Μελέτης της επίδρασης της συγκέντρωσης και της στρατηγικής τροφοδοσίας αναερόβιας απορροής στην παραγωγή πολυυδροξυαλκανοϊκών εστέρων, μέσω της καλλιέργειας του κυανοβακτηρίου Chlorogleopsis fritschii
| datacite.contributor.RelatedPerson | Πανδής, Σπυρίδων | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Αρμάου, Αντώνιος | |
| datacite.contributor.Supervisor | Κορνάρος, Μιχαήλ | |
| dc.contributor.author | Γεωργίου, Ιωάννα | |
| dc.contributor.other | Georgiou, Ioanna | |
| dc.date.accessioned | 2026-03-02T08:59:17Z | |
| dc.date.available | 2026-03-02T08:59:17Z | |
| dc.date.issued | 2026-02-25 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.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. | |
| dc.description.translatedabstract | The widespread use of plastic materials began in the mid-20th century due to their advantages in a wide range of everyday applications. However, the continuous increase in plastic production and consumption has led to the accumulation of massive quantities of plastic waste in the environment, causing severe impacts on ecosystems, as petrochemical-based plastics degrade very slowly. In recent years, the scientific community has increasingly focused on the development of sustainable alternatives, such as bioplastics and polyhydroxyalkanoates (PHAs). These biopolymers exhibit properties comparable to those of conventional plastics and can be accumulated intracellularly by photosynthetic icroorganisms, including cyanobacteria. Despite their potential, large-scale bioplastic production remains economically demanding, highlighting the need for alternative and cost-effective approaches. The use of waste streams as cultivation substrates, especially effluents derived from anaerobic digestion processes, represents a promising solution, as it can reduce production costs while simultaneously providing essential nutrients for cyanobacterial growth and contributing to waste treatment.In this master’s thesis, the cultivation of the cyanobacterium Chlorogloeopsis fritschii in anaerobically digested agricultural waste was investigated, with the aim of evaluating biomass growth, nutrient removal, and bioplastic production. Experiments were conducted using different concentrations of the waste substrate following appropriate pretreatment, as well as different cultivation strategies (batch and fed-batch), in order to assess the effect of cultivation conditions on the physiological response of the microorganism and on bioplastic accumulation.The experimental results showed that Chlorogloeopsis fritschii does not grow satisfactorily in batch cultures at high concentrations of anaerobically digested effluent (25–100% v/v ADE), with biomass remaining at low levels (0.2–0.4 g/L), indicating the presence of inhibitory compounds. Despite the limited growth, accumulation of the bioplastic PHBV was observed, reaching up to 2.1% w/w at 75% v/v ADE. In contrast, the application of a fed-batch strategy significantly improved microbial growth, particularly at low substrate concentrations, with biomass reaching up to 1.5 g/L in shakeflask cultures at 5% v/v ADE and up to 2.0 g/L in the bioreactor at 7.5% v/v ADE. Furthermore, under nitrogen-limiting conditions during the second stage of cultivation, PHBV accumulation increased markedly, reaching up to 9–10% w/w, highlighting the importance of feeding strategy and two-stage cultivation for optimizing biomass and bioplastic production.The use of anaerobically digested effluent (ADE) as an alternative substrate for the cultivation of cyanobacteria is of considerable research interest, as it combines biomass and bioplastic production with wastewater treatment. However, the complex composition of ADE, including the presence of ammonium nitrogen and potentially inhibitory compounds, makes it necessary to investigate appropriate cultivation strategies. Factors such as substrate concentration and cultivation mode (batch or fed-batch) are expected to significantly affect both microbial growth and cellular metabolic behavior, including the accumulation of storage compounds. The study of these parameters can contribute to the design of more efficient and sustainable processes, strengthening the role of cyanobacteria in circular economy applications. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/31525 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Greece | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/ | |
| dc.subject | Βιοπλαστικά | |
| dc.subject | Κυανοβακτήρια | |
| dc.subject | Αναερόβια απορροή | |
| dc.subject | Κυκλική οικονομία | |
| dc.subject.alternative | Bioplastics | |
| dc.subject.alternative | Cyanobacteria | |
| dc.subject.alternative | Anaerobic digestate effluent | |
| dc.subject.alternative | Circular economy | |
| dc.title | Μελέτης της επίδρασης της συγκέντρωσης και της στρατηγικής τροφοδοσίας αναερόβιας απορροής στην παραγωγή πολυυδροξυαλκανοϊκών εστέρων, μέσω της καλλιέργειας του κυανοβακτηρίου Chlorogleopsis fritschii | |
| dc.title.alternative | Study of the effect of concentration and anaerobic feed strategy on the production of polyhydroxyalkanoate esters, through the cultivation of the cyanobacterium Chlorogloeopsis fritschii |