Παραγωγή βιοδραστικών ενώσεων υψηλής προστιθέμενης αξίας από το μικροφύκο CHLORELLA SP

Γκαρτζονίκα, Αλεξάνδρα; Gartzonika, Alexandra

dc.contributor.author	Γκαρτζονίκα, Αλεξάνδρα	el
dc.contributor.author	Gartzonika, Alexandra	en
dc.date.accessioned	2025-10-02T09:50:05Z
dc.date.available	2025-10-02T09:50:05Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/62590
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.30286
dc.rights	Default License
dc.subject	Χλωρέλλα	el
dc.subject	Λουτεϊνη	el
dc.subject	Λιπαρά	el
dc.subject	Καλλιέργεια μικροφυκών	el
dc.subject	Πηγές άνθρακα	el
dc.subject	Είδη καλλιέργειας	el
dc.subject	Lutein	en
dc.subject	Lipids	en
dc.subject	Microalgae Cultivation	en
dc.subject	Carbon sources	en
dc.subject	Cultivation Methods	en
dc.title	Παραγωγή βιοδραστικών ενώσεων υψηλής προστιθέμενης αξίας από το μικροφύκο CHLORELLA SP	el
dc.contributor.department	Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών	el
heal.type	bachelorThesis	el
heal.classification	Βιοτεχνολογία	el
heal.language	el	el
heal.access	free	el
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-02-25
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία είχε ως στόχο την παραγωγή βιοδραστικών ενώσεων υψηλής προστιθέμενης αξίας, χρησιμοποιώντας το μικροφύκος Chlorella sp. ACA-17. Στο πλαίσιο της έρευνας, εξετάστηκε η επίδραση διαφόρων συνθηκών καλλιέργειας στην ανάπτυξη του μικροφύκους και την παραγωγή βιοδραστικών ενώσεων, με έμφαση την λουτεΐνη και τα λιπαρά οξέα. Πιο συγκεκριμένα, μελετήθηκε η επίδραση της αναλογίας όγκου θρεπτικού μέσου –συνολικού όγκου φιάλης, η χρήση διαφορετικών πηγών άνθρακα σε συνθήκες φωτός και σκοταδιού, καθώς και η ανάπτυξη υπό συνθήκες ημι-διαλείποντος έργου (Fed-Batch) στην καλλιέργεια του μικροφύκους. Παράλληλα, εφαρμόστηκε πειραματικός σχεδιασμός Central Composite Design (CCD), ο οποίος επέτρεψε τη στατιστική ανάλυση των παραμέτρων που επηρεάζουν τη παραγωγή της λουτεΐνης και των λιπαρών οξέων. Η έρευνα επικεντρώθηκε στην αξιολόγηση των βέλτιστων συνθηκών για τη μεγιστοποίηση της βιομάζας και την αποδοτικότερη παραγωγή λουτεΐνης και λιπαρών οξέων. Αρχικά, εξετάστηκε η αναλογία όγκου θρεπτικού υλικού - συνολικού όγκου φιάλης στην ανάπτυξη του μικροφύκους Chlorella sp. ACA-17, με στόχο τον προσδιορισμό των βέλτιστων συνθηκών καλλιέργειας. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αναλογία 40% (v/v) διαμόρφωσε τις ιδανικές συνθήκες ανάπτυξης, καθώς εξασφάλισε βελτιωμένη διείσδυση φωτός, βέλτιστη ανταλλαγή αερίων και αποτελεσματική ανάδευση, επιτυγχάνοντας τη μέγιστη απόδοση βιομάζας. Διερευνήθηκε, στη συνέχεια, η επίδραση διαφορετικών πηγών άνθρακα και συνθηκών φωτισμού στην ανάπτυξη του μικροφύκους και την παραγωγή βιοδραστικών ενώσεων. Παρουσία φωτός, η γλυκερόλη αποδείχθηκε η πιο αποδοτική πηγή για την παραγωγή βιομάζας (1.01 g/L, 209 mg/L/d), ενώ η φρουκτόζη ευνόησε τη συσσώρευση λιπαρών οξέων (439 mg/g DCW, 78.7 mg/L/d). Η υψηλότερη παραγωγή λουτεΐνης καταγράφηκε χρησιμοποιώντας ως πηγή άνθρακα το διοξείδιο του άνθρακα (38.2 mg/g DCW, 3.82 mg/L/d). Αντίθετα, σε συνθήκες σκοταδιού, οι οργανικές πηγές άνθρακα υποστήριξαν καλύτερα την ανάπτυξη και την παραγωγή λιπαρών οξέων, με τη γλυκερόλη να εμφανίζει τη μεγαλύτερη συσσώρευση (507 mg/g DCW, 64 mg/L/d). Η ξυλόζη σημείωσε τη μέγιστη συγκέντρωση βιομάζας (0.809 g/L, 202 mg/L/d), ενώ η παραγωγή λουτεΐνης ήταν σημαντικά μειωμένη, με το διοξείδιο του άνθρακα να επιτυγχάνει τη μεγαλύτερη τιμή (7.14 mg/g DCW, 1.19 mg/L/d). Επιπλέον, εφαρμόστηκε ο πειραματικός σχεδιασμός Central