Μελέτη της επίδρασης της θερμοκρασίας και του φωτισμού στην παραγωγή πολύ(ύδροξυ αλκανοϊκών) εστέρων μέσω της καλλιέργειας του κυανοβακτηρίου Chlorogloeopsis fritschii σε υγρή αναερόβια απορροή
Loading...
Date
2026-02-25
Authors
Καβουρίνου, Πολυξένη
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Τα πλαστικά πετροχημικής προέλευσης συνδέονται άμεσα με σοβαρά και διαρκώς επιδεινούμενα περιβαλλοντικά προβλήματα, λόγω της εκτεταμένης χρήσης τους και της ιδιαίτερα χαμηλής βιοαποικοδομησιμότητάς τους. Η συνεχής αύξηση της παραγωγής πλαστικών απορριμμάτων και οι περιορισμοί των συμβατικών μεθόδων διαχείρισής τους έχουν οδηγήσει την επιστημονική και βιομηχανική κοινότητα στην αναζήτηση βιώσιμων εναλλακτικών υλικών. Στο πλαίσιο αυτό, τα βιοπλαστικά και ειδικότερα οι πολύ(ύδροξυ αλκανοϊκοί) εστέρες (PHAs) αποτελούν μία ιδιαίτερα υποσχόμενη κατηγορία, καθώς είναι βιοδιασπώμενα, βιοσυμβατά και παράγονται από ανανεώσιμες πρώτες ύλες.
Τα μικροφύκη και τα κυανοβακτήρια έχουν αναδειχθεί ως εναλλακτικές πρώτες ύλες για την παραγωγή βιοπλαστικών, λόγω των υψηλών ρυθμών ανάπτυξής τους και της δυνατότητας αξιοποίησης υγρών αποβλήτων ως καλλιεργητικών υποστρωμάτων. Ωστόσο, η παραγωγή PHAs σε μεγάλη κλίμακα παραμένει οικονομικά απαιτητική. Η χρήση αναερόβιας απορροής ως καλλιεργητικό μέσο μπορεί να συμβάλει στη μείωση του κόστους παραγωγής, επιτυγχάνοντας ταυτόχρονα και τη βιοεξυγίανση των αποβλήτων.
Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η ανάπτυξη του κυανοβακτηρίου Chlorogloeopsis fritschii σε υγρό κλάσμα αναερόβιας απορροής, καθώς και η δυνατότητα συσσώρευσης βιοπλαστικού τύπου PHBV υπό συνθήκες καλλιεργητικού στρες. Η πειραματική διαδικασίας περιλάμβανε δύο διακριτά πειράματα σε φωτοβιοαντιδραστήρες.
Στο πρώτο πείραμα, το C. fritschii καλλιεργήθηκε σε αναερόβια απορροή συγκέντρωσης 10% v/v, υπό διαφορετικές θερμοκρασίες σε καθεστώς batch. Η ανάπτυξη του κυανοβακτηρίου ήταν επιτυχής, με τη μέγιστη τιμή συγκέντρωση βιομάζας να φτάνει 1.3 g L⁻¹ στους 45°C, ενώ επιτεύχθηκε σημαντική απομάκρυνση θρεπτικών συστατικών, με μείωση του COD, του αμμωνιακού αζώτου και του ολικού φωσφόρου. Κατά το δεύτερο στάδιο της καλλιέργειας, υπό συνθήκες έλλειψης αζώτου και φωσφόρου, παρατηρήθηκε συσσώρευση γλυκογόνου και μετέπειτα συσσώρευση βιοπλαστικού. Η μέγιστη συσσώρευση PHBV ανήλθε σε 11.5 % w/w επί ξηράς βιομάζας στους 35°C , με τη θερμοκρασία να επηρεάζει καθοριστικά τη μεταβολική απόκριση του μικροοργανισμού.
Στο δεύτερο πείραμα, διερευνήθηκε η επίδραση της έντασης φωτισμού και του ελέγχου του pH στην ανάπτυξη και στη συσσώρευση βιοπλαστικού, χρησιμοποιώντας αναερόβια απορροή 7.5% v/v σε καθεστώς fed-batch. Υπό υψηλή ένταση φωτός, το C. fritschii παρουσίασε την υψηλότερη παραγωγή βιομάζας σε σύγκριση με χαμηλές και υψηλές εντάσεις, φωτισμού φτάνοντας τα 2.4 g L⁻¹, ενώ ο έλεγχος του pH συνέβαλε στη σταθεροποίηση της καλλιέργειας και στη βελτίωση της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας. Κατά το δεύτερο στάδιο καλλιέργειας, η εφαρμογή συνεχούς φωτισμού οδήγησε σε υψηλότερη συσσώρευση γλυκογόνου και PHBV φτάνοντας τα 9% w/w PHBV υπό μέτρια ένταση φωτισμού, σε σχέση με τον κύκλο φωτός–σκότους 16:8 όπου η τιμή του PHBV παρέμεινε κάτω από 5% w/w, επιβεβαιώνοντας τη σημαντική επίδραση των φωτοπεριόδων στη μεταβολική κατανομή του άνθρακα.
Συνολικά τα αποτελέσματα δείχνουν πως η στρατηγική fed-batch αποτελεί έναν υποσχόμενο τρόπο καλλιέργειας, μειώνοντας σημαντικά τον απαιτούμενο χρόνο καλλιέργειας και οδηγώντας σε 85% αύξηση της παραγόμενης βιομάζας, ενώ η στρατηγική δύο σταδίων μπορεί να αξιοποιηθεί αποτελεσματικά τόσο για την επίτευξη υψηλών συγκεντρώσεων βιομάζας όσο και για τη συσσώρευση βιοπλαστικού.
Συμπερασματικά, τα αποτελέσματα της παρούσας διπλωματικής εργασίας καταδεικνύουν ότι το Chlorogloeopsis fritschii μπορεί να αξιοποιηθεί αποτελεσματικά για ταυτόχρονη ανάπτυξη και παραγωγή βιοπλαστικών στην αναερόβια απορροή, με τις συνθήκες θερμοκρασίας, φωτισμού και pH να διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στη μεγιστοποίηση της απόδοσης της διεργασίας.
Description
Keywords
Βιοπλαστικά, Κυανοβακτήρια, Αναερόβια απορροή, Φωτοβιοαντιδραστήρες