Produkce vybraných mikrobiálních metabolitů a energie s využitím různých typů odpadních substrátů
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Pro zpracování a nakládání s odpadními substráty lze použít řadu postupů a možností. Stále se rozšiřující spektrum metod a technologií umožňuje další využití materiálů a energie ve formě obnovitelných zdrojů. Jedním z řešení pro zpětné získávání některých odpadních materiálů je využití tzv. bílé (průmyslové) biotechnologie, která zahrnuje praktickou aplikaci metabolických aktivit celé řady různých mikroorganizmů včetně jejich specifických biologických drah k produkci látek s vysokou přidanou hodnotou. V předložené práci screeningového typu bylo pro zhodnocení odpadních surovin využito několik druhů mikroorganizmů kultivovaných za různých specifických podmínek včetně kultivace na odpadních materiálech získaných zejména ze zemědělství a potravinářství. Cílem bylo získání vybraných typů průmyslově cenných metabolitů, případně energie. Předložená studie byla zaměřena na srovnání růstu a produkčních vlastností několika kmenů karotenogenních kvasinek rodu Rhodotorula, Sporobolomyces a Cystofilobasidium, kultivovaných v médiích s obsahem glycerolu (technický a odpadní glycerol), dále v médiích obsahujících pšeničnou slámu, hydrolyzovanou slámu zpracovanou v hydrotermálním procesu při vysoké teplotě a zbytky po filtraci hydrolyzátu. Dalším testovaným odpadním substrátem byla syrovátka. Všechny testované kvasinky byly schopny využít glycerol jako jediný zdroj uhlíku. Produkce biomasy při kultivaci na technickém glycerolu se více či méně přibližovala kontrole (cca 7 - 10 gl-1), zatímco při kultivaci na odpadním glycerolu byla produkce vyšší (10.9 - 14.5 gl-1). Produkce karotenoidů a ergosterolu byla vyšší v glukózovém médiu než v médiu s obsahem glycerolu. Všechny testované kvasinky byly rovněž schopny produkovat neutrální lipidy, a to v rozmezí 11 - 15 %, s výjimkou C. capitatum, kde produkce dosahovala více než 22 % obsahu neutrálních lipidů. Pšeničná sláma a produkty z ní připravené se ukázaly být využitelnými substráty s vysokým potenciálem pro produkci biomasy i metabolitů, a to zejména u kmene S. roseus. Syrovátka, jako odpadní produkt mlékarenství, byla účinně využita jako substrát pro kokultivaci karotenogenních kvasinek a bakterií mléčného kvašení. Kokultivační proces může vyvolat nadprodukci pigmentů a ergosterolu, přičemž získaná biomasa díky obohacení o bakterie L. casei dosahovala vyšší kvality. Za účelem energetického využití mikrobiálního metabolismu formou mikrobiálních palivových článků, tzv. „Microbial Fuel Cell“ byla aplikována směsná kultura bakterií získaných z čistírny odpadních vod. Tyto mikroorganizmy hrají významnou roli při výrobě elektrické energie a současně také při čištění odpadních vod. Elektřina je generována přímo z organických látek přítomných v kultivačním médiu a lze ji použít pro provoz čistírny samotné a případně i pro další aplikace.
Wide spectrum of different options available for the treatment and management of waste substrates can be used. Variety of methods and technologies available to carry out material and energy recovery originates a number of “recovery paths”. One of the solutions for recovering some waste materials lies in white (or industrial) biotechnology, which involves metabolic activities of a wide range of different microorganisms and their specific biological conversion. In this work several waste materials (mainly obtained from agro-industry) were used in a comparative screening study to evaluate their potential recovery to a valuable metabolites or energy by various microorganisms applied under specific conditions and circumstances. Presented study was focused on a comparison of growth and production properties of several red yeast strains of the genus Rhodotorula, Sporobolomyces and Cystofilobasidium, when cultivated on glycerol media (technical and waste glycerol), on wheat straw media and residues gained after hydrothermal pretreatment and on media enriched with whey. All tested red yeast strains were able to utilize glycerol as the only carbon source. The biomass production, when cultivated on pure technical glycerol, are less or more equal with control (about 7 - 10 gl-1) while in waste glycerolis even higher (10.9 - 14.5 gl-1).Production of carotenoids and ergosterol was better in glucose medium than in medium with glycerol only. All tested red yeast strains were able to produce also neutral lipids, in range of 11–15 % except C.capitatum, which produced more than 22 % of neutral lipids. Further waste products - both fraction after hydrothermal wheat pretreatment process (filter cake and hydrolysate) and untreated wheat straw were utilized for red yeast cultivation. Wheat straw (as well as pretreated materials) has proved to be promise substrate with a bigger potential for biomass and metabolite production, especially in S. roseus strain. Whey, as a surplus product from dairy, can be effectively utilized by synergic activities of carotenogenic yeasts and lactic acid bacteria. Co-cultivation process could lead to overproduction of pigments and ergosterol and, therefore, obtained biomass (enriched also with L. casei bacteria) will increase overall quality. In this thesis, the operating microbe which shall be involved in the process of energy recovery represents a mixture of bacteria obtained from the waste water plant. Those microbes played main role in Microbial Fuel Cell (MFC), producing electrical energy and cleaning waste water at once. Electricity is being generated in a direct way from organic matter and can be used for operation of the waste treatment plant, or sold to the energy market.
