Μελέτη συνθηκών ανάπτυξης και παραγόντων αποθείωσης του στελέχους Rhodococcus erythropolis IGTS8

Χατζηλάμπος, Ορέστης; Chatzilampos, Orestis

dc.contributor.author	Χατζηλάμπος, Ορέστης	el
dc.contributor.author	Chatzilampos, Orestis	en
dc.date.accessioned	2020-07-16T08:17:50Z
dc.date.available	2020-07-16T08:17:50Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50884
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18582
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	Βιοαποθείωση	el
dc.subject	Rhodococcus erythropolis IGTS8	en
dc.subject	Σύνθεση μέσου ανάπτυξης	el
dc.subject	Αποθειωτική ικανότητα	el
dc.subject	Διφασικό σύστημα	el
dc.subject	Dibenzothiophene	en
dc.subject	Medium composition	en
dc.subject	Biphasic system	en
dc.subject	Desulfurization activity	en
dc.subject	Biodesulfurization	en
dc.title	Μελέτη συνθηκών ανάπτυξης και παραγόντων αποθείωσης του στελέχους Rhodococcus erythropolis IGTS8	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Εφαρμοσμένη βιοτεχνολογία	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-02-11
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη των παραγόντων που επιδρούν στην ανάπτυξη του μικροοργανισμού Rhodococcus erythropolis IGTS8, ο οποίος έχει την ικανότητα να μεταβολίζει το διβενζοθειοφαίνιο (DBT) σε 2-υδρόξυδιφαινύλιο (2-HBP), απομακρύνοντας το θείο από κλάσματα πετρελαιοειδών. Για τον σκοπό αυτό, μελετήθηκαν συνθήκες που αφορούν την πηγή θείου (S) και την πηγή άνθρακα (C) αλλά και τις επιμέρους συγκεντρώσεις αυτών στην ανάπτυξη. Σε επόμενο στάδιο, εφόσον ορίστηκαν οι βέλτιστες συνθήκες του μέσου, με εφαρμογή αυτών, εξετάστηκε η ανάπτυξη του στελέχους σε συνθήκες διαλείποντος έργου και η ικανότητα αποθείωσης του σε διφασικό σύστημα. Από τη διεξαγωγή των περαμάτων βρέθηκε ότι οι καλύτερες συνθήκες για την ανάπτυξη του μικροργανισμού, περιλαμβάνουν την χρήση του διμεθυλοσουλφοξείδιου (DMSO) ως πηγή S ανάμεσα σε πηγές όπως το DBT, το θειοφαίνιο και το MgSO4. Η ανάπτυξη παρουσία DMSO συνδυάζει ικανοποιητικό ρυθμό ανάπτυξης (μ= 0,121 h-1) με υψηλή αποθειωτική δράση των κυττάρων. Παράλληλα, η επίδραση της συγκέντρωσης του DMSO έδειξε την τάση για παρεμπόδιση της ανάπτυξης από το υπόστρωμα σε μεγαλύτερες συγκεντρώσεις αυτού. Ως καλύτερη συγκέντρωση DMSO βρέθηκαν τα 1,3mΜ στα οποία επιτυγχάνεται βιομάζα 3,19 g/L. Ως προς την επίδραση της πηγής C εξετάστηκε η ανάπτυξη του στελέχους παρουσία σακχαρόζης, γλυκόζης και γλυκερόλης. Τα αποτελέσματα έδειξαν την ανικανότητα του μικροοργανισμού να αναπτυχθεί σε σακχαρόζη. Η χρήση της γλυκόζης φανέρωσε την τάση του μικροοργανισμού να παρεμποδίζεται στην ανάπτυξη από υψηλές συγκεντρώσεις αυτής. Αποδοτικότερη συνθήκη από άποψη παραγωγής βιομάζας και κατανάλωσης υποστρώματος βρέθηκαν τα 20 g/L γλυκόζης με μέγιστη κυτταρική συγκέντρωση τα 3,19 g/L. Η ανάπτυξη σε γλυκερόλη είναι εξίσου υψηλή για τη συνθήκη των 30 g/L και των 20 g/L γλυκερόλης με μέγιστη παραγωγή βιομάζας 3,98 g dcw/L και 3,42 g dcw/L αντίστοιχα. Για λόγους οικονομικής προσιτότητας και διαθεσιμότητας προτιμήθηκε η γλυκερόλη ως καλύτερη πηγή C στην ανάπτυξη. Εν τέλει, από το σύνολο των συνθηκών που εξετάστηκαν ως βέλτιστες συνθήκες προτείνονται: Πηγή C: Γλυκερόλη 20 g/L και πηγή S: DMSO 1,3mM. Αξιοποιώντας τη βέλτιστη σύσταση του μέσου που βρέθηκε παραπάνω, μελετήθηκε η αποθειωτική δράση των κυττάρων σε αντιδραστήρα διαλείποντος έργου. Στο διαλείπον έργο η αποθειωτική δράση των κυττάρων αυξάνεται αγγίζοντας την βέλτιστη τιμή των 31 U/mg DCW στην αρχή της εκθετικής φάσης ακολουθώντας μετά πτωτική πορεία. Ακολούθως, σε προσπάθεια ανάπτυξης του μικροοργανισμού σε αντιδραστήρα διαλείποντος έργου με διαδοχικές αλλαγές μέσου διαπιστώθηκε η ικανότητα του μικροοργανισμού να αναπτύσσεται με μεγαλύτερους ρυθμούς από αλλαγή σε αλλαγή, μειώνοντας την λανθάνουσα φάση και παράγοντας περισσότερη βιομάζα. Τέλος, έγινε μελέτη του ποσοστού αποθείωσης του στελέχους σε διφασικό σύστημα, με παράμετρο την παροχή αερισμού στις δύο φάσεις. Τα αποτελέσματα έδειξαν ρυθμό κατανάλωσης του DBT μεγαλύτερο από τον αντίστοιχο ρυθμό παραγωγής του 2-HBP ανεξάρτητα από την παροχή του αέρα, κάτι που ερμηνεύεται από τον εγκλωβισμό του 2-ΗΒP εντός του κυττάρου. Μεγαλύτερος αρχικός ρυθμός κατανάλωσης του DBT βρέθηκε για παροχή αέρα 43 L/h με τιμή 0,0227 mmol DBT/g dcw/h. Επιπλέον, η σύγκριση ως προς την αποθείωση των DBT και 4,6 DM-DBT για παροχή αέρα 4 L/h έδειξε αρχικό ρυθμό κατανάλωσης 0,165 mmol/g DCW/h για το μη υποκατεστημένο έναντι 0,0060 mmol/g DCW/h του υποκατεστημένου μορίου.	el
heal.abstract	The purpose of this diploma thesis is to examine the influence of media composition in the growth of Rhodococcus erythropolis IGTS8, capable of converting dibenzothiophene to hydroxybiphenyl, removing this way organosulfur compounds from petroleum products. With this view, conditions concerning the carbon and sulphur source and various concentrations of them in the medium are tested. Once the optimum growth conditions were determined, they were applied in batch cultures of the strain. Furthermore, the desulfurization activity of the biocatalyst in biphasic system was studied. Experimental results showed the use of Dimethylsulfoxide (DMSO) as the optimum sulphur source among Debenzothiophene, Thiophene and MgSO4. In the presence of DMSO, cells are grown with a satisfying specific rate (μ= 0,121 h-1) while developing good desulfurization activity. In addition, the effect of DMSO concentration in cell growth showed a reduction in biomass production when higher DMSO concentrations are applied. Τhis is considered to be due to inhibition from the substrate. Maximum biomass (3,19 g/L) was achieved by using 1,3 mM DMSO. Regarding the effect of carbon source three molecules were examined: sucrose, glucose and glycerol. When sucrose is applied, cells showed not significant grown. Moreover glucose application showed inhibition in growth by substrate at higher glucose concentrations. The optimum concentration of glucose observed is 20 g/L, reaching a biomass concentration of 3,19 g/L. The presence of glycerol revealed equally high growth in both 30 and 20 g/L of glycerol achieving 3,98 g DCW/L και 3,42 g DCW/L of biomass respectively. For reasons of availability and cost in large scale units glycerol was chosen over glucose, despite their both equally satisfying results. In conclusion, the following media composition is suggested: Carbon source: 20 g/L Glycerol and Sulphur source: 1.3mM DMSO. The above mentioned optimum media composition was applied for a cell growth and desulfurization activity study in a batch reactor. Results showed that desulfurization activity increases with the cell growth up to a point in which it reaches the maximum activity of 31 U/mg, followed by a decline. Moreover, the behaviour of R.erythropolis IGTS8 in batch reactor with consecutives medium replacements was studied. Experimental results showed that after each replacement the specific growth rate is higher, the lag phase of cells is decreased and higher biomass concentrations are achieved. Apart from the above, the desulfurization capability of cells in function with air flow rate in biphasic system was examined. A higher consumption rate of DBT than the respective production rate of 2-HBP occurred. This is attributed to the occlusion part of the produced 2-HBP within the cells. Additionally, the highest initial consumption rate of DBT for the first 6 hours was found for volumetric flow 43 L/h in the price of 0,0227 mmol DBT/g DCW/h. Comparison of 4,6 DM-DBT and DBT substrates in respect of desulphurisation rate at 4L/h air flow showed a higher initial consumption rate of the non-substituted molecule (0,165 mmol/g DCW/h) than that of the substituted one (0,0060 mmol/g DCW/h).	en
heal.advisorName	Κέκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Κέκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Καβουσανάκης, Μιχάλης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV). Εργαστήριο Βιοτεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	88 σ.
heal.fullTextAvailability	false