酪農糞尿の嫌気性消化におけるオキシテトラサイクリンおよびクロルテトラサイクリン阻害の速度論的研究

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Bioresour. Technol..2020 Jul;315:123810. S0960-8524(20)31082-8. doi: 10.1016/j.biortech.2020.123810.Epub 2020-07-10.

酪農糞尿の嫌気性消化におけるオキシテトラサイクリンおよびクロルテトラサイクリン阻害の速度論的研究

Kinetic study of oxytetracycline and chlortetracycline inhibition in the anaerobic digestion of dairy manure.

Fetra J Andriamanohiarisoamanana
Ikko Ihara
Gen Yoshida
Kazutaka Umetsu

PMID: 32683290 DOI: 10.1016/j.biortech.2020.123810.

抄録

本研究は、嫌気性消化（AD）におけるオキシテトラサイクリン（OTC）およびクロルテトラサイクリン（CTC）の阻害機構を4つのキネティックモデルを用いて検討することを目的とした。その結果、OTCの阻害率は0.04～1.28g/Lの間ではOTCの方がCTCよりも速いことがわかった。加水分解速度定数はOTCと線形かつ正の相関があり、1次キネティックモデル、Fitzhughモデル及びコーンモデルを用いてそれぞれ0.172から0.193d、0.164から0.179d及び0.251から0.285dまで増加したが、最大比メタン生成率はCTCと線形かつ負の相関があり、0.028から0.016L/gVSまで減少した。その結果、コーンモデルが最も満足のいくフィッティング結果を得られ、次いで一次運動論モデル、フィツューモデル、修正ゴンペルツモデルの順であった。メタン収量の速度論的モデル化は、ADプロセスにおけるOTCとCTCの阻害のメカニズムを説明するのに役立ち、さらなるプロセス改善のために不可欠な情報を提供した。

This study was aimed to investigate the mechanisms of oxytetracycline (OTC) and chlortetracycline (CTC) inhibition in anaerobic digestion (AD) using four kinetic models. The results showed that the inhibition rate of OTC was faster than CTC at OTC and CTC between 0.04 and 1.28 g/L. Hydrolysis rate constant was linearly and positively correlated with OTC and increased from 0.172 to 0.193 d, 0.164 to 0.179 d and 0.251 to 0.285 d using first-order kinetic, Fitzhugh and Cone models, respectively, while the maximum specific methane production rate was linearly and negatively correlated with CTC and decreased from 0.028 to 0.016 L/gVS. Cone model was found to give the most satisfactory fitting results followed in descending order by first-order kinetic, Fitzhugh and modified Gompertz models. The kinetic modeling of methane yield helped explain the mechanism of OTC and CTC inhibition in the AD process and provided essential information for further process improvement.