Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Due to a growing world population and strained wild fish stocks, aquaculture is expected to provide a large part of the increased global demand for animal protein, as the majority of wild fish stocks are already being fished at or above their sustainable capacity. However, fish feed often contains a significant amount of fish meal, produced from wild-caught fish. Thus, increasing farmed fish production may not be sustainable as long as fish meal remains a major ingredient.
Microbial biomass, commonly known as single-cell protein (SCP), can replace fish meal in feed formulations. The financial viability of SCP production is dependent on the availability of cheap growth media. Biogas substrates, often mixtures of waste derived from food industry, agriculture, and households, could be ideal media due to their low cost and ubiquitous availability.
The aims of this thesis were: first, to investigate whether yeast SCP can be produced on a biogas substrate consisting of household and agricultural waste; second, to screen several yeast strains and growth conditions for
optimal biomass production; and third, to evaluate the effects on biogas production if part of input substrate stream is diverted into SCP production prior to further digestion in the biogas reactor.
Several yeast strains were screened for biomass yield at several pH levels and temperatures. After screening, best-performing strains were cultivated on biogas substrate in continuously-stirred bioreactors, analyzing the resultant biomass. Strains were Wickerhamomyces anomalus J121, Pichia kudriavzevii J550, and Blastobotrys adeninivorans J564. Harvested biomass ranged from 7.0–14.8 g dry matter per l substrate, and protein contents were 22.6–32.7 %. Levels of the amino acid lysine were high in all biomass samples, which is important for replacing fish meal in feed formulations.
Supernatants from the bioreactor fermentations were combined with whole biogas substrate, and the effects on biogas production were evaluated, as methane produced per g of volatile solids, using a batch methane potential
assay. At the highest inclusion levels (1:1 control/supernatant (w/w)) P. kudriavzevii provided an increased output compared to W. anomalus (25 %,
p = 0.04). P. kudriavzevii provided a 24% increase compared to control, but results were not significant ( p = 0.06). Filtered, untreated supernatant provided the largest increase in biogas production compared both to control substrate (30 %, p = 0.02) and to W. anomalus (31 %, p = 0.01).

I takt med en ständigt växande världsbefolkning förväntas efterfrågan på animaliskt protein öka. Akvakultur, eller fiskodling, kommer sannolikt att bidra till en stor del av den förväntat ökande produktionen. Produktionen från majoriteten av vilda fiskbestånd beräknas inte kunna öka ytterligare, och en stor andel klassas redan som överfiskade. Då fiskmjöl, som framställs från vildfångad fisk, utgör en viktig ingrediens i fiskfoder är det inte säkert att en utökad produktion av odlad fisk är hållbar, och alternativa proteinkällor är därför efterfrågade.
En sådan proteinkälla utgörs av mikrobiell biomassa, eller singelcell- protein (SCP). För storskalig produktion av SCP krävs tillgång till billigt tillväxtmedium. Biogassubstrat, ofta en blandning av avfall från livsmedels- och jordbrukssektorn samt hushåll, skulle kunna utgöra ett idealt sådant medium p.g.a. dess låga kostnad samt höga tillgänglighet.
Syftet med detta arbete var tredelat: att undersöka om SCP från jäst kan produceras på biogassubstrat bestående av hushålls- och jordbruksavfall; vidare att utvärdera flera jäststammar samt odlingsbetingelser för optimal tillväxt; och slutligen att utvärdera effekten på biogasproduktion om jäst odlas på en del av biogassubstratet före dess introduktion i biogasreaktorn.
Ett antal jäststammar utvärderades för biomasseproduktion vid flera temperaturer samt pH-nivåer. De mest högproducerande stammarna odlades sedan på biogassubstrat i fermentorer, och den producerade biomassan analy- serades. Dessa var Wickerhamomyces anomalus J121, Pichia kudriavzevii J550 och Blastobotrys adeninivorans J564. Fermentationerna resulterade i slutlig biomassa på 7.0–14.8 g per l substrat, och innehöll 22.6–32.7 % protein.
Supernatanterna från odlingarna blandades med orört biogassubstrat och utvärderades för metanproduktion, som mängd metan per g glödförlust, i ett batchförsök. Vid den högsta graden inblandning (obehandlat substrat och supernatant i ett 1:1-förhållande baserat på vikt) producerade prover base- rade på P. kudriavzevii 25 % mer biogas jämfört med motsvarande från W. anomalus ( p = 0.04). En 24 %-ig ökning kunde ses då supernatant från P. kud- riavzevii J550 jämfördes med kontrollsubstrat, men detta resultat uppnådde inte statistisk signifikans (p = 0.06). Den största ökningen av biogaspro- duktion sågs vid tillsats av obehandlat, filtrerat substrat, som presterade bättre än både obehandlad kontroll (30 %), p = 0.02) och W. anomalus (31 %, p = 0.01).