Μελέτης της επίδρασης της συγκέντρωσης και της στρατηγικής τροφοδοσίας αναερόβιας απορροής στην παραγωγή πολυυδροξυαλκανοϊκών εστέρων, μέσω της καλλιέργειας του κυανοβακτηρίου Chlorogleopsis fritschii
Loading...
Date
2026-02-25
Authors
Γεωργίου, Ιωάννα
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η ευρεία χρήση των πλαστικών υλικών ξεκίνησε στα μέσα του 20ού αιώνα, λόγω των πλεονεκτημάτων τους σε πλήθος εφαρμογών της καθημερινής ζωής. Ωστόσο, η συνεχής αύξηση της παραγωγής και κατανάλωσης τους έχει οδηγήσει στη συσσώρευση μεγάλων ποσοτήτων πλαστικών αποβλήτων στο περιβάλλον, με σοβαρές επιπτώσεις στα οικοσυστήματα, καθώς τα πλαστικά πετροχημικής προέλευσης αποικοδομούνται πολύ αργά. Τα τελευταία χρόνια, το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας έχει στραφεί στην ανάπτυξη βιώσιμων εναλλακτικών λύσεων, όπως τα βιοπλαστικά και ειδικότερα οι πολυυδροξυαλκανοϊκοί εστέρες (PHAs), οι οποίοι παρουσιάζουν ιδιότητες παρόμοιες με εκείνες των συμβατικών πλαστικών και μπορούν να συσσωρεύονται ενδοκυτταρικά από φωτοσυνθετικούς μικροοργανισμούς, όπως τα κυανοβακτήρια. Παρά τις δυνατότητές τους, η παραγωγή βιοπλαστικών σε μεγάλη κλίμακα παραμένει οικονομικά απαιτητική, γεγονός που καθιστά αναγκαία την αναζήτηση εναλλακτικών προσεγγίσεων. Η αξιοποίηση αποβλήτων ως υποστρωμάτων καλλιέργειας, και ιδιαίτερα των απορροών που προκύπτουν από διεργασίες αναερόβιας χώνευσης αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη λύση, καθώς μπορεί να μειώσει το κόστος παραγωγής, παρέχοντας παράλληλα τα απαραίτητα θρεπτικά συστατικά για την ανάπτυξη των κυανοβακτηρίων και συμβάλλοντας ταυτόχρονα στην επεξεργασία των αποβλήτων. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η καλλιέργεια του κυανοβακτηρίου Chlorogloeopsis fritschii σε αναερόβιο χωνευμένο υπόλειμμα αγροτοκτηνοτροφικών αποβλήτων, με στόχο την αξιολόγηση της ανάπτυξής του, της απομάκρυνσης θρεπτικών στοιχείων και της παραγωγής βιοπλαστικών. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα με διαφορετικές συγκεντρώσεις του αποβλήτου, μετά από κατάλληλη προεπεξεργασία, καθώς και με διαφορετικές στρατηγικές καλλιέργειας (batch και fed-batch), προκειμένου να διερευνηθεί η επίδραση των συνθηκών καλλιέργειας στην ανάπτυξη του μικροοργανισμού και στη συσσώρευση βιοπλαστικού. . Τα πειραματικά αποτελέσματα έδειξαν ότι το Chlorogloeopsis fritschii δεν αναπτύσσεται ικανοποιητικά σε batch καλλιέργειες σε υψηλές συγκεντρώσεις αναερόβιας απορροής (25–100% v/v ADE), με τη βιομάζα να παραμένει χαμηλή (0.2–0.4 g/L), γεγονός που υποδηλώνει την παρουσία ανασταλτικών ενώσεων. Παρά την περιορισμένη ανάπτυξη, παρατηρήθηκε συσσώρευση βιοπλαστικού PHBV, η οποία έφτασε έως 2.1% w/w στο 75% v/v ADE. Αντίθετα, η εφαρμογή fedbatch στρατηγικής βελτίωσε σημαντικά την ανάπτυξη του μικροοργανισμού, ιδιαίτερα σε χαμηλές συγκεντρώσεις υποστρώματος, με τη βιομάζα να φτάνει έως 1.5 g/L σε καλλιέργειες κωνικών φιαλών στο 5% v/v ADE και έως 2.0 g/L σε βιοαντιδραστήρα στα 7.5% v/v ADE. Επιπλέον, υπό συνθήκες περιορισμού αζώτου στο δεύτερο στάδιο της καλλιέργειας, η συσσώρευση PHBV αυξήθηκε σημαντικά, φτάνοντας έως 9–10% w/w στις fed-batch καλλιέργειες με 7.5% v/v ADE, αναδεικνύοντας τη σημασία της στρατηγικής τροφοδοσίας και της καλλιέργειας δύο σταδίων για τη βελτιστοποίηση της παραγωγής βιομάζας και βιοπλαστικού. Η αξιοποίηση αναερόβιου χωνευμένου υπολείμματος (ADE) ως εναλλακτικού υποστρώματος για την καλλιέργεια κυανοβακτηρίων παρουσιάζει αυξημένο ερευνητικό ενδιαφέρον, καθώς συνδυάζει την παραγωγή βιομάζας και βιοπλαστικών με την επεξεργασία αποβλήτων. Ωστόσο, η σύνθετη σύστασή του και η παρουσία αμμωνιακού αζώτου και ανασταλτικών ενώσεων καθιστούν απαραίτητη τη διερεύνηση κατάλληλων στρατηγικών καλλιέργειας. Παράγοντες όπως η συγκέντρωση του υποστρώματος και ο τρόπος λειτουργίας των καλλιεργειών (batch ή fed-batch) επηρεάζουν σημαντικά την ανάπτυξη και τη μεταβολική συμπεριφορά των κυττάρων, συμπεριλαμβανομένης της συσσώρευσης αποθηκευτικών ενώσεων. Η μελέτη αυτών των παραμέτρων μπορεί να συμβάλει στον σχεδιασμό αποδοτικότερων και πιο βιώσιμων διεργασιών στο πλαίσιο της κυκλικής οικονομίας.
Description
Keywords
Βιοπλαστικά, Κυανοβακτήρια, Αναερόβια απορροή, Κυκλική οικονομία