Προεπεξεργασία με μύκητες και εύρεση ενζύμων υπεύθυνων για την υδρόλυση και την σακχαροποίηση λιγνοκυτταρινούχου βιομάζας

Κέντρη, Θεοχάρις; Kentri, Theocharis

dc.contributor.author	Κέντρη, Θεοχάρις	el
dc.contributor.author	Kentri, Theocharis	en
dc.date.accessioned	2016-12-02T12:59:49Z
dc.date.available	2016-12-02T12:59:49Z
dc.date.issued	2016-12-02
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44064
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.13379
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Προεπεξεργασία με μύκητες	el
dc.subject	Ιτιά	el
dc.subject	Μέτρηση βιομάζας	el
dc.subject	Ολικές πρωτεϊνες	el
dc.subject	Ενεργότητα ενζύμων	el
dc.subject	Fungal pretreatment	en
dc.subject	Willow	el
dc.subject	Fungal biomass	el
dc.subject	Bradford's assay	el
dc.subject	Enzyme activity	el
dc.title	Προεπεξεργασία με μύκητες και εύρεση ενζύμων υπεύθυνων για την υδρόλυση και την σακχαροποίηση λιγνοκυτταρινούχου βιομάζας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Αποδόμηση λιγνοκυτταρινούχου βιομάζας	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-10-04
heal.abstract	Τα βιοκαύσιμα προωθούνται σε παγκόσμια κλίμακα ως μέσο για την επίτευξη της ενεργειακής ασφάλειας και τη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου (Nanda et al., 2015). Η λιγνοκυτταρινούχος βιομάζα χρησιμοποιείται ως πηγή παραγωγής υψηλής αξίας προϊόντων σε βιομηχανική κλίμακα με πολλά υποσχόμενο τρόπο (Krzyzaniaka et al., 2014). Τα βιοκαύσιμα που παράγονται από λιγνοκυταρρινούχου βιομάζα υποστηρίζονται μαζικά σε όλο τον κόσμο για την επίτευξη πολλαπλών στόχων, όπως η άμβλυνση της αλλαγής του κλίματος, η ενεργειακή ασφάλεια και η ανάπτυξη της οικονομίας. Οι επιπτώσεις από τη χρήση των καλλιεργειών (τροφίμων) για τα καύσιμα ωστόσο θεωρείται ότι είναι μια σημαντική απειλή για την παγκόσμια επισιτιστική ασφάλεια και τον ανταγωνισμό για την καλλιεργήσιμη γη. Αντιθέτως, η λιγνοκυτταρινούχος βιομάζα με τη μορφή αποβλήτων από συστήματα γεωργίας, δασοκομίας και των ενεργειακών καλλιεργειών, είναι γεωγραφικά άφθονη σε όλο τον κόσμο και έχει τη δυνατότητα να στηρίξει την αειφόρο παραγωγή υγρών καυσίμων μεταφορών (Nanda et al., 2015). Η παραγωγή βιοκαυσίμων από λιγνοκυτταρινούχο βιομάζα ακολουθεί μια διαδικασία που υπαγορεύει την αποικοδόμηση της σε τρία στάδια: το στάδιο της προεπεξεργασίας που περιλαμβάνει την διάσπαση του φράγματος της λινίγνης, κάνοντας πιο εύκολη την προσβασιμότητα στην κυτταρίνη και ημικυτταρίνη, το στάδιο της υδρόλυσης των πολυσακχαριτών: κυτταρίνης και ημικυτταρίνης προς ζυμώσιμα σάκχαρα και, τέλος, το στάδιο της ζύμωσης των σακχάρων προς παραγωγή βιοκαυσίμων. Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια έρευνας για την αποδόμηση λιγνοκυτταρινούχου βιομάζας που προέρχεται από ξυλώδη υλικό (ιτιά), κοκκομετρίας 710μm, μέσω βιολογικής προκατεργασίας της βιομάζας απο τον λευκής σήψης μύκητα Ganoderma resinaceum. Πιο συγκεκριμένα, επικεντρώνεται στο στάδιο της βιολογικής προεπεξεργασίας και μελετά την ενεργότητα των ενζύμων όπως: λακκάσης, υπεροξειδάσης, ανεξάρτητης και εξαρτημένης της λιγνίνης, που παράγονται από τους μύκητες, για την αποδόμηση του φράγματος της λιγνίνης και ενζύμων όπως η β-ξυλοζιδάση, η βγλυκοζιδάση και οι κυτταρινάσες, που ευθύνονται για την υδρόλυση ημικυτταρίνης και κυτταρίνης της ιτιάς. Η πειραματική διαδικασία πραγματοποιήθηκε σε συνθήκες καλλιέργειας Τ=39οC, και εύρος pH 4-5. Επιπλέον μετρήθηκε παράλληλα η ανάπτυξη της βιομάζας των μυκήτων (μέτρηση γλυκοζαμίνης) και οι ολικές πρωτεΐνες ανά γραμμάριο ξηρής βάσης υποστρώματος που χρησιμοποιήθηκε στην καλλιέργεια. Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν στις 4, 8, 12, 16, 20, 24 και 28 μέρες καλλιέργειας και τα δείγματα προέκυψαν από εκχύλισμα της καλλιέργειας τις αντίστοιχες μέρες. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν υποδεικνύουν την ολοκλήρωση σχεδόν ενός κύκλου ανάπτυξης του μύκητα στη διάρκεια των 28 ημερών, κατά τον οποίο μέγιστο περιεχόμενο πρωτεϊνών επιτεύχθηκε κατά τη μεταβατική φάση από την λανθάνουσα στην εκθετική κατάσταση ανάπτυξης, όταν δηλαδή ο μύκητας ολοκλήρωσε τον απαραίτητο για τον μεταβολισμό του ενζυμικό κύκλο. Μεγαλύτερη ενεργότητα ανά μονάδα μάζας ξηρού υποστρώματος και εμβολίου παρουσίασαν τα λιγνολυτικά ένζυμα, έναντι της σχεδόν μηδενικής ενεργότητας της ημικυτταρινάσης, β-ξυλοζιδάσης και της μηδενικής ενεργότητας των κυτταρινασών. Όμοια συμπεριφορά εμφανίστηκε ως προς την ειδκή ενεργότητα των ενζύμων (ενεργότητα ενζύμων ανά μονάδα μάζας ολικών πρωτεϊνών). Από τα λιγνολυτικά ένζυμα, η λακκάση είχε μεγαλύτερη ενεργότητα ανά μονάδα μάζας ξηρού υποστρώματος και εμβολίου (762U/g inoculum, 5.34U/g ξ.