Original title:
Bioprodukce, charakterizace a aplikace vybraných biopolymerů
Translated title:
Bioproduction, Characterization and Application of Selected Biopolymers
Authors:
Benešová, Pavla ; Pekař, Miloslav (referee) ; Čertík, Milan (referee) ; Márová, Ivana (advisor) Document type: Doctoral theses
Year:
2017
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická Abstract:
[cze][eng]
Předložená dizertační práce je zaměřena na mikrobiální produkci biopolymerů s využitím obnovitelných zdrojů, jako zdroje uhlíku a dusíku. Mikrobiálně byly produkovány polysacharidy a polyestery. S využitím především odpadních substrátů byl produkován pullulan a polymer kyseliny jablečné jako extracelulární metabolity polymorfního mikroorganismu Aureobasidium pullulans. Další část práce je věnována biotechnologické produkci bakteriálních plastů polyhydroxyakanoátů (PHA), které jsou bakteriemi produkovány ve formě intracelulárních granulí. Produkce biodegradabilních PHA je zaměřena jak na produkci poly(3-hydroxybutyrátu), tak také na biosyntézu technologicky významného kopolymeru poly(3-hydroxybutyrát-co-3-hydroxyvalerátu), s důrazem na možnost využití odpadních substrátů v rámci konceptu biorafinerie. Do konceptu biorafinerie zapadá zejména využití kávové sedliny pro produkci PHA. Hydrolyzát kávové sedliny byl využit jako substrát pro Burlkholderia cepacia, akumulován byl P(3HB-co-3HV) bez nutnosti přídavku prekurzoru. Další kávový odpad představoval olej extrahovaný z kávové sedliny, který byl taktéž využit pro produkci PHA bakterií Cupriavidus necator. Optimalizován byl proces hydrolýzy odpadních materiálů, které byly využity pro produkci biopolymerů, s důrazem na finální obsah sacharidů a polyfenolů. Odpadní materiály nebyly využity pouze jako zdroje uhlíku, ale také jako komplexní zdroj dusíku. Hydrolyzáty syrovátky a kuřecího peří byly použity, jako komplexní zdroj dusíku pro produkci PHA C. necator, pro kultivaci byl jako zdroj uhlíku využit odpadní fritovací olej. V rámci předložené dizertační práce byla snaha využít zejména PHA pro přípravu různých aplikačních forem. Připraveny byly lipozomy s přídavkem PHB a odpadním kávovým olejem, které vykazovaly antioxidační a antimikrobiální efekt. Nano(mikro)vlákenné materiály z PHB byly připraveny za účelem filtrace mikrobiálních suspenzí. Pro zlepšení filtračních schopností byly připraveny kompozitní PHB vlákenné materiály s přídavkem aktivního uhlí a oxidů kovů. Součástí této práce je také studium degradace polyhydroxyalkanoátů, kdy byla studována produkce PHA depolymeráz u vybraných mikroorganismů. Testována byla také biodegradabilita různých PHA forem standardním kompostovacím testem IS/ISO 20200. Tento test byl také použit pro studium mechanických vlastností polyuretanu s parciálním obsahem PHB v závislosti na délce působení kompostovacích podmínek.
Proposed doctoral thesis deals with microbial production of biopolymers (polysaccharides and polyesters) using renewableble inexpensive resources as carbon and nitrogen source. At first, production of extracellular metabolites, mainly pullulan and poly-L-malic acid, by polymorphic microorganism Aureobasisium pullulans was studied. Further part of thesis was focused on production of bacterial biopolyesters polyhydroxyalkanoates (PHA). PHA are produced in the form of intracellular granules by various bacteria species. During the study of PHA production, sythesis of poly(3-hydroxybutyrate) and technologically significant copolymer poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) was investigated as well with regard to waste substrate utilization in biorafinery concept. Spent coffee ground seemed to be applicable waste in biorefinery proces. One of the coffee wastes used for PHA production was spent coffee ground hydrolysate which was converted to PHA by Burkholderia cepacia. Moreover, copolymer of 3HB and 3HV was accumulated when SCGH was used as a sole carbon source, no precursor had to be added. Another coffee waste, which was utillized by Cupriavidus necator H16, is represented by oil extracted from spent coffee grounds. Hydrolysis proces of waste substrates had to be optimized, to reach the highest possible saccharide concentration. Due to the hydrolysis process several toxic compounds can be formed, hence, influence of hydrolysis procesings on polyphenols content in hydrolysates was monitored. Waste substrates were also tested as potentional complex nitrogen source for PHA production. Hydrolysates of cheese whey and chicken feather were used as inexpensive complex nitrogen source for PHA production by C. necator, when waste frying oil was used as a carbon substrate. The finnal part of the thesis is dealing with possibilities how the PHA can be processed into atractive aplication forms. Liposomes with partial content of PHB had been prepared, moreover, for improving of antioxidant activity and antimicrobial effect the waste coffee oil was added. Micro-fibrous PHB materials were prepared for the purposes of water filtration. Higher filtration effectivity was observed when composite PHB fibrous material containing active charcoal or metal oxides was used. Important part of thesis is represented by study of degradation processes of prepared PHA-based aplication forms. Various microorganisms were tested on PHA depolymerases production. Biodegradability of PHA materials was tested in of composting conditions by standard composting test IS/ISO 20200. Changes in mechanical properties of polyurethan, where polyol was partialy replaced by PHB, were tested depending on the exposure of composting condition.
Keywords:
Biopolymers; degradation; polyhydroxyalkanoates; polymalic acid; pullulan; waste substrates; Biopolymery; degradace; odpadní substráty; polyhydroxyalkanoáty; polymer kyseliny jablečné; pullulan
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/64854
guest ::
