Production of fungal volatile organic compounds in bedding materials

Abstract

Maatalousympäristössä, esim. hevostallissa, on mikrobikasvulle suotuisat olosuhteet: korkea ilman suhteellinen kosteus ja monia potentiaalisia kasvualustoja (esim. rehu, heinä ja kuivikkeet). Tässä työssä tutkittiin neljän yleisesti maatalousympäristössä havaitun sienilajin (Fusarium poae, Paecilomyces variotii, Penicillium sp. ja Wallemia sebi) metabolista aktiivisuutta kuivikemateriaaleilla laboratoriokokeissa. Sieniä kasvatettiin turpeessa ja sahanpurussa 1. laboratoriokokeessa 6 päivää +25 °C:ssa ja 2. laboratoriokokeessa 22 päivää +4 °C:ssa, jolla jäljiteltiin tallin lämpötilaa talvella. Haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC) kerättiin Tenax-adsorbenttiin ja analysoitiin kaasukromatografi-massaspektometrillä. Yhdisteistä määritettiin haihtuvien orgaanisten yhdisteiden kokonaispitoisuus (TVOC) ja mikrobien tuottamat haihtuvat orgaaniset yhdisteet (MVOC). Näitä yhdisteitä määritettiin samoin analyysimenetelmin myös hevostallin sisäilmasta, jossa käytettiin turvetta ja sahanpurua kuivikkeena. Laboratoriokokeissa havaittiin useita sienten tuottamia MVOC:eja: 1-butanoli, 2-heksanoni, 3-oktano-ni, 1-okteeni-3-oli ja 1-oktanoli. MVOC:it olivat kuitenkin vain 0,08-1,5 % TVOC:iesta. MVOC:ien emissionopeus kuivikkeista vaihteli välillä 0,001- 0,176 mg/kuivikemateriaalikilo tunnissa. Mikrobien metaboliatuotteita, kuten 2-heksanoni, 2-heptanoni ja 3-oktanoni, havaittiin myös tallista; pitoisuudet olivat alle 4,6 mg/m 3 (0,07-0,31 % kokonaispitoisuudesta). MVOC emissio kuivikkeista oli tallissa noin 10 kertaa korkeampi kuin laboratoriokokeissa. Tallissa mitatut MVOC:it voivat kuitenkin olla peräisin myös muista kontaminoiduista lähteistä, kuten rehusta ja heinästä. Tämä tutkimus osoittaa, että jotkin mikrobien metaboliatuotteet, kuten 3-oktanoni ja 1-okteeni-3- oli, ovat melko spesifisiä sienten metaboliitteja ja näitä yhdisteitä voidaan havaita myös maatalousympäristöstä. Vaikka MVOC:ien esiintyminen ilmassa viittaa mikrobikontaminaatioon, MVOC-analyysit eivät korvaa mikrobiologisia määrityksiä, koska MVOC-profiilien perusteella ei voida päätellä mikrobien määrää ja lajistoa. Lisäksi metodologisista ongelmista johtuen korkeat TVOC-pitoisuudet rajoittavat MVOC-analyysien käyttöä mikrobikontaminaation tunnistuskeinona.

The high relative humidity of the air and many potential growth media, such as bedding materials, hay and grains in the horse stable, for example, provide suitable conditions for fungal growth. Metabolic activity of four common agricultural fungi incubated in peat and wood shavings at 25°C and 4°C was characterized in this study using previously specified volatile metabolites of micro-organisms and CO 2 production as indicators. The volatile organic compounds were collected into Tenax resin and analysed by gas chromatography. Several microbial volatile organic compounds (MVOCs), e.g. 1-butanol, 2-hexanone, 2-heptanone, 3-octanone, 1-octen-3-ol and 1-octanol were detected in laboratory experiments; however, these accounted for only 0.08-1.5% of total volatile organic com-poun ds (TVOCs). Emission rates of MVOCs were 0.001-0.176 mg/kg of bedding materials per hour. Despite some limitations of the analytical method, certain individual MVOCs, 2-hexanone, 2-hep-tanone and 3-octanone, were also detected in concentrations of less than 4.6 mg/m 3 (0.07-0.31% of TVOC) in a horse stable where peat and shavings were used as bedding materials. MVOC emission rate was estimated to be 0.2-2.0 mg/kg Ž h -1 from bedding materials in the stable, being about ten times higher than the rates found in the laboratory experiments. Some compounds, e.g. 3-octanone and 1-octen-3-ol, can be assumed to originate mainly from microbial metabolisms.