Βελτιστοποίηση της ετερότροφης ανάπτυξης μικροφυκών και μελέτη της παραγωγής βιοενεργών συστατικών.

Φαφούτης, Αντώνιος; Fafoutis, Antonios

dc.contributor.author	Φαφούτης, Αντώνιος	el
dc.contributor.author	Fafoutis, Antonios	en
dc.date.accessioned	2017-12-12T09:30:22Z
dc.date.available	2017-12-12T09:30:22Z
dc.date.issued	2017-12-12
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46070
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14597
dc.rights	Default License
dc.subject	Μικροφύκη	el
dc.subject	Ετερότροφα	el
dc.subject	Ασταξανθίνη	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Icroalgae	en
dc.subject	Heterotrophic	en
dc.subject	Astaxanthin	en
dc.subject	Optimization	en
dc.title	Βελτιστοποίηση της ετερότροφης ανάπτυξης μικροφυκών και μελέτη της παραγωγής βιοενεργών συστατικών.	el
dc.title	Optimization of heterotrophic growth of microalgae and study of the production of bioactive ingredients.	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	ΜΙΚΡΟΒΙΑΚΗ ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/203ddd2d1d8b3f50100e9e299889dec9377abfdf
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-10-03
heal.abstract	Κεντρικός σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η βελτιστοποίηση της ανάπτυξης του μικροφύκους Chlorella zofingiensis υπο ετερότροφες συνθήκες και η εξέταση της παραγωγής των βασικών μεταβολιτών του, δηλαδή της ασταξανθίνης και των λιπαρών οξέων. Για το λόγο αυτό πραγματοποιήθηκαν, καταρχάς, ετερότροφες καλλιέργειες διαλείποντος έργου, του στελέχους C.zofingiensis CCAP 211/14 σε διαφορετικές πηγές άνθρακα, αζώτου και σε διάφορες θερμοκρασίες επώασης, εξετάζοντας κάθε φορά την ανάπτυξη του μικροφύκους. Στα πλαίσια της έρευνας της ανάπτυξης του μικροφύκους πραγματοποιήθηκε και ετερότροφη καλλιέργεια με πηγή άνθρακα, γλυκόζη από ενζυμικά υδρολυμένη λιγνινοκυτταρινούχα βιομάζα υπολλειμμάτων καλαμποκιού. Στη συνέχεια, κύτταρα πιο ανεπτυγμένων καλλιεργειών απομονώθηκαν για να εκχυλιστούν η ασταξανθίνη και τα λιπαρά οξέα που βρίσκονται εσωκυτταρικά και ερευνήθηκαν οι συνθήκες παραγωγής τους. Πιο συγκεκριμένα, ερευνήθηκε η προτιμότερη πηγή άνθρακα ανάμεσα στο οξικό οξύ, τη ξυλόζη και τη γλυκόζη, για διάφορες συγκεντρώσεις αυτών. Βρέθηκε πως με τη γλυκόζη μεγιστοποιήθηκε η κυτταρική παραγωγικότητα (3.33 g/L) και ειδικά για 15 g/L αυτής, ενώ για μεγαλύτερες συγκεντρώσεις (20 g/L και 30 g/L) παρεμποδίστηκε. Συνδυάζοντας επίσης τις πεντόζες (ξυλόζη) και εξόζες (γλυκόζη), για διαφορετικές συγκεντρώσεις αυτών, δεν παρατηρήθηκε υψηλή ανάπτυξη των κυττάρων του μικροφύκους, πιθανότατα λόγω πίεσης του καταβολισμού τους. Μετέπειτα, διαπιστώθηκε πως η βέλτιστη πηγή αζώτου ήταν το αμμώνιο, ενώ για διάφορες θερμοκρασίες επώασης βρέθηκε πως το μικροφύκος αναπτύσσεται καλύτερα στους 25 oC. Η εύρεση των συνθηκών βελτιστοποίησης της ανάπτυξης του μικροφύκους, έδωσε το κίνητρο για την καινοτόμα προσπάθεια τροφοδότησης της καλλιέργειας με λιγνινοκυτταρινούχα βιομάζα, πλούσια στην προτιμητέα γλυκόζη. Για το λόγο αυτό, υδρολύθηκαν ενζυμικά υπολλείμματα καλαμποκιού που είχαν υποστεί προκατεργασία με έκρηξη ατμού. Από το προκύπτον υδρόλυμα, απομακρύνθηκαν οι φαινολικές ουσίες και στη συνέχεια το ίδιο τροφοδοτήθηκε στο μικροφύκος, αλλά δεν παρατηρήθηκε ανάπτυξή του, γεγονός που χρήζει περαιτέρω μελέτης. Στο πεδίο ανάλυσης των μεταβολιτών, εξετάστηκε κυρίως ο δευτερογενής μεταβολίτης που παράγεται από το στέλεχος αυτό, δηλαδή η ασταξανθίνη. Η ίδια εκχυλίστηκε και αναλύθηκε με χρωματογραφικό σύστημα HPLC-RID και διαπιστώθηκε στα διάφορα είδη καλλιεργειών που εξετάστηκαν, πως η αύξηση του λόγου άνθρακα/αζώτου (C/N) στο θρεπτικό υλικό βελτιώνει την παραγωγή της ασταξανθίνης. Στο επίπεδο επώασης του μικροφύκους διαπιστώθηκε πως για θερμοκρασία 30 oC παράγεται η περισσότερη ασταξανθίνη, ως μηχανισμός άμυνας του κυττάρου απέναντι στις οξειδωτικές συνθήκες. Ως η καλύτερη συγκέντρωση γλυκόζης για την παραγωγή ασταξανθίνης, επιλέχθηκε τελικά η τιμή 15 