Παραγωγή βιοπολυμερών από απόβλητα

Μπουζάνη, Ευαγγελία; Bouzani, Evangelia

dc.contributor.author	Μπουζάνη, Ευαγγελία	el
dc.contributor.author	Bouzani, Evangelia	en
dc.date.accessioned	2023-04-03T09:53:24Z
dc.date.available	2023-04-03T09:53:24Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57477
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.25174
dc.rights	Default License
dc.subject	Βιοπλαστικά	el
dc.subject	Τροφικά υπολείμματα	el
dc.subject	Μικτές καλλιέργειες	el
dc.subject	Πολυ-υδροξυαλκανοϊκοί εστέρες	el
dc.title	Παραγωγή βιοπολυμερών από απόβλητα	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Αξιοποίηση τροφικών υπολειμμάτων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-02-20
heal.abstract	Στη σύγχρονη καθημερινότητα η χρήση πλαστικών υλικών με βάση το πετρέλαιο κυριαρχεί κυρίως λόγω των εξαιρετικών ιδιοτήτων τους. Ωστόσο, η αλόγιστη παραγωγή τους και η μη ορθή διαχείριση μετά τη χρήση τους, αποτελεί σοβαρή απειλή για την οικολογική ισορροπία του πλανήτη, καθώς είναι βιολογικά αδρανή και συμβάλλουν σε σοβαρά προβλήματα ρύπανσης. Ταυτόχρονα, παρατηρείται ραγδαία αύξηση στην παραγωγή τροφικών υπολειμμάτων. Στα πλαίσια κυκλικής οικονομίας προωθείται η αξιοποίηση τους ως παραγωγικοί πόροι για την εύρεση εναλλακτικών, βιώσιμων και φιλικών προς το περιβάλλον υλικών, τα οποία θα έχουν την ικανότητα να αποδομούνται από το περιβάλλον. Μεταξύ αυτών των υλικών, ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν οι πολυ-υδροξυαλκανοϊκοί εστέρες (ΠΥΑ) οι οποίοι παράγονται ενδοκυτταρικά μέσω μικτών ή καθαρών καλλιεργειών με χρήση διάφορων τύπων αποβλήτων ως πηγές άνθρακα. Στην παρούσα εργασία, χρησιμοποιήθηκε μικτή εμπλουτισμένη μικροβιακή καλλιέργεια με σκοπό την παραγωγή ΠΥΑ, σε αντιδραστήρα άντλησης – πλήρωσης (Draw-Fill). Η στρατηγική που ακολουθήθηκε, ήταν η εναλλαγή μεταξύ περιοριστικών υποστρωμάτων άνθρακα και αζώτου. Ως πηγή αζώτου χρησιμοποιήθηκε η ουρία και ως πηγή άνθρακα συνθετική τροφοδοσία μίγματος οξικού, βουτυρικού, προπιονικού και γαλακτικού οξέος, αιθανόλης και γλυκόζης, που προσομοιάζει τη σύσταση συμπυκνώματος, το οποίο λαμβάνεται από τεμαχισμό και ξήρανση τροφικών υπολειμμάτων. Πραγματοποιήθηκαν δύο κύκλοι πειραμάτων σε δύο όμοιους βιοαντιδραστήρες όγκου 1L, με ίδιο λόγο άνθρακα προς άζωτο C⁄N = 100 και ίδιες συνθήκες λειτουργίας (250 rpm, 27℃). Στον πρώτο αντιδραστήρα DFR-1, στόχος είναι η επιτυχής συσσώρευση ΠΥΑ με οργανική φόρτιση 2025 ± 460 mg Ο2⁄L και συγκέντρωση οργανικού άζωτου 18 ± 6 mg⁄L. Στον δεύτερο αντιδραστήρα (DFR-2) η οργανική φόρτιση και η συγκέντρωση του οργανικού αζώτου διπλασιάστηκαν (3571 ± 523 mg Ο2⁄L, 36 ± 9 mg ⁄L) με στόχο τη διερεύνηση της απόδοσης και της σύστασης σε ΠΥΑ. Ο περιορισμός αζώτου στη φάση του άνθρακα επιτεύχθηκε και στους δύο αντιδραστήρες ευνοώντας τη συσσώρευση ΠΥΑ. Παράλληλα παρατηρήθηκε ανάπτυξη της βιομάζας, με τη κυτταρική συγκέντρωση στον DFR-2 να είναι μεγαλύτερη, συγκεκριμένα στον DFR-1 η μέση τιμή των ολικών και πτητικών στερεών ήταν 2,60 ± 1,77 gr TSS /L και 2,13 ± 1,49 gr VSS/L αντίστοιχα και στον DFR-2 4,45 ± 2,14 gr TSS/L και 3,82 ± 1,94 gr VSS/L αντίστοιχα. Τα παραγόμενα ΠΥΑ και στους δύο κύκλους πειραμάτων ανακτήθηκαν μέσω χώνευσης με χρήση χλωροφορμίου και οξινισμένης μεθανόλης. Η απόδοση υπολογίστηκε ως ο λόγος του αθροίσματος των βαρών των μονομερών μονάδων προς τη ξηρή μάζα των κυττάρων και δεν παρουσίασε σημαντική διαφορά μεταξύ των αντιδραστήρων αφού στον DFR-1 η μέση απόδοση είναι 16 ± 4% και στον DFR-2 16 ± 5%. Σε όλα τα πειράματα, ανιχνευθήκαν τα μονομερή 3ΗΒ και 3ΗV, συνεπώς παράχθηκε είτε το συμπολυμερές P(3HBco3HV), είτε μίγμα του με τα ομοπολυμερή P3HB και P3HV. Διαφορά εντοπίστηκε στη σύσταση των ΠΥΑ η οποία αποδίδεται στο διπλασιασμό του οργανικού φορτίου. Συγκεκριμένα η αναλογία HV:HB στον DFR-1 είναι (18 ± 7): (82 ± 7), ενώ στον DFR-2 (25 ± 3): (75 ± 3).	el