Wide spectrum of different options available for the treatment and management of waste substrates can be used. Variety of methods and technologies available to carry out material and energy recovery originates a number of “recovery paths”. One of the solutions for recovering some waste materials lies in white (or industrial) biotechnology, which involves metabolic activities of a wide range of different microorganisms and their specific biological conversion. In this work several waste materials (mainly obtained from agro-industry) were used in a comparative screening study to evaluate their potential recovery to a valuable metabolites or energy by various microorganisms applied under specific conditions and circumstances. Presented study was focused on a comparison of growth and production properties of several red yeast strains of the genus Rhodotorula, Sporobolomyces and Cystofilobasidium, when cultivated on glycerol media (technical and waste glycerol), on wheat straw media and residues gained after hydrothermal pretreatment and on media enriched with whey. All tested red yeast strains were able to utilize glycerol as the only carbon source. The biomass production, when cultivated on pure technical glycerol, are less or more equal with control (about 7 - 10 gl-1) while in waste glycerolis even higher (10.9 - 14.5 gl-1).Production of carotenoids and ergosterol was better in glucose medium than in medium with glycerol only. All tested red yeast strains were able to produce also neutral lipids, in range of 11–15 % except C.capitatum, which produced more than 22 % of neutral lipids. Further waste products - both fraction after hydrothermal wheat pretreatment process (filter cake and hydrolysate) and untreated wheat straw were utilized for red yeast cultivation. Wheat straw (as well as pretreated materials) has proved to be promise substrate with a bigger potential for biomass and metabolite production, especially in S. roseus strain. Whey, as a surplus product from dairy, can be effectively utilized by synergic activities of carotenogenic yeasts and lactic acid bacteria. Co-cultivation process could lead to overproduction of pigments and ergosterol and, therefore, obtained biomass (enriched also with L. casei bacteria) will increase overall quality. In this thesis, the operating microbe which shall be involved in the process of energy recovery represents a mixture of bacteria obtained from the waste water plant. Those microbes played main role in Microbial Fuel Cell (MFC), producing electrical energy and cleaning waste water at once. Electricity is being generated in a direct way from organic matter and can be used for operation of the waste treatment plant, or sold to the energy market.
Description
Citation
PETRIK, S. Produkce vybraných mikrobiálních metabolitů a energie s využitím různých typů odpadních substrátů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2012.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Chemie životního prostředí
Comittee
prof. RNDr. Milada Vávrová, CSc. (předseda)
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc., oponent (člen)
prof. Ing. Josef Čáslavský, CSc. (člen)
doc. MVDr. Bohuslava Tremlová, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Stanislav Kráčmar, DrSc. (člen)
prof. Ing. Mojmír Rychtera, CSc., oponent (člen)
doc. RNDr. Miroslav Němec, CSc., oponent (člen)
Date of acceptance
2012-12-17
Defence
Předsedkyně komise představila doktoranda a předala mu slovo. Následně proběhla cca půlhodinová powerpointová prezentace, v níž doktorand shrnul nejvýznamnější výsledky své práce. Byly přečteny tři posudky, všechny obsahovaly řadu dotazů a připomínek, ale doporučovaly práci k obhajobě.
Další informace jsou obsaženy v sekci "stručné zhodnocení přínosu práci".
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení