メタン生成・フェニル酸生成条件下の好気性・好熱性バッチ反応器における微生物群集動態の解明

Microbial community dynamics in mesophilic and thermophilic batch reactors under methanogenic, phenyl acid-forming conditions.

• Eva Maria Prem
• Blaz Stres
• Paul Illmer
• Andreas Otto Wagner

抄録

背景:

タンパク質性廃棄物は高い理論メタン収率を示し、その残渣は貴重な肥料と考えられている。タンパク質の嫌気性分解が日常的に行われていると、芳香族アミノ酸の系内への侵入による芳香族化合物の高濃度化などの問題が発生することが多い。複雑な分子をカスケード的に相互に依存的に分解してバイオガスにする様々な微生物に対する芳香族化合物曝露の影響についての詳細な調査はまだ行われていない。

Background: Proteinaceous wastes exhibit high theoretical methane yields and their residues are considered valuable fertilisers. The routine anaerobic degradation of proteins often raises problems like high aromatic compound concentrations caused by the entry of aromatic amino acids into the system. A profound investigation of the consequences of aromatic compound exposure on various microorganisms, which cascade-like and interdependently degrade complex molecules to biogas, is still pending.

結果:

中親水性の試料では、メタンは主にアセトクラーチックなメタン生成によって生成された。また、polylpropionate（PPA）とspp.の間に最も高い正の相関が観察された。 さらに、spp.はPAA（スピアマンの順位相関係数（rs）=-0.46、<0.05）およびPPA（rs=-0.44、<0.05）と負の相関を示し、嫌気性ベンゼン環開裂にも関連していた。好熱性のサンプルでは、アセテートは、水素吸熱性のメタン菌との共生的な関連において、spp.またはspp.によって主に酸化された。属とPAAおよびPPAの両方の濃度と正の相関を示した。さらに、spp. 属、spp. 属、spp. 属、spp. 属、および spp. 属は、高メソおよび好熱性フェニル酸濃度に対して有意な（線形判別分析の効果の大きさ）バイオマーカーであった。メタン生成特性に対するフェニル酸の直接的な負の効果は証明できなかった。

Results: In mesophilic samples, methane was predominantly produced via acetoclastic methanogenesis. The highest positive correlation was observed between phenylacetate (PAA) and spp. and between phenylpropionate (PPA) and spp. Moreover, spp. negatively correlated with PAA (Spearman's rank correlations coefficient (rs) = - 0.46,  < 0.05) and PPA concentrations (rs = - 0.44,  < 0.05) and was also associated with anaerobic benzene ring cleavage. In thermophilic samples, acetate was predominantly oxidised by spp. or spp. in syntrophic association with a hydrogenotrophic methanogen. The genera and correlated positively with both PAA and PPA concentrations. Moreover, spp., spp., spp., and spp. were significant (linear discriminant analysis effect size) biomarkers for high meso- as well as thermophilic phenyl acid concentrations. Direct negative effects of phenyl acids on methanogenic properties could not be proven.

結論:

嫌気性フェニル酸の生成は、特定の微生物に限定されるものではなく、様々なメソ・好気性細菌によって行われています。非常に不活性なベンゼン環の開裂は、メタン生成バッチリアクターでは可能であり、少なくともメソ親和性発酵プロセスでは可能である。この結果から、フェニル酸はメタン生成に関与する微生物よりも、むしろその前の分解段階に関与する微生物に影響を与えることが示唆された。

Conclusions: Anaerobic phenyl acid formation is not restricted to specific microbial taxa, but rather done by various meso- and thermophilic bacteria. The cleavage of the highly inert benzene ring is possible in methanogenic batch reactors-at least in mesophilic fermentation processes. The results indicated that phenyl acids rather affect microorganisms engaged in preceding degradation steps than the ones involved in methanogenesis.

© The Author(s) 2020.