Παραγωγή ωμέγα-3 λιπαρών οξέων υψηλής διατροφικής αξίας από ετερότροφα μικροφύκη αξιοποιώντας ως πρώτη ύλη προκατεργασμένη λιγνοκυτταρινούχο βιομάζα

Στάικος, Σάββας; Staikos, Savvas

dc.contributor.author	Στάικος, Σάββας	el
dc.contributor.author	Staikos, Savvas	en
dc.date.accessioned	2022-01-31T10:02:53Z
dc.date.available	2022-01-31T10:02:53Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54492
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22190
dc.rights	Default License
dc.subject	Lignocellulosic biomass	en
dc.subject	Λιγνοκυτταρυνούχος βιομάζα	el
dc.subject	Microalgae	en
dc.subject	omega-3 fatty acids	en
dc.subject	Organosolv	en
dc.subject	Μικροφύκη	el
dc.subject	ω-3 λιπαρά	el
dc.subject	Οργανολυτική προκατεργασία	el
dc.title	Παραγωγή ωμέγα-3 λιπαρών οξέων υψηλής διατροφικής αξίας από ετερότροφα μικροφύκη αξιοποιώντας ως πρώτη ύλη προκατεργασμένη λιγνοκυτταρινούχο βιομάζα	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Βιοτεχνολογία	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-10-01
heal.abstract	Τα αναμφισβήτητα οφέλη των ω-3 λιπαρών στην υγεία έχουν ως αποτέλεσμα να αυξάνεται και η ζήτηση τους τα τελευταία χρόνια. Ωστόσο, καθώς μειώνονται τα αλιευτικά αποθέματα, κρίνεται σκόπιμη η εύρεση τρόπων εναλλακτικών της αλιείας. Πιο συγκεκριμένα, η χρήση μικροφυκών έχει προσελκύσει ιδιαίτερο ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια. Λαμβάνοντας υπόψη έρευνες και δεδομένα από την βιβλιογραφία, στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε το θαλάσσιο ετερότροφο μικροφύκος Crypthecodinium cohnii το οποίο είναι ικανό να παράγει ω-3 λιπαρά και πιο συγκεκριμένα εικοσιδυαεξαενοϊκό οξύ (DHA) . Ως πηγή άνθρακα χρησιμοποιήθηκαν σάκχαρα προερχόμενα από τη λιγνοκυτταρινούχος βιομάζα, μια φθηνή και άφθονη πρώτη ύλη, παραπροϊόν του πρωτογενούς τομέα. Η λιγοκυτταρινούχος βιομάζα αποτελείται από κυτταρίνη, ημικυτταρίνη και λιγνίνη. Προκείμενου να είναι εφικτή η ενζυμική αξιοποίηση της βιομάζας, πρέπει να προηγηθεί ένα στάδιο προκατεργασίας, ώστε να απομακρυνθεί η λιγνίνη και να διασπαστεί η κρυσταλλική δομή της κυτταρίνης. Γι’ αυτόν τον λόγο, στην παρούσα εργασία χρησιμοποιείται βιομάζα προκατεργασμένη με οργανικούς καταλύτες (οργανολυτική προκατεργασία), παρουσία οξυγόνου ως καταλύτη. Η οργανανολυτική προκατεργασία δίνει ένα στερεό κλάσμα πλούσιο σε κυτταρίνη, την υδατική φάση του υγρού κλάσματος πλούσια σε ημικυτταρίνη και τη λιγνίνη σε στερεή μορφή, η οποία απομονώνεται μετά από απομάκρυνση του οργανικού διαλύτη. Για την παραγωγή ω-3 λιπαρών χρησιμοποιήθηκαν: στερεή πούλπα οξιάς από οργανολυτική προκατεργασία με ισοβουτανόλη σε 3 διαφορετικές θερμοκρασίας και 2 διαφορετικούς χρόνους παραμονής, στερεή πούλπα οξιάς από οργανολυτική προκατεργασία με ισοβουτανόλη, ακετόνη και αιθανόλη παρουσία πολυοξυμεταλλοϊόντων με άλατα σιδήρου και χαλκού (POMs) ως καταλύτες και στερεό και υγρό κλάσμα οργανολυτικής προκατεργασίας αγροτικών υπολειμμάτων (άχυρο σίτου) χρησιμοποιώντας ακετόνη και αιθανόλη ως οργανικούς διαλύτες. Αρχικά, η στερεή πούλπα υδρολύθηκε με το εμπορικά διαθέσιμο ενζυμικό σκεύασμα Cellic® Ctec2 για 72 ώρες στους 50 oC σε pH=5.5 και, αφού το υδρόλυμα αναλύθηκε για γλυκόζη, ξυλόζη και οξικό οξύ με υγρή χρωματογραφία υψηλής πίεσης (HPLC), χρησιμοποιήθηκε ως πηγή άνθρακα για καλλιέργειες C. cohnii. Οι καλλιέργειες αυτές έλαβαν χώρα στους 23 oC σε pH=6.5 για 120 ώρες. Στο τέλος της καλλιέργειες, παρελήφθησαν τα κύτταρα, ακολούθησε εκχύλιση των λιπαρών οξέων με την μέθοδο Folch και μέτρηση του προφίλ του λαδιού με αέρια χρωματογραφία (GC-FID). Το υγρό κλάσμα, αφού αφαιρέθηκε ο υπολειπόμενος διαλύτης και οι φαινολικές ενώσεις, υδρολύθηκε για 24 ώρες στους 45 oC σε pH=5.0 με διάλυμα εμπορικά διαθέσιμο ενζυμικό σκεύασμα Cellic® HTec2 με στόχο την παραγωγή ζυμώσιμων μονοσακχάρων. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως σε υδρόλυμα προερχόμενο από το στερεό κλάσμα δειγμάτων προκατεργασμένων με ισοβουτανόλη, η κυτταρική ανάπτυξη και η παραγωγή DHA αυξάνονταν με αύξηση της θερμοκρασίας. Πιο συγκεκριμένα, η μέγιστη παραγωγή DHA παρατηρήθηκε σε υλικό μετά από προκατεργασία στους 175 oC, επιτυγχάνοντας αποδόσεις 52,1% και 50% επί του συνόλου των λιπαρών οξέων στα 60 και 120 λεπτά προκατεργασίας, αντίστοιχα. Εν συνεχεία, αναφορικά με τις βιομάζες κατεργασμένες με POMs, η χρήση καταλυτών που περιείχαν χαλκό ανέστειλε την ανάπτυξη του μικροφύκους, παρά τα υψηλά ποσοστά απομάκρυνσης της λιγνίνης. Παρά αυτή την διαφορά στην κυτταρική ανάπτυξη, όλες οι βιομάζες παρήγαγαν DHΑ σε παρόμοια ποσοστά με την κορυφαία απόδοση να παρατηρείται στον καταλύτη Fe3MO12OP: 55,5% με διαλύτη αιθανόλη και 55,3% για ακετόνη. Τέλος, ενδιαφέρον παρουσιάζουν και οι καλλιέργειες σε αγροτικά υπολείμματα. Αρχικά, υδρολύθηκαν βιομάζες σίτου και πιτύρου, αλλά λόγω του χαμηλής απομάκρυνσης της λιγνίνης από την προκατεργασία και των χαμηλών σακχάρων μετά από ενζυμική υδρόλυση, τα δείγματα πιτύρου δεν αξιοποιήθηκαν περεταίρω. Αναφορικά με τα δείγματα σίτου, αξιοποιήθηκε τόσο το υγρό όσο και το στερεό κλάσμα ως πηγή σακχάρων προς τη συσσώρευση λιπαρών από τα κύτταρα του C. cohnii. Αν και αμφότερα, είχαν παρόμοια κυτταρική ανάπτυξη, τα στερεά κλάσματα είχαν σαφώς καλύτερη παραγωγή DHA. Ειδικότερα, η βιομάζα κατεργασμένη με ακετόνη στους 150 oC είχε την καλύτερη απόδοση σε DHA (38,82% επί του συνόλου των λιπαρών οξέων). Εντούτοις, η μεγαλύτερη συγκέντρωση DHA εμφανίστηκε στην βιομάζα κατεργασμένη με αιθανόλη στους 160 oC (35,2%). Πιο συγκεκριμένα, η συγκέντρωση έφτασε τα 1,54 g/L DHA σε σχέση με 0,97 g/L DHA που είχε η πρώτη βιομάζα. Αυτή η συγκέντρωση DHA αντιστοιχεί σε παραγωγή 7,14 g DHA/ g ακατέργαστης, αρχικής βιομάζας.	el
heal.advisorName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Τόπακας, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Μαμμά, Διομή	el
heal.committeeMemberName	Ζουμπουλάκης, Λουκάς	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	120 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false