Anaerobic fluidized bed reactor with expanded clay as support for hydrogen production through dark fermentation of glucose

This study evaluated hydrogen production in an anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) fed with glucose-based synthetic wastewater. Particles of expanded clay (2.8-3.35 mm) were used as a support material for biomass immobilization. The reactor was operated with hydraulic retention times (HRT) ranging from 8 to 1 h. The hydrogen yield production increased from 1.41 to 2.49 mol H(2) Mol(-1) glucose as HRT decreased from 8 to 2 h. However, when HRT was 1 h, there was a slight decrease to 2.41 mol H(2) Mol(-1) glucose. The biogas produced was composed of H(2) and CO(2), and the H(2) content increased from 8% to 35% as HRT decreased. The major soluble metabolites during H(2) fermentation were acetic acid (HAc) and butyric acid (HBu), accounting for 36.1-53.3% and 37.7-44.9% of total soluble metabolites, respectively. Overall, the results demonstrate the potential of using expanded clay as support material for hydrogen production in AFBRs. (c) 2008 International Association for Hydrogen Energy. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Production of biohydrogen from dark fermentation of organic wastes

Dissertação de mestrado em Bioengenharia

Bioconversion of Cellulose to Hydrogen by dark fermentation

Hydrogen is known as a clean energy resource. The biological production of hydrogen has been attracting attention as an environmentally friendly processs that does not consume fossil fuels. Cellulosic plant and waste materials are potential resources for fermentative hydrogen production. Cellulose is a linear biopolymer of glucose molecules, connected by β-1,4-glycosidic bonds. Enzymatic hydrolysis of cellulose requires the presence of cellulase. The present study aimed to investigate the efficiency of acid pretreatment on ruminal fluid in order to enrich H2 producing bacteria consortia to enhance biohydrogen rate and substrate removal efficiency. In this study, fermentative hydrogen producers were enriched on cellulose (2g/L) in a modificated Del Nery medium (DNM) at 37ºC and initial pH 7.0 using rumen fluid (10% v/v) as inoculum. To increase the hydrogen production it was added cellulose (10mL) to the medium. The gas products (mainly H2 and CO2) was analyzed by gas chromatography (Shimadzu GC 2010) using a thermal conductivity detector. The volatile fatty acids and ethanol were also detected by GC using a flame ionization detector. Cellulose degradation was quantified by using the phenolsulfuric acid method. Analysis showed that the biogas produced from the anaerobic fermentation contained only hydrogen and carbon dioxide, without detectable methane after acid pretreatment test. On DNM the hydrogen production started with 4 h (5,3 x 105 mmol H2/L) of incubation, and the maximum H2 concentration was observed with 34 h (7,1 x 106 mmol H2/L) of incubation. During the process, it was observed a predominance of acetic acid and butyric acid as well as a low production of acetone, ethanol and nbutanol in all experimental phases. Butyrate accounted for more than 77% of total. As a result of the accumulation of volatile fatty acids (VFAs), the pH value in anaerobic digestion system was reduced to 4,0. On microscopy analyses there were observed rods with endospores. The batch anaerobic fermentation assays performed on anaerobic mixed inoculum from rumen fluid demonstrated the feasibility of H2 generation utilizing cellulose as substrate. Based on the results, it can be concluded that the acid treatment was efficient to inhibit the methanogenic archaea cells present in rumen fluid. The rumen fluid cells present a potential route in converting renewable biomass such as cellulose into hydrogen energy.

Effect of Substrate Concentration on Dark Fermentation Hydrogen Production Using an Anaerobic Fluidized Bed Reactor

The effect of substrate (glucose) concentration on the stability and yield of a continuous fermentative process that produces hydrogen was studied. Four anaerobic fluidized bed reactors (AFBRs) were operated with a hydraulic retention time (HRT) from 1 to 8 h and an influent glucose concentration from 2 to 25 gL(-1). The reactors were inoculated with thermally pre-treated anaerobic sludge and operated at a temperature of 30 degrees C with an influent pH around 5.5 and an effluent pH of about 3.5. The AFBRs with a HRT of 2 h and a feed strength of 2, 4, and 10 gL(-1) showed satisfactory H-2 production performance, but the reactor fed with 25 gL(-1) of glucose did not. The highest hydrogen yield value was obtained in the reactor with a glucose concentration of 2 gL(-1) when it was operated at a HRT of 2 h. The maximum hydrogen production rate value was achieved in the reactor with a HRT of 1 h and a feed strength of 10 gL(-1). The AFBRs operated with glucose concentrations of 2 and 4 gL(-1) produced greater amounts of acetic and butyric acids, while AFBRs with higher glucose concentrations produced a greater amount of solvents.

Produzione di bioidrogeno in dark fermentation da scarti dell'industria agroalimentale mediante l'impiego di batteri ipertermofili

La presente tesi di dottorato ha come argomento la produzione d’idrogeno per via fermentativa sfruttando il metabolismo anaerobico di particolari batteri estremofili del genere Thermotoga. In questo lavoro, svolto in seno al progetto Bio-Hydro, sfruttando reattori batch da 116 mL, è stato selezionato il ceppo migliore di Thermotoga fra i quatto ceppi testati: T. neapolitana. Una volta individuato il candidato batterico migliore è stato individuato il valore ottimale di pH (8.5 a t.amb) per la produzione d’idrogeno. Un intenso lavoro è stato svolto sul medium di coltura permettendone la minimizzazione e rendendolo così economicamente sostenibile per il suo utilizzo nel reattore da 19L; in questo caso il glucosio è stato completamente sostituito con due sottoprodotti agroindustriali individuati in precedenza, il melasso di barbabietola e il siero di latte. Sono stati poi eliminati i gravosi micronutrienti e le vitamine. È stata sfruttata la capacità di T. neapolitana di produrre biofilm e sono stati testati 4 diversi supporti in vetro sinterizzato e ceramici, tali test hanno permesso di individuare Biomax come supporto migliore. Sono stati svolti studi sul metabolismo di T. neapolitana volti ad individuare le concentrazioni inibenti di ogni substrato testato, l’inibizione da prodotto (idrogeno) e l’inibizione da ossigeno. Tutte queste prove hanno dato le conoscenze di base per la conduzione di esperienze su reattore da 19L. L’innovativo reattore di tipo SPCSTR è stato interamente studiato, progettato e costruito presso il DICMA. dell’Università di Bologna. La conduzione di esperienze batch su SPCSTR ha dato la possibilità di verificare il funzionamento del nuovo tipo d’impianto. Presso il Wageningen UR (NL), è stata svolta la selezione del miglior ceppo di Caldicellulosisruptor fra 3 testati e del miglior supporto per la produzione d’idrogeno; è stato poi costruito testato e condotto in continuo l’innovativo reattore CMTB.

Biohydrogen production in anaerobic fluidized bed reactors: Effect of support material and hydraulic retention time

This study evaluated two different support materials (polystyrene and expanded clay) for biohydrogen production in an anaerobic fluidized bed reactor (AFBR) treating synthetic wastewater containing glucose (4000 mg L(-1)). The AFBRs contained either polystyrene (R1) or expanded clay (R2) as support materials were inoculated with thermally pre-treated anaerobic sludge and operated at a temperature of 30 degrees C and a pH of approximately 5.5. The AFBRs were operated with a range of hydraulic retention times (HRTs) between 1 and 8 h. For R1 with an HRT of 2 h, the maximum hydrogen yield (HY) was 1.90 mol H(2) mol(-1) glucose, with 0.805 mg of biomass (as total volatile solids, or TVS) attached to each g of polystyrene. For R2 operated at an HRT of 2 h, the maximum HY was 2.59 mol H(2) moll glucose, with 1.100 mg of attached biomass (as TVS) g(-1) expanded clay. The highest hydrogen production rates (HPR) were 0.95 and 1.21 L h(-1) L(-1) for R1 and R2, respectively, using an HRT of 1 h. The H(2) content increased from 16-47% for R1 and from 22-51% for R2. No methane was detected in the biogas produced throughout the period of AFBR operation. These results show that the values of HY, HPR, H(2) content, and g of attached biomass g(-1) support material were all higher for AFBRs containing expanded clay than for reactors containing polystyrene. (C) 2010 Professor T. Nejat Veziroglu. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Augmentation de la production d'hydrogène par l'expression hétérologue d'hydrogénase et la production d’hydrogène à partir de résidus organiques

La recherche de sources d’énergie fiables ayant un faible coût environnemental est en plein essor. L’hydrogène, étant un transporteur d’énergie propre et simple, pourrait servir comme moyen de transport de l’énergie de l’avenir. Une solution idéale pour les besoins énergétiques implique une production renouvelable de l’hydrogène. Parmi les possibilités pour un tel processus, la production biologique de l’hydrogène, aussi appelée biohydrogène, est une excellente alternative. L’hydrogène est le produit de plusieurs voies métaboliques bactériennes mais le rendement de la conversion de substrat en hydrogène est généralement faible, empêchant ainsi le développement d’un processus pratique de production d’hydrogène. Par exemple, lorsque l’hydrogène est produit par la nitrogénase sous des conditions de photofermentation, chaque molécule d’hydrogène constituée requiert 4 ATP, ce qui rend le processus inefficace. Les bactéries photosynthétiques non sulfureuses ont la capacité de croître sous différentes conditions. Selon des études génomiques, Rhodospirillum rubrum et Rhodopseudomonas palustris possèdent une hydrogénase FeFe qui leur permettrait de produire de l’hydrogène par fermentation anaérobie de manière très efficace. Il existe cependant très peu d’information sur la régulation de la synthèse de cette hydrogénase ainsi que sur les voies de fermentation dont elle fait partie. Une surexpression de cette enzyme permettrait potentiellement d’améliorer le rendement de production d’hydrogène. Cette étude vise à en apprendre davantage sur cette enzyme en tentant la surexpression de cette dernière dans les conditions favorisant la production d’hydrogène. L’utilisation de résidus organiques comme substrat pour la production d’hydrogène sera aussi étudiée.

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.

