism. Our results have provided further evidence that fecal bacteria can produce DAG and that specific bacterial groups are involved in this process. Future strategies to reduce DAG formation in the gut should target these species.

In vitro effects of phosphatidylcholine and transgalactooligosaccharides on the production of 1,2-sn-diacylglycerol by Bifidobacterium longum biovar infantis

Aims: To investigate the production of the tumour promoter 1,2-sn-diacylglycerol (DAG) by a human gut isolate of Bifidobacterium longum biovar infantis. Methods and Results: Bifidobacterium longum biovar infantis was grown in vitro using anaerobic static batch cultures in the presence of phosphatidylcholine (PC) and trans-galactooligosaccharides (TOS). Production of DAG was found to be dependent upon the presence of PC, while TOS had a reducing effect. Considerable differences in morphology, growth and metabolic end products from the micro-organism were observed under the different culture conditions. Conclusions: Our results have provided evidence that B. longum biovar infantis can produce DAG in vitro and that a prebiotic exerted a reducing effect upon this production. Significance and Impact of the Study: The results presented in this study demonstrate an ability of ostensibly beneficial member of the colonic environment to produce unwanted compounds under certain conditions. Therefore, it may be important that a combination of substrates and other factors are assessed when studying the behaviour of any bacterial group or species, especially when designing the dietary interventions.

Exopolysaccharides produced by Bifidobacterium longum IPLA E44 and Bifidobacterium animalis subsp lactis IPLA R1 modify the composition and metabolic activity of human faecal microbiota in pH-controlled batch cultures

Exopolysaccharides (EPS) isolated from two Bifidobacterium strains, one of human intestinal origin (Bifidobacterium longum subsp. longum IPLA E44) and the other from dairy origin (Bifidobacterium animalis subsp. lactis IPLA R1), were subjected to in vitro chemically simulated gastrointestinal digestion. which showed the absence of degradation of both polymers in these conditions. Polymers were then used as carbon sources in pH-controlled faecal batch cultures and compared with the non-prebiotic carbohydrate glucose and the prebiotic inulin to determine changes in the composition of faecal bacteria. A set of eight fluorescent in situ hybridisation oligonucleotide probes targeting 16S rRNA sequences was used to quantify specific groups of microorganisms. Growth of the opportunistic pathogen Clostridium histolyticum occurred with all carbohydrates tested similarly to that found in negative control cultures without added carbohydrate and was mainly attributed to the culture conditions used rather than enhancement of growth by these substrates. Polymers E44 and RI stimulated growth of Lactobacillus/Enterococcus, Bifidobacterium, and Bacteroides/Prevotella in a similar way to that seen with inulin. The EPS RI also promoted growth of the Atopobium cluster during the first 24 h of fermentation. An increase in acetic and lactic acids was found during early stages of fermentation (first 10-24 h) correlating with increases of Lactobacillus, Bifidobacterium, and Atopobium. Propionic acid concentrations increased in old cultures, which was coincident with the enrichment of Clostridium cluster IX in cultures with EPS RI and with the increases in Bacteroides in cultures with both microbial EPS (RI and E44) and inulin. The lowest acetic to propionic acid ratio was obtained for EPS E44. None of the carbohydrates tested supported the growth of microorganisms from Clostridium clusters XIVa+b and IV, results that correlate with the poor butyrate production in the presence of EPS. Thus, EPS synthesized by bifidobacteria from dairy and intestinal origins can modulate the intestinal microbiota in vitro, promoting changes in some numerically and metabolically relevant microbial populations and shifts in the production of short chain fatty acids. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

In vitro fermentation of carbohydrates by porcine faecal inocula and their influence on Salmonella Typhimurium growth in batch culture systems

The aim of this study was to evaluate in vitro the influence of fermentable carbohydrates on the activity of porcine microbiota and survival of Salmonella Typhimurium in a batch culture system simulating the porcine hindgut. The carbohydrates tested were xylooligosaccharides, a mixture of fructooligosaccharides/inulin (FIN), fructooligosaccharides (FOS), gentiooligosaccharides (GEO) and lactulose (LAC). These ingredients stimulated the growth of selected Bifidobacterium and Lactobacillus species in pure cultures. In batch cultures, the carbohydrates influenced some fermentation parameters. For example, GEO and FIN significantly increased lactic acids compared with the control (no added carbohydrate). With the exception of LAC, the test carbohydrates increased the production of short-chain fatty acid (SCFA) and modified SCFA profiles. Quantitative analysis of bacterial populations by FISH revealed increased counts of the Bifidobacterium group compared with control and, with exception of FOS, increased Lactobacillus, Leuconostoc and Weissella spp. counts. Salmonella numbers were the lowest during the fermentation of LAC. This work has looked at carbohydrate metabolism by porcine microbiota in a pH-controlled batch fermentation system. It provides an initial model to analyse interactions with pathogens.