β. ιτιάς, 762U/gprotein) , δεύτερες έρχονται οι υπεροξειδάσες που είναι ανεξάρτητες του μαγγανίου (499U/ g inoculum, 4.22U/g ξ.β. ιτιάς, 499U/g protein) και τη μικρότερη ενεργότητα παρουσίασαν οι υπεροξειδάσες που είναι εξαρτημένες του μαγγανίου (2.59U/g inoculumn, 0.219U/g ξ.β. ιτιάς, 2.17U/gprotein). Όμοια συμπεριφορά εμφανίστηκε ως προς την ειδική ενεργότητα των ενζύμων (ενεργότητα ενζύμων ανά μονάδα μάζας ολικών πρωτεϊνών). Τέλος, αξίζει να σημειωθεί ότι οι μέγιστες τιμές ενεργότητας και ειδικής ενεργότητας των λιγνινολυτικών ενζύμων 7 \| P a g e εμφανίστηκαν στην εκθετική φάση ανάπτυξης (16η ημέρα για την λακκάση και 20η ημέρα για τις υπεροξειδάσες), ενώ οι έστω αντίστοιχες τιμές ενεργότητας της β-ξυλοζιδάσης εμφανίζονται στη μεταβατική φάση (12η ημέρα), μεταξύ λανθάνουσας και εκθετικής ανάπτυξης, γεγονός που υποδεικνύει ότι η ημικυτταρινάση διαπέρασε το φράγμα λιγνίνης πριν από τη μέγιστη απολιγνίνωση της βιομάζας.	el
heal.abstract	Biofuels have been recognized as a potential solution for energy security and reduction of greenhouse gas emissions (Nanda et al., 2015). Biofuels derived from lignocellulosic biomass is a promising technology for a low-cost large-scale process, which provides high added- value products (Krzyzaniaka et al., 2014). They are promoted at a global scale as a key factor in achieving multiple strategy objectives such as reduction of global climate change, energy security and development of the rural economy. However, some of the most crucial problems with using agricultural resources as a lignocellulosic feedstock is that they compete with world food resources, have a negative impact on food security and require land use changes. On the other hand, biofuels derived from lignocellulosic agricultural residues, forest residues and from energy crop systems are geographically abundant at a global scale and they provide sustainable production of liquid transport fuels. The production of biofuels from lignocellulosic biomass is a three-stage-degradation process: 1) delignification of biomass, which affects hemicellulose and cellulose accessibility in a profitable way, 2) saccharification of hemicellulose and cellulose and 3) fermentation of the produced sugars to biofuel. The present diploma thesis is concerned with the fungal pretreatment of willow feedstock (710 μm particle size) with Ganoderma resinaceum by a solid-state cultivation (SSC) process. Particularly, it focuses on the determination of the activity and the special acivity of ligninolytic enzymes: laccase, manganese peroxidase (MnP), manganese-independent peroxidase (MnIP) and of enzymes that hydrolyse hemicelluloses and cellulose, such as β-xylosidase, β-glucosidase and cellulases. In addition, glucosamine measurement was used as an indirect method to estimate the biomass produced by G.rerinaceum and Bradford’s method was used to determine the amount of proteins produced during the 28-days-solid state cultivation. Samples were taken on cultivation days 4, 8, 12, 16, 20, 24 and 28. The maximum amount of proteins was obtained before the exponential phase, which confirms synthesis of the necessary proteins in the lag phase. Concerning enzymatic activities, ligninolytic enzymes exhibited high activities and specific activities, in contrast with βxylosidase and cellulases, which exhibited low activities. The specific activities for laccase were (762U/g inoculum, 5.34U/g d.b. willow, 762U/g protein ), for MnIP (499U/ g inoculum, 4.22U/g d.b. willow, 499U/gprotein) and finally for MnP (2.59U/g inoculumn, 0.219U/g d.b. willow, 2.17U/g protein). In conclusion, the most important enzyme activity during fungal pretreatment turned out to be laccase. In addition, it was observed that β-xylosidase had high activity, before the lignin decay was maximum, which indicates that partial removal of lignin doesn’t affect the accessibility of the substrate by hemicellulases in a negative way.	en
heal.advisorName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Θεοδώρου, Θεόδωρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Οργανικής Χημικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	104 σ.
heal.fullTextAvailability	true