Summary
Large quantities of cull bananas are available world-wide, and often in regions lacking indigenous sources of high-quality protein animal feedstuffs. One possible method of utilizing these wastes is to upgrade them to microbial protein by means of bioconversion of the fermentable sugars of the ripe or over-ripe pulp by the yeastCandida utilis, which is nutritionally well-accepted. Studies of ripeMusa sapientum var. ‘Gros Michel’ bananas were conducted in order to obtain both the microbial and the engineering data necessary for the development of such an aerobic fermentation process. For banana pulp fermentation liquors in the concentration range 10 to 35% (w/v) fresh weight (FW) banana, the corresponding dry weight banana concentrations and the fraction of insoluble solids before and after sterilization (121°C, 30 min) have been measured and are reported. In addition to fermentation studies of banana liquor prepared from 10% (w/v) fresh whole banana, comparative kinetic studies of the batch growth and substrate assimilation pattern were performed on media containing as the sole soluble carbohydrate source either one of the major banana sugars (glucose, fructose, sucrose) or a mixture of the three. Wherever feasible, the maximum specific growth rate (μmax) was evaluated by four different methods: dry weight biomass, optical density, crude protein content of broth insoluble solids and dissolved oxygen history. In addition to the comparative μmax results, values of the biomass yield coefficient and the specific respiration rates for each case are presented and discussed. A preliminary process design of the fermentation section of a moderate-scale microbial protein production plant based on 20,000 kg FW banana/day feedstock is presented. The results of this study indicate that such a plant would yield about 2,900 kg/day of protein-enriched product containing 5 wt% moisture and 44 wt% (c. 1,400 kg/day) crude protein.
Résumé
De grandes quantités de refus de bananes sont disponibles dans le monde, souvent dans des régions dépourvues de ressources protéiques indigènes pour l'alimentation animale. Une possibilité d'utilisation de ces déchets est leur enrichissement en protéines microbiennes par conversion des sucres fermentescibles de la pulpe mûre ou blette, grâce à la levureCandida utilis, lequelle est bien acceptée nutritionnellement. Des essais ont été effectués avec des bananes mûres,Musa sapientium var. Gros Michel, dans le but de disposer des informations microbiologiques et biotechnologiques nécessaires pour développer ce procédé de fermentation aérobie. On a utilisé des milieux de fermentation contenant 10 à 35% (poids/volume) de bananes fraîches et on a déterminé le poids sec de banane et les teneurs en matière solide insoluble avant et après stérilisation (121°C, 30 min). Simultanément avec les études sur la fermentation de milieux contenant 10% (p/v) de bananes fraiches, on a procédé comparativement à des études de croissance en batch et d'assimilation du substrat dans des milieux de fermentation contenant comme seule source soluble de carbone soit un des sucres majeurs de la banane (glucose, fructose, saccharose), soit un mélange des trois. Chaque fois que cela a été possible, on a mesuré le taux maximum de croissance (λmax) par quatre méthodes différentes: poids sec de la biomasse, densité optique, teneur en protéine brute de la fraction insoluble, et mesure de l'oxygène dissous. Le rendement en biomasse et le taux spécifique de respiration ont été déterminés dans chaque cas particulieur. Un projet préliminaire d'usine pilote de dimension moyenne (20.000 kg de bananes/jour) est présenté. Les résultats de cette étude montrent qu'une telle usine pourrait fournir environ 2.900 kg par jour d'un produit enrichi en protéines, ayant une humidité de 5% et contenant 44% de protéine brute, soit environ 1.400 kg/jour de protéines.
Resumen
La obtención de grandes cantidades de bananas en mal estado es relativamente sencilla en muchos lugares, a menudo en regiones que carecen de fuentes autóctonas de proteínas de calidad para piensos animales. Una forma de aprovechar estos desechos es incrementar su valor biológico obteniendo proteínas microbianas, nutricionalmente bien aceptadas, mediante bioconversion de los azucares fermentables de las bananas, maduras o pasadas, por la levaduraCandida utilis. Se han realizado estudios en bananas maduras (Musa sapientum var, Gros Michel) afin de obtener los datos precisos, tanto microbiológicos como técnicos, para el desarrollo de este proceso de fermentación aeróbica. Se han medido el peso seco de las bananas utilizadas y la fracción de sólidos insolubles antes y despúes de la esterilización, para los extractor fermetables preparados con un 10% hasta un 35% (p/v) de bananas pesas frescas (FW). Además de los estudios sobre la fermentación en extractos de banana (10% de banana fresca), se han llevado a cabo estudios cineticos comparativos sobre el crecimiento exponencial y sobre el patrón de asimilación de sustrato, en medios que contenían como único carbohidrato soluble uno de los principales azucares de la banana (glucosa, fructosa, saccarosa) o bien una mezcla de los tres. Siempre que fue posible se evaluó la tasa de crecimiento específico máximo (μmax) utilizando cuatro métodos distintos: peso seco de la biomasa, densidad óptica, contenido de proteína cruda del residuo insoluble del caldo, y, evolución del oxigeno disuelto. Además de los resultados comparativos de μmax, se presentan y se discuten el coeficiente de producción de biomasa y la tasa de respiración específica. Se describe un diseño preliminar de la sección fermentative de una planta de producción de proteínas microbianas para piensos, de tamaño medio, basada en 20 000 kg FW de bananas/día. Los resultados de este diseño indican que la producción de una planta de este tipo oscilaria alredeor de 2900 kg/día de producto enriquecido con proteinas que contendría un 5% de humedad y un 44% (equivale a 1400 kg/día) de proteina cruda.
Article PDF
Similar content being viewed by others
Avoid common mistakes on your manuscript.
References
Aegerter, P. &Dunlap, C. 1980 Culture of five commonly used acid-producing bacteria on banana pulp.Applied and Environmental Microbiology 30, 937–942.
Agar, D.W. 1985 Microbial growth rate measurement techniques. InComprehensive Biotechnology, Vol. 4, ed. Moo-Young, M., Robinson, C.W. & Howell, J.A. pp. 305–328. Oxford: Pergamon Press.
Aker, K.C. 1981 Growth ofCandida utilis on Soluble Carbohydrates and Waste Banana Liquor. M.A.Sc. Thesis, University of Waterloo, Waterloo, Canada. 181pp.
Anon 1974 Sigma Technical Bulletin No. 331-UV. Sigma Chemical Company, St. Louis, MO, USA.
Bandyopadhyay, B., Humphrey, A.E. &Taguchi, H. 1967 Dynamic measurement of the volumetric oxygen transfer coefficient in fermentation systems.Biotechnology and Bioengineering,9, 533–544.
Barnell, H.R. 1941 Studies in tropical fruits, XI. Carbohydrate metabolism of the banana fruit during ripening under tropical conditions.Annals of Botany 5, 217–247.
Chung, S.L. &Meyers, S.P. 1979 Bioprotein from banana wastes.Developments in Industrial Microbiology 20, 723–732.
De Deken, R.H. 1966 The Crabtree effect: A regulatory system in yeast.Journal of General Microbiology 44, 157–165.
Dubois, M., Gilles, K.A., Hamilton, J.K., Rebers, P.A. &Smith, F. 1956 Colorimetric method for the determination of sugars and related substances.Analytical Chemistry 28, 350–356.
Elorza, M.V., Villanueva, J.R. &Sentandreu, R. 1977 The mechanism of catabolite inhibition of invertase by glucose inSaccharomyces cerevisiae.Biochimica et Biophysica Acta 475, 103–112.
FAO (Food and Agricultural Organization). 1975Handbook of Agricultural Statistics. New York: United Nations Organization.
FAO (Food and Agricultural Organization). 1978Production Yearbook.32: 179. New York: United Nations Organization.
Hill, G.A. &Robinson, C.W. 1974 Measurement of aerobic batch culture maximum specific growth rate and respiration coefficient using a dissolved oxygen probe.Biotechnology and Bioengineering 16, 331–338.
Ketiku, A.O. 1973 Chemical composition of the unripe (green) and ripe plaintain (Musa paradisiaca).Journal of the Science of Food and Agriculture 24, 703–707.
LIFE (League for International Food Education). 1972 Banana Agribusiness: Future Challenges. July.
Lefrançois, L. 1970 De la production de levure on d'aliments levurés à partir des déchets des industries fruitières.Fruits 25. 112–114.
Miller, G.L. 1959 Use of dinitrosalicylic acid reagent for the determination of reducing sugar.Analytical Chemistry 31, 426–428.
Poland, G.L., Manion, J.T., Brenner, M.W. &Harris, P.L. 1938 Sugar changes in the banana during ripening.Industrial and Engineering Chemistry,30, 340–342.
Rickard, P.A.D., Moss, F.J., Phillips, D. &Mole, T.C.K. 1971 The effects of glucose and oxygen on the cytochromes and metabolic activity of yeast batch cultures, II.Candida utilis.Biotechnology and Bioengineering 13, 169–184.
Rickard, P.A.D. &Hewetson, J.W. 1979 Effects of glucose on the activity and synthesis of fermentative and respiratory pathways ofCandida utilis.Biotechnology and Bioengineering 21, 2337–2339.
Sgarbieri, V.C. &Figueiredo, I.B. 1971 Transformacoes bioquimicas da banana durants o amadurecimento.Revista Brasileira de Technologia 2. 85–94.
Shukla, R.N., Singh, S., Das, N., Baijal, M. &Sanwal, G.G. 1973 Carbohydrate metabolism inMusa paradisiaca.Phytochemistry 12. 979–985.
Van Krevelen, D.W. & Hoftijzer, P.S. 1948 Sur la solubilité de gaz dans les solutions aqueuses.Chimie et Industrie: Numéro spéciale du XXIe congrès internationale de chimie industrielle, Bruxelles.
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Aker, K.C., Robinson, C.W. Growth ofCandida utils on single- and multicomponent-sugar substrates and on waste banana pulp liquors for single-cell protein production. Mircen Journal 3, 255–274 (1987). https://doi.org/10.1007/BF00933579
Received:
Revised:
Accepted:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00933579