g/L, η οποία αν και δεν ενισχύει τόσο τη παραγωγή ασταξανθίνης ανά γραμμάριο ξηρής βιομάζας, οδηγεί σε πολύ υψηλή παραγωγή κυττάρων, καταλήγοντας τελικά στη μέγιστη παραγωγή ασταξανθίνης ανά λίτρο καλλιέργειας. Σε τελική φάση, εκχυλίστηκαν τα λιπαρά του μικροφύκους, δηλαδή τα C16:0, C18:0, C16:1 και C18:1, που προτείνεται να μετατραπούν σε βιοντήζελ προς τη συνολική εκμετάλλευση του μικροφύκους για παραγωγή βιοενεργών συστατικών. Κλείνοντας, εκτός των άλλων, πραγματοποιήθηκε ετερότροφη στερεή και υγρή καλλιέργεια του μικροφύκους Crypthecodinium cohnii, το οποίο πρόκειται μελλοντικά να εξεταστεί ως προς τις βέλτιστες συνθήκες ανάπτυξης και παραγωγής των προϊόντων του και συγκεκριμένα των ω-3 λιπαρών οξέων.	el
heal.abstract	The center purpose of this diploma thesis was the optimization of the growth of the microalga Chlorella zofingiensis under heterotrophic conditions and the examination of the production of its basic metabolites, which are astaxanthin and fatty acids. First of all, C.zofingiensis CCAP 211/14 growth was examined in heterotrophic batch cultivation systems, supported by different organic carbon and nitrogen sources and under different incubation temperatures. Furthermore, glucose derived from the enzymatic hydrolysate of pretreated corn stover, was examined to support the growth of the microalga cells. The most grown cells were harvested, astaxanthin and fatty acids were extracted and their production conditions examined. More specifically, the most favorable carbon source for the growth of the microalga was examined among acetic acid, xylose and glucose, at different concentrations. Glucose at 15 g/L maximized the microalgal cell productivity (3.33 g/L), whilst higher glucose concentrations (20 g/L and 30 g/L) were proven to be inhibitory. At different concentration combinations of pentoses (xylose) and hexoses (glucose) low cell growth occurred, maybe due to catabolic suppression of microalgal cells. Finally, under stable carbon source concentration, the best nitrogen source was ammonium and the best incubation temperature was 25 oC. The optimization of the growth conditions of the microalga acted as a motivation for the cultivation of the strain with glucose from enzymatically hydrolyzed steam exploded corn stover. The hydrolysate was detoxified from phenolic compounds and used as carbon source, however cells didn’t manage to utilize it for their growth. As far as the microalgal metabolites were concerned, the basic secondary metabolite of this strain, namely astaxanthin, has been examined. This carotenoid was extracted and analyzed using HPLC-RID, which showed that a high carbon/nitrogen (C/N) ratio in the medium enhances the astaxanthin production. Furthermore, due to cell defense mechanisms under oxidative conditions more astaxanthin production has been observed under the temperature of 30 oC. The best glucose concentration for achieving high astaxanthin productivity was found to be 15 g/L. Although under this concentration the astaxanthin production per gram of dried biomass is not the optimum, the total biomass production is so high as to allow the final astaxanthin production per liter of culture to reach very high values. Finally, the fatty acids C16:0, C18:0, C16:1 and C18:1 were extracted from the cells and identified. They can be converted into biodiesel, so as to fully exploit these microalga products. Last but not least, the microalga Crypthecodinium cohnii was heterotrophically cultivated in liquid medium, as well as petri plates, whose growth and products and specifically omega-3 fatty acids, should be examined in the future.	en
heal.advisorName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Κέκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Μαγουλάς, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών - Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	139 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true