Ολοκληρωμένη αξιοποίηση της βιομάζας των κυανοβακτηρίων Chlorogloeopsis fritschii και Synechocystis sp. για την ανάκτηση πολυ(υδροξυαλκανοϊκών) εστέρων (PHAs) με ταυτόχρονη παραγωγή βιοενέργειας και προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας στο πλαίσιο ενός βιοδιυλιστηρίου
Loading...
Date
2026-02-25
Authors
Στρατηγού, Αθηνά
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Τα κυανοβακτήρια αποτελούν μια βιώσιμη πηγή βιοπλαστικών, με την επιλογή της μεθόδου εκχύλισης να αποτελεί τον κρισιμότερο παράγοντα για τη διασφάλιση της καθαρότητας του πολυμερούς. Στο πλαίσιο ενός βιοδιυλιστηρίου, η διαδικασία δεν περιορίζεται στην ανάκτηση, καθώς η υπολειμματική βιομάζα που προκύπτει μετά την εκχύλιση μπορεί να αξιοποιηθεί για την παραγωγή βιοαερίου μέσω αναερόβιας χώνευσης, συμβάλλοντας στην ενεργειακή αυτονομία της μονάδας. Παράλληλα, το παραγόμενο βιοπλαστικό παρουσιάζει εξαιρετικές προοπτικές σε εφαρμογές, όπως η ιατρική, όπου χρησιμοποιείται ως βιοσυμβατός φορέας για την ενθυλάκωση και τη στοχευμένη αποδέσμευση φαρμακευτικών ουσιών. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η διερεύνηση ολοκληρωμένων στρατηγικών αξιοποίησης της βιομάζας κυανοβακτηρίων, με έμφαση στην ανάκτηση και τον χαρακτηρισμό του βιοπλαστικού, καθώς και στην επακόλουθη ενεργειακή αξιοποίηση της υπολειπόμενης βιομάζας και την φαρμακευτική αξιοποίηση του βιοπλαστικού. Η προσέγγιση αυτή στοχεύει στη μεγιστοποίηση της προστιθέμενης αξίας της βιομάζας στο πλαίσιο βιώσιμων βιοδιεργασιών. Συγκεκριμένα, η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στη μελέτη ανάκτησης βιοπλαστικών υψηλής καθαρότητας και συγκεκριμένα του πολυ(3-υδροξυβουτυρικού) εστέρα (PHB), το οποίο ανήκει στην κατηγορία των πολυ(υδροξυαλκανοϊκών) εστέρων (PHAs), από τα κυανοβακτήρια Chlorogloeopsis fritschii και Synechocystis sp.. Αρχικά, αξιολογήθηκε η εκχύλιση λιπόφιλων χρωστικών από τα στελέχη C. fritschii και Synechocystis sp., η οποία κατέδειξε ότι η διαφοροποίηση στην κυτταρική τους αρχιτεκτονική καθορίζει τη δυσκολία ανάκτησης, με το C. fritschii να απαιτεί δραστικούς διαλύτες λόγω ανθεκτικότερου τοιχώματος, σε αντίθεση με το Synechocystis sp. που χαρακτηρίζεται από υψηλή διαπερατότητα ως προς τον διαλύτη. Επιπλέον, αποδείχθηκε ότι οι διεργασίες εκχύλισης ανέκτησαν πολυμερή υψηλού βαθμού καθαρότητας και θερμικής σταθερότητας (άνω των 240 °C), με τα φάσματα FTIR να επιβεβαιώνουν τη χημική τους ταυτότητα. Το PHB που εκχυλίστηκε από το Synechocystis sp. παρουσίασε ανώτερη δομική τάξη με κρυσταλλικότητα 50.6 % και θερμοκρασία τήξης 175.4 °C, έναντι του C. fritschii που εμφάνισε 29 % και 171.8 °C, αντίστοιχα. Παράλληλα, διερευνήθηκε η αξιοποίηση της υπολειμματικής βιομάζας, μετά την ανάκτηση του PHB, όπου τα παραπροϊόντα της διεργασίας χρησιμοποιήθηκαν ως πρώτη ύλη για την παραγωγή ενέργειας. Ο προσδιορισμός του βιοχημικού δυναμικού μεθανίου (BMP) κατέδειξε ότι η βιομάζα παραμένει κατάλληλη για βιολογική αποικοδόμηση, αποδίδοντας έως και 212 NmL CH4 g⁻¹ VS μέσω αναερόβιας χώνευσης.
Επιπλέον, μελετήθηκε η αξιοποίηση του παραγόμενου PHB σε εφαρμογές υψηλής προστιθέμενης αξίας, όπως η παρασκευή πολυμερικών νανοσωματιδίων για συστήματα ενθυλάκωσης φαρμάκων. Στο πλαίσιο αυτό εξετάστηκε η δημιουργία νανοσωματιδίων και η ενθυλάκωση υδρόφιλων και υδρόφοβων βιοενεργών ενώσεων, με τα αποτελέσματα να αποδεικνύουν ότι η χημική συμβατότητα μεταξύ πολυμερικής μήτρας και δραστικής ουσίας είναι καθοριστική για την αποδοτικότητα του συστήματος. Συγκεκριμένα, η ενθυλάκωση της υδρόφοβης κουερσετίνης ήταν ιδιαίτερα αποτελεσματική, επιτυγχάνοντας απόδοση έως 29 %, ενώ στην περίπτωση της υδρόφιλης αμοξικιλλίνης το ποσοστό περιορίστηκε στο 26 % λόγω ασθενέστερων αλληλεπιδράσεων με την υδρόφοβη φάση του πολυμερούς. Η επιτυχής ενσωμάτωση των ουσιών αυτών επιβεβαιώνει τις προοπτικές του PHB ως έναν πολλά υποσχόμενο βιοσυμβατό φορέα για φαρμακευτικές εφαρμογές.
Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας μπορούν να προσφέρουν χρήσιμες πληροφορίες για την μελλοντική εφαρμογή της διεργασίας παραγωγής βιοπλαστικών από φωτοσυνθετικούς μικροοργανισμούς σε μεγάλη κλίμακα, στο πλαίσιο ενός ολοκληρωμένου βιοδιυλιστηρίου, προάγοντας το μοντέλο της κυκλικής οικονομίας.
Description
Keywords
Βιοπλαστικά, Κυανοβακτήρια, Ανάκτηση βιοπλαστικών, Αναερόβια χώνευση, Βιοχημικό δυναμικό μεθανίου, Νανοσωματίδια, Ενθυλάκωση φαρμάκων