Composite Design (CCD), εξετάζοντας τη συνδυασμένη επίδραση δύο ανεξάρτητων παραμέτρων, της συγκέντρωσης της πηγής άνθρακα (g/L) και της αναλογία όγκου θρεπτικού υλικού - iv συνολικού όγκου φιάλης, στη βέλτιστη παραγωγή λουτεΐνης και λιπαρών οξέων (mg/g DWC). Η ανάλυση διακύμανσης (ANOVA) επιβεβαίωσε τη σημαντική επίδραση αυτών των παραγόντων στην απόδοση των βιοδραστικών ενώσεων (p < 0.05, R² > 85%). Σύμφωνα με τη συνάρτηση επιθυμίας Derringer, η μέγιστη παραγωγή λουτεΐνης (22.7 mg/g DWC) και λιπαρών οξέων (310 mg/g DWC) επιτεύχθηκε για 2.5 g/L πηγής άνθρακα και 30% v/v αναλογία όγκου θρεπτικού υλικού - συνολικού όγκου φιάλης, προσδιορίζοντας τις βέλτιστες συνθήκες καλλιέργειας. Τέλος, μελετήθηκε η ανάπτυξη υπό συνθήκες ημι-διαλείποντος έργου (Fed-Batch), ώστα να επιτευχθεί αύξηση της απόδοσης της βιομάζας, των λιπαρών οξέων και της λουτείνης. Το μικροφύκος καλλιεργήθηκε με οξικό νάτριο και γλυκερόλη ως πηγές άνθρακα. Η πρόσθετη παροχή άνθρακα συνέβαλε στην αύξηση της απόδοσης της λουτεΐνης και της βιομάζας, αλλά με σταθερό ημερήσιο ρυθμό παραγωγής τους. Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι η μέθοδος αυτή δεν είναι ευνοεί συνολικά την παραγωγή βιομάζας, λιπαρών οξέων και λουτεΐνης.	el
heal.abstract	Τhis thesis aimed to produce high-value bioactive compounds using the microalga Chlorella ACA-17. The study investigated the effect of various cultivation conditions on the growth of the microalga and the production of bioactive compounds, with an emphasis on lutein and fatty acids. Specifically, the effect of the nutrient-to-air ratio, the use of different carbon sources under both light and dark conditions, and the application of the fed-batch conditions were examined. Additionally, a Central Composite Design (CCD) experimental approach was implemented, enabling the statistical analysis of the parameters affecting lutein and fatty acids production. The research focused on identifying the optimal conditions to maximize biomass production and enhance the efficient synthesis of lutein and fatty acids, with the ultimate goal of potential industrial exploitation. Initially, the effect of the nutrient-to-air ratio on the growth of Chlorella ACA-17 was investigated to determine the optimal cultivation conditions. The results indicated that a 40% ratio provided ideal growth conditions, ensuring improved light penetration, optimal gas exchange, and efficient mixing, leading to the highest biomass yield. Subsequently, the impact of different carbon sources and lighting conditions on growth and bioactive compound production was analyzed. Under light conditions, glycerol proved to be the most efficient carbon source for biomass production (1.01 g/L, 209 mg/L/d), while fructose favored the accumulation of fatty acids (439 mg/g DCW, 78.7 mg/L/d). The highest lutein production was recorded with carbon dioxide (38.2 mg/g DCW, 3.82 mg/L/d), sodium carbonate (37.1 mg/g DCW, 3.71 mg/L/d), and sodium acetate (33.6 mg/g DCW, 3.36 mg/L/d). Conversely, under dark conditions, organic carbon sources were more effective in supporting growth and fatty acid production, with glycerol exhibiting the highest accumulation (507 mg/g DCW, 64 mg/L/d). Xylose achieved the maximum biomass	en
heal.advisorName	Μαμμά, Διομή
heal.advisorName	Μαμμά, Διομή
heal.committeeMemberName	Παπαθανασίου, Αθανάσιος
heal.committeeMemberName	Χατζηνικολάου, Δημήτρης
heal.committeeMemberName	Μαμμά, Διομή
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua	el
heal.fullTextAvailability	false