Increased Selectivity for Butanol in Clostridium Pasteurianum Fermentations via Butyric Acid Addition or Dual Feedstock Strategy

Volatility of the petroleum market has renewed research into butanol as an alternate fuel. In order to increase the selectivity for butanol during glycerol fermentation with Clostridium pasteurianum, butyric acid can be added to the medium. In this manuscript, different methods of extracellular butyric acid addition are explored, as well as self-generation of butyric acid fermented from sugars in a co-substrate strategy. Molasses was used as an inexpensive sugar substrate, and the optimal molasses to glycerol ratio was found to allow the butyric acid to be taken back up into the cells and increase the productivity of butanol from all carbon sources. When butyric acid is added directly into the media, there was no significant difference between chemically pure butyric acid, or butyric acid rich supernatant from a separate fermentation. When low concentrations of butyric acid (1 or 2 g/L) are added to the initial media, an inhibitory effect is observed, with no influence on the butanol selectivity. However, when added later to the fermentation, over 1 g/L butyric acid is taken into the cells and increased the relative carbon yield from 0.449 to 0.519 mols carbon in product/mols carbon in substrate. An optimized dual substrate fermentation strategy in a pH-controlled reactor resulted in the relative carbon yield rising from 0.439 when grown on solely glycerol, to 0.480 mols C product/mols C substrate with the dual substrate strategy. An additional benefit is the utilization of a novel source of sugars to produce butanol from C. pasteurianum. The addition of butyric acid, regardless of how it is generated, under the proper conditions can allow for increased selectivity for butanol from all substrates.

Ağstafaçay və Ağstafaçay Su Anbarının mikrobioloji rejimi və ekoloji vəziyyəti

Tədqiqatın məqsədi. transsərhəd sularımızın əsası sayılan Kür-Araz çaylarının çoxsaylı qollarından biri, ölkə- mizdən kənarda,Ermənistanda kəskin çirklənən Ağstafaçay və Ağstafaçay su anbarında aparılan ekoloji-mikrobioloji tədqiqatların nəticələri təqdim etməkdir.. Tədqiqatın material və metodları.Mikrobioloji tədqiqatlar üçün su və lil-qrunt nümunələri Ağstafaçay və Ağstafaçay su anbarından nümunələr götürülmüşdür.Bütün nümunələr aseptik qaydalara riayət olunmaqla mikrobioloji analiz- əkmələr aparılmışdır. Tədqiqatın gedişində A.S.Razumov(su) və S.V.Vinoqradski(lil-qrunt)üsuluna əsasən,fizioloji qrupa aid və enterobakter cinsinə məxsus bakteriyalar V.İ.Romanenko,S.İ.Kuznetsovun mikrobioloji-laboratoriya işləri metoduna müvafiq işlənmişdir. Tədqiqatın nəticələri. Ağstafaçay su anbarında fizioloji qrupa məxsus olan bakteriyalardan ammonlaşdırıcı, deni- tratlaşdırıcı,sulfatlaşdırıcı, sərbəst azotmənimsəyənlər (aeroblardan Azotobacter cinsi, anaeroblardan isə Clostridium pasteurianum) və sellülozaparçalayanlar ayrıca öyrənilmişdir.Su anbarı şəraitində isə aerob bakteriyalar əsasən suyun üst təbəqəsində (0,5-1m),anaeroblar isə başlıca olaraq dərin sahələrin dib qatında və lil-qruntda inkişaf edirlər. Göstərilən bakteriyalardan sayca çoxluq təşkil edənlər-ammonlaşdırıcı bakteriyalar daha geniş yayılmışdır. Yekun. Ağstafaçay su anbarından məişətdə istifadə edilməsinin təhlükəli olmasını əsaslandıran göstəricilərdən biri,bütün il boyu sularda enterobakter cinsinə məxsus koliform bakteriyaların əldə edilməsidir.İlin fəsillərində sayca çox az dəyişən koliform bakteriyaların ümumi sayı çay sularında,orta hesabla 69ml,su anbarında isə 43ml təşkil edir.Beləliklə Ağstafaçay ölkəmizdən kənarda üzvi-fekal çirklənməyə məruz vəziyyətdədir.

Self-Synchronized Oscillatory Metabolism of Clostridium pasteurianum in Continuous Culture

By monitoring the real-time gas production (CO2 and H2) and redox potential at high sampling frequency in continuous culture of Clostridium pasteurianum on glycerol as sole carbohydrate, the self-synchronized oscillatory metabolism was revealed and studied. The oscillations in CO2 and H2 production were in sync with each other and with both redox potential and glycerol in the continuous stirred tank reactor (CSTR). There is strong evidence that the mechanism for this is in the regulation of the oxidative pathway of glycerol metabolism, including glycolysis, and points toward complex, concerted cycles of enzyme inhibition and activation by pathway intermediates and/or redox equivalents. The importance of understanding such an “oscillatory metabolism” is for developing a stable and highly productive industrial fermentation process for butanol production, as unstable oscillations are unproductive. It is shown that the oscillatory metabolism can be eradicated and reinstated and that the period of oscillations can be altered by modification of the operating parameters. Synchronized oscillatory metabolism impacted the product profile such that it lowered the selectivity for butanol and increased the selectivity for ethanol. This elucidates a possible cause for the variability in the product profile of C. pasteurianum that has been reported in many previous studies.