|
|
VYUŽITÍ ODPADŮ Z POTRAVINÁŘSKÝCH VÝROB NA BIOPRODUKCI KYSELINY MLÉČNÉ A ETHANOLU
Hudečková, Helena ; Kráčmar, Stanislav (oponent) ; Buňka, František (oponent) ; Márová, Ivana (vedoucí práce)
Předložena disertační práce je zaměřena především na mikrobiální produkci kyseliny mléčné a ethanolu z odpadů z potravinářských výrob. Jakožto substráty byly vybrány odpad z produkce kávy (kávová sedlina), odpad z produkce vína (matoliny), odpad ze zpracování citrusových plodů (pomerančové slupky). Teoretická část se věnuje shrnutí dosavadních poznatků o odpadech z potravinářských výrob a možnostech jejich zpracování. Pojednává také o vybraných metabolitech (kyselina mléčná, ethanol), na které mohou být tyto odpady utilizovány. Část experimentů se zabývala především charakterizací a optimalizací hydrolýz pro maximalizaci množství fermentovatelných sacharidů. Byly provedeny různé kombinace chemickýc, fyzikálních a enzymatických hydrolýz vybraných substrátů. Následně byl vybírán vhodný produkční kmen kyseliny mléčné a ethanolu. V případě produkce kyseliny mléčné bylo vybráno 7 kmenů (Lactobacillus casei CCM 4798, Bacillus coagulans CCM 2013, Bacillus coagulans CCM 2658, Lactobacillus rhamnosus CCM 1825T, Lactobacillus delbruckii subsp. bulgaricus CCM 7190, Lactobacillus plantarum CCM 7039T, Streptococcus thermophilus CCM 4757), které byly kultivovány nejprve na syntetických médiích s obsahem různých sacharidů a následně byly testovány na konkrétních hydrolyzátech odpadních substrátů. V případě produkce ethanolu byly testovány 2 kmeny (S. cerevisiae CNCTC 6646 a S. cerevisiae CNCTC 6651) na hydrolyzátech jednotlivých odpadních substrátů. Následně byla věnována část experimentů produkci kyseliny mléčné a ethanolu na hydrolyzátech jednotlivých odpadních substrátů za kontrolovaných podmínek v bioreaktoru. Závěrečná část předložené disertační práce se zabývala testováním mikroaerobní předúpravy lignocelulosového materiálu pro zvýšení produkce organických kyselin během acetogenní fáze anaerobní digescí.
|
|
|
Využití separačních technik na bázi plynové a kapalinové chromatografie s různým typem detektorů pro stanovení biologicky aktivních látek a vybraných xenobiotik
Mravcová, Ludmila ; Hajšlová, Jana (oponent) ; Kráčmar, Stanislav (oponent) ; Chýlková,, Jaromíra (oponent) ; Vávrová, Milada (vedoucí práce)
Předložená práce se zabývá využitím separačních technik pro analýzu degradace polymerů a polycyklických aromatických uhlovodíků. Je rozdělena na dvě části, které jsou zpracovány samostatně. V první části práce byly studovány zejména degradační vlastnosti blokových kopolymerů na bázi kyseliny mléčné, glykolové a poly(ethylenglykolu) PLGA-PEG-PLGA a ITA-PLGA-PEG-PLGA-ITA (modifikovaný kyselinou itakonovou). S využitím těchto kopolymerů (především jejich termosensitivních hydrogelů) se počítá v ortopedii na léčbu zlomenin (jako „lepidlo“). U vybraných vzorků kopolymerů byly sestaveny diagramy jejich fázového přechodu sol-gel. Pro další studium byly použity vzorky tvořící gel při 37 °C. Vzorky byly degradovány ve fosfátovém pufru o pH 7,4, při teplotě 37 °C. Degradace vzniklých fyzikálních hydrogelů byla popsána poklesem molekulové hmotnosti polymeru a nárůstem koncentrací kyseliny mléčné a glykolové v roztoku pufru. Bylo zjištěno, že polymer modifikovaný kyselinou itakonovou podléhá rychlejší degradaci než stejný nemodifikovaný polymer, rovněž bylo prokázáno, že vzorky s nižším poměrem PLGA/PEG degradují rychleji než s poměrem vyšším. Rychlost degradace je také zavislá na hodnotě pH pufru a to v pořadí pH 4,0
|
|
| |
|
|
Studium faktorů ovlivňujících tvorbu těkavých aromaticky aktivních látek v přírodních materiálech
Loupancová, Blanka ; Vávrová, Milada (oponent) ; Kráčmar, Stanislav (oponent) ; Fišera, Miroslav (vedoucí práce)
Produkce vysoce kvalitních potravin vyžaduje precizní kontrolu faktorů ovlivňujících jejich kvalitu. Cílem této disertační práce bylo pomocí vhodných fyzikálních, chemických a senzorických metod sledovat vliv sterilačního záhřevu a teploty a doby skladování na vybrané parametry vhodné potravinářské matrice. Jako modelová matrice byl zvolen sterilovaný tavený sýr. Tavený sýr je koncentrát mléčných bílkovin, vyráběný tavením směsi přírodních sýrů, tavicích solí, vody a dalších mléčných, příp. nemléčných surovin. Použitím vysoké teploty (cca 80-100 °C) při tavení dochází k žádoucí přeměně této směsi na homogenní hladkou lesklou hmotu požadovaných texturních, strukturních, reologických a senzorických vlastností. Sterilovaný tavený sýr je po výrobě podroben ještě sterilačnímu záhřevu (nad 100 °C), čímž se výrazně prodlouží jeho trvanlivost. V rámci disertační práce byly analyzovány tavené sýry (sušina 40 % w/w, tuk v sušině 45 % w/w), část vzorků byla podrobena termosterilaci (117 °C 20 min.). Sýry byly skladovány při různé teplotě (chladírenské 6 ± 2 °C, skladové 23 ± 2 °C a zátěžové 40 ± 2 °C), sterilované po dobu 2 let, nesterilované 1 rok. V pravidelných intervalech byly odebírány vzorky pro fyzikální (instrumentální měření barvy a textury), chemické (stanovení mastných kyselin a aromaticky aktivních látek) a senzorické (hodnocení pomocí stupnice, párová porovnávací zkouška, pořadová zkouška) analýzy. Byl zkoumán jednak vliv sterilačního záhřevu, jednak vliv skladovacích podmínek na uvedené parametry. Nesterilované tavené sýry si udržely velmi dobrou senzorickou kvalitu po celou dobu deklarované trvanlivosti (4 měsíce), po jejím uplynutí však došlo k výraznému zhoršení většiny sledovaných senzorických vlastností. Následkem použitého sterilačního záhřevu došlo ke změně barvy a textury sýrů, což vyplývá z výsledků senzorického i instrumentálního stanovení. Dochází i ke zhoršení chuti a vůně. Tyto změny jsou patrné ihned po vyrobení a rozdíly byly pozorovány po celou dobu použitelnosti. U sterilovaných tavených sýrů došlo během skladování k výraznému zhoršení jednotlivých senzorických ukazatelů. Nejvyšší pokles byl zaznamenán u konzistence, vůně a chuti. Výsledky instrumentálních technik potvrzují závěry vyplývající ze senzorického hodnocení. Měření barvy a textury potvrzuje vznik tmavšího zbarvení (zvyšující se celkový rozdíl barvy delta E*) a vyšší tvrdost (zvýšení Fmax) sterilovaných tavených sýrů, pokračující během skladování. Zhoršující se chuť a vůně je v souladu se snižujícím se obsahem aromaticky aktivních látek a vybraných mastných kyselin.