Obtenção de consórcio de bactérias fotoheterotróficas geradoras de H2 visando sua produção em reator anaeróbio em batelada

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Food and fuel microalgae applications: insights from portuguese experience [Resumo]

Microalgae have a wide range of application fields, from food to fuels, to pharmaceuticals & fine chemicals, aquaculture and environmental bioremediation, among others. Spirulina and Chlorella have been used as food sources since ancient times, due to their high and balanced nutritional value. Our research group in Lisbon has developed a range of food products (emulsions, gelled desserts, biscuits and pastas) enriched with freshwater and marine microalgae (Spirulina, Chlorella, Haematococcus, Isochrysis and Diacronema). The developed products presented attractive and stable colours, high resistance to oxidation and enhanced rheological properties. Some of these products will be prepared at the Post-Congress Course “Functional Foods Development” at the University of Antofagasta. More recently, a great interest has arisen on using microalgae for biofuel production. The same group has also been exploring several marine and freshwater species for biofuel production (e.g., biodiesel, bioethanol, biohydrogen and biomethane) within a biorefinery approach, in order to obtain high and low-value co-products using integral biomass maximizing the energy revenue. Namely, supercritical fluid extraction of Nannochloropsis sp. allowed the recovery of valuable carotenoids and lipids, prior to bioH2 production through dark fermentation of the residual biomass. Also, Scenedesmus obliquus residues after sugars (for bioethanol) and lipids (for biodiesel) extraction has been anaerobically digested attaining high biomethane yields. Regarding sustainability issues, the current trend of our group is now focused on using liquid effluents and high CO2 levels for low cost microalgae growth, contributing to a lower water demand, primary energy consumption and global warming potential by reducing the need for potable water and fertilizers (P, N) and increasing CO2 mitigation. Microalgae biomass has been successfully used for urban wastewater treatment with subsequent bioH2 production, in a biorefinery approach. Presently, ammonium-rich raw effluents from piggeries and poultry industry are being effectively used for microalgae growth avoiding any pre-treatment step.

Produção biológica integrada de hidrogénio e metano a partir de resíduos da indústria do biodiesel

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente

Carotenoids production from a newly isolated Sporidiobolus pararoseus strain by submerged fermentation

This work aimed at evaluating the total carotenoids production by a newly isolated Sporidiobolus pararoseus. Bioproduction was carried out in an orbital shaker, using 10% (w/v) of inoculum (25 A degrees C, 180 rpm for 35 h), incubated for 120 h in a dark room. Liquid N(2) and dimethylsulphoxide (DMSO) were used for cell rupture, and carotenoids were extracted with a solution of acetone/methanol (7:3, v/v). Optimization of carotenoids bioproduction was achieved by experimental design technique. Initially, a Plackett-Burman design was used for the screening of the most important factors, after the statistical analysis, a complete second-order design was carried out to optimize the concentration of total carotenoids in a conventional medium. Maximum concentration of 856 mu g/L of total carotenoids was obtained in a medium containing 60 g/L of glucose, 15 g/L of peptone, and 15 g/L of malt extract, 25 A degrees C, initial pH 4.0 and 180 rpm. Fermentation kinetics showed that the maximum concentration of total carotenoids was reached after 102 h of fermentation and that carotenoids bioproduction was associated with cell growth.

Potential application of Ganoderma lucidum in solid state fermentation of primary sludge and wheat straw

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Effects of dietary energy and nitrogen supplements on rumen fermentation and protozoa population in buffalo and zebu cattle

The effects were assessed of two energy sources in concentrate (ground grain corn vs. citrus pulp) and two nitrogen sources (soybean meal vs. urea) on rumen metabolism in four buffaloes and four zebu cattle (Nellore) with rumen cannula and fed in a 4 × 4 Latin square design with feeds containing 60% sugar cane. Energy supplements had no effect on the rumen ammonia concentration in cattle, but ground grain corn promoted higher ammonia level than citrus pulp in buffalo. Urea produced higher ammonia level than soybean meal in both animal species. On average, the buffaloes maintained a lower rumen ammonia concentration (11.7 mg/dL) than the cattle (14.5 mg/dL). Buffaloes had lower production of acetic acid than cattle (58.7 vs. 61.6 mol/100 mol) and higher of propionic acid (27.4 vs. 23.6 mol/100 mol). There was no difference in the butyric acid production between the buffaloes (13.6 mol/100 mol) and cattle (14.8 mol/100 mol) and neither in the total volatile fatty acids concentration (82.5 vs. 83.6 mM, respectively). The energy or nitrogen sources had no effect on rumen protozoa count in either animal species. The zebu cattle had higher rumen protozoa population (8.8 × 10(5)/mL) than the buffaloes (6.1 × 10(5)/mL). The rumen protozoa population differed between the animal species, except for Dasytricha and Charonina. The buffaloes had a lower Entodinium population than the cattle (61.0 vs 84.9%, respectively) and a greater percentage of species belonging to the Diplodiniinae subfamily than the cattle (28.6 vs. 1.4%, respectively). In cattle, ground corn is a better energy source than citrus pulp for use by Entodinium and Diplodiniinae. In the buffaloes, the Entodinium are favored by urea and Diplodiniinae species by soybean meal.