heal.abstract	In modern everyday life, the use of petroleum-based plastic materials predominates mainly due to their excellent properties. However, their reckless production and improper management after their use is a serious threat to the ecological balance of the planet, as they are biologically inert and contribute to serious pollution problems. At the same time, there is a rapid increase in the production of food waste. In the context of circular economy, the utilization of the later as resources is promoted in order to find alternative, sustainable and environmentally friendly materials, which will have the ability to be degraded during environmental processes. Among these materials, of particular interest are polyhydroxyalkanoates (PHAs), which are produced intracellularly through mixed or pure cultures using various types of wastes as carbon sources. In the present work, a mixed enriched microbial culture was used for the production of PΗΑs, in a Draw-Fill reactor. The strategy followed was to alternate between carbon and nitrogen limiting substrates. Urea was used as a nitrogen source and a synthetic feed of a mixture of acetate, butyrate, propionate and lactic acid, ethanol and glucose,simulating the composition of a concentrate obtained from shredding and drying of food residues, was used as a carbon source. Two cycles of experiments were performed in two identical 1L volume bioreactors, with the same carbon to nitrogen ratio C ⁄ N = 100 and the same operating conditions (250 rpm, 27℃). In the first DFR-1 reactor, the goal was the successful accumulation of PHAs with an organic loading of 2025 ± 460 mg Ο2⁄L and an organic nitrogen concentration of 18 ± 6 mg ⁄ L. In the second reactor (DFR-2) the organic loading and concentration of organic nitrogen were doubled (3571 ± 523mgΟ2/L, 36 ± 9 mg/L) with the aim of investigating the effect of this increase on the yield and composition of the produced PHAs. Nitrogen limitation in the carbon phase was achieved in both reactors favoring PHAs accumulation. At the same time, microbial biomass increase was observed, with the concentration in the DFR-2 being higher, as in DFR-1 the average value of total and volatile solids is 2.60 ± 1.77 gr TSS /L and 2.13 ± 1.49 gr VSS/L respectively and in DFR-2 4.45 ± 2.14 gr TSS/L and 3.82 ± 1.94 gr VSS/L respectively. The produced PΗΑs in both obtained from both bioreactors were recovered by digestion using chloroform and acidified methanol. The yield was calculated as the ratio of the sum of the monomer’s weights over the dry cell weight. The two bioreactors showed similar yield results, since in DFR-1 and DFR-2 the mean yield was 16 ± 4% and 16 ± 5%, respectively. In both experimental cycles, monomers 3HB and 3HV were observed. Therefore, it is derived that either the copolymer P(3HBco3HV) or a mixture of the aforementioned copolymer and the homopolymers P3HB and P3HV is produced. However, a difference was observed in the PHA composition. More specifically, the ratio HV:HB in DFR-1 and DFR-2 was (18 ± 7): (82 ± 7) and (25 ± 3): (75 ± 3), respectively. This difference is attributed to the doubling of the carbon concentration in DFR-2.	el
heal.advisorName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Λυμπεράτος, Γεράσιμος	el
heal.committeeMemberName	Βλυσίδης, Ανέστης	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	83 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false