|
|
|
Studium metabolismu bakteriálních buněk a vlivu stresu na biosyntézu PHA
Kučera, Dan ; Kráčmar, Stanislav (oponent) ; Ondrejovič,, Miroslav (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Předložená dizertační práce se zabývá studiem biosyntézy polyhydroxyalkanoátů, jakožto mikrobiálního produktu s potenciálem nahradit současné konvenční plasty vyráběné z ropy. Dizertační práce je vypracovaná ve formě diskutovaného souboru již uveřejněných publikací, které jsou pak součástí práce ve formě příloh. Práce navazuje na poměrně rozsáhlé znalosti v oblasti produkce polyhydroxyalkanoátů a přináší nové skutečnosti a možné strategie. V rámci práce byly testovány rozličné možnosti analýzy polyhydroxyalkanoátů pomocí moderních metod, které přináší především rychlost, která může být klíčová při „real-time“ evaluaci produkčního biotechnologického procesu. Ramanova spektroskopie se ukázala jako velice perspektivní technika pro rychlou kvantifikaci PHA. Dále se práce zabývá valorizací odpadů potravinářského a zemědělského původu. Důraz je kladen především na metody detoxifikace hydrolyzátů lignocelulózy. V tomto kontextu byla poprvé využita adsorpce inhibitorů na lignin jako alternativa k dalším detoxifikačním technikám. Vybrané produkční kmeny Burkholederia cepacia a B. sacchari byly díky detoxifikaci schopné utilizovat hydrolyzát měkkého dřeva pro produkci PHA. V další části práce byla testována také možnost využítí kuřecího peří jako komplexního zdroje dusíku. V rámci práce bylo také využito evoluční inženýrství jako možná strategie pro eliminaci inhibičního účinku kyseliny levulové – mikrobiálního inhibitoru, který vzniká při hydrolýze lignocelulózových materiálů. Adaptačními experimenty byly z původního divokého kmene C. necator vyvinuty kmeny projevující se vyšší odolností ke kyselině levulové a schopné akumulovat kopolymer s vyšším zastoupením 3HV. Dalším slibným přístupem testovaným v rámci práce bylo využití extrémofilního mikrobiálního kmene, což vede ke snížení nákladů na biotechnologickou produkci. Vybrané druhy rodu Halomonas prokázaly vysoký potenciál jako halofilní producenti PHA. Závěrečná část práce se věnovala výběru produkčního kmene s ohledem na vlastnosti výsledného PHA. Kmen Cupriavidus malaysiensis byl vybrán za účelem produkce terpolymeru P(3HB-co-3HV-co-4HB) u kterého byly odhaleny značné rozdíly v materiálových vlastnostech oproti P3HB.
|
|
|
Fyzikálně-chemické aspekty ekologických teplonosných kapalin
Skolil, Jan ; Kráčmar, Stanislav (oponent) ; Vávrová, Milada (oponent) ; Čorňák, Štefan (oponent) ; Čáslavský, Josef (vedoucí práce)
Disertační práce rozvíjí složení nemrznoucích teplosměnných kapalin mimo tradiční jednodruhové glykoly vyráběné z propenu a ethenu. Na základě posouzení zejména fyzikálních vlastností zvažuje použití progresivních nemrznoucích látek glycerinu a propan 1,3-diolu a jejich směsí s klasickými glykoly, které nemají významné negativní účinky na životní prostředí a jsou v posledních letech vyráběny z obnovitelných surovin. Vzhledem k nutnosti volby určitého kompromisu mezi vlivy na jednotlivé teplosměnné vlastnosti, cenu, rozpustnost a podobně jsou zde stanoveny fyzikální vlastnosti vybraných směsí a synergický vliv jednotlivých složek, včetně receptur s glykoly: ethan-1,2-diolu a propan-1,2-diolu. U zkoumaných formulací byla kromě teplonosných vlastností posouzena i antikorozní ochrana běžných směsí inhibitorů koroze. Výsledkem celé práce je návrh několika nejperspektivnějších formulací směsi vícesytných alkoholů z hlediska jejich vlastností umožňujících přenos tepla, přijatelné náklady a hlavně omezení vlivu jejich použití zejména v teplosměnných systémech na zdraví člověka a životní prostředí. Znalosti fyzikálních vlastností vodných roztoků směsí vícesytných alkoholů též pomohou k perspektivnějšímu využití recyklátu získávaného z plánované regenerační linky na glykoly.
|
|
|
Studium průniku PBDE a perfluorovaných sloučenin do vodních ekosystémů
Vondráčková, Ilona ; Chýlková, Jaromíra (oponent) ; Hroch, Martin (oponent) ; Kráčmar, Stanislav (oponent) ; Vávrová, Milada (vedoucí práce)
V předložené dizertační práci byla řešena problematika výskytu polybromovaných difenyletherů (PBDE) a vybraných perfluorovaných sloučenin v životním prostředí. Studie byla zaměřena na zjištění a následné ověření optimální metody pro stanovení PBDE a perfluorovaných sloučenin ve vzorcích odebraných z vodního ekosystému. Polybromované difenylethery patří mezi perzistentní sloučeniny, které byly klasifikovány jako jedny ze závažných znečišťujících látek. Ve složkách životního prostředí jsou prokazovány především v posledních deseti letech. Pro naše studie byly zvoleny jako vhodné matrice povrchové vody a sedimenty, které byly odebírány v různých lokalitách na povodí řeky Svratky. Jejich analýza měla prokázat, zda se v těchto specifických matricích kumulují, setrvávají zde delší dobu a představují tak sekundární kontaminanty vodních ekosystémů. Byly posuzovány tyto kongenery polybromovaných difenyletherů: BDE-28, 47, 66, 85, 99, 100, 153, 154 a 183. Pro jejich izolaci z matrice byly použity různé extrakční techniky, a to ultrazvuková extrakce, mikrovlnná extrakce a tlaková extrakce rozpouštědlem. Jejich finální stanovení bylo prováděno metodou plynové chromatografie s detektorem elektronového záchytu (GC/ECD). V našich prováděných studiích byly rovněž porovnávány základní chemické, fyzikální a environmentální vlastnosti difenyletherů ve složkách životního prostředí. Pozornost byla zaměřena také na perfluoroktanové sloučeniny (PFOA), (PFOS) a (PFOSA). Byly popsány fyzikálně-chemické vlastnosti těchto organických znečišťujících látek a zhodnoceny jejich toxikologické a environmentální aspekty. Byla posouzena vhodnost použitých extrakčních technik (ultrazvuková extrakce, tlaková extrakce rozpouštědlem, extrakce tuhou fází) pro izolaci PFCs ze vzorků sedimentů. Identifikace a následná kvantifikace vybraného analytu z této skupiny byla prováděna metodou kapalinové chromatografie s hmotnostní spektrometrií (HPLC/MS). Optimalizované metody byly potom aplikovány na reálné vzorky. Povrchová voda a sediment byly odebírány v povodí řeky Svratky, a to celkem na 19 odběrových místech. Výskyt PBDE byl potvrzen ve vzorcích sedimentů z řeky Svratky (g.kg-1), ve vzorcích povrchové vody však nebyly PBDE vůbec detekovány, případně se jejich koncentrace nacházely pod limitem detekce; perfluorované sloučeniny nebyly ve vzorcích sedimentů a vody detekovány vůbec.
|
|
|
Studium distribuce halogenovaných difenyletherů do složek životního prostředí
Hroch, Martin ; Hajšlová, Jana (oponent) ; Kráčmar, Stanislav (oponent) ; Šucman, Emanuel (oponent) ; Vávrová, Milada (vedoucí práce)
V posledních letech je značná pozornost věnována problematice bromovaných retardátorů hoření (BFR’s – Brominated Flame Retardants), které tvoří různorodou skupinu organických sloučenin. Ještě v nedávné minulosti byly nejhojněji zastoupenou skupinou především polybromované difenylethery (PBDE), které nalezly široké použití v mnoha průmyslových odvětvích. Důvodem aplikace právě těchto látek je schopnost zpomalovat proces hoření a snižovat riziko vznícení při nadměrném záhřevu materiálu. Na druhou stranu přibyly vážné obavy související s užíváním PBDE. Nejzávažnějším problémem je zejména jejich možné uvolňování ze spotřebních výrobků při jejich běžném používání, toxicita a vysoká perzistence ve složkách životního prostředí. Některé z těchto kontaminantů se navíc vyznačují vysokým stupněm akumulace v biologických systémech. V předložené disertační práci byla prostřednictvím několika dílčích studií řešena problematika posouzení úrovně znečištění vodního a terestrického ekosystému vybraných lokalit České republiky PBDE. Jedním z cílů bylo rovněž zmapování situace v systému chovných rybníků nedaleko obce Záhlinice v oblasti střední Moravy. Zde byla posuzována míra kontaminace u ryb a ptáků, jako dvou po sobě jdoucích článků potravinového řetězce. Získané výsledky potvrdily z větší části předpoklad, že se vzrůstající trofickou úrovní organismů dochází k bioakumulaci a tím i k vyšším hladinám těchto xenobiotik. Pro porovnání byl odchyt ryb a ptáků realizován také v jiných lokalitách ČR. V Bartošovicích a Hustopečích nad Bečvou byly obsahy, které detekované u káněte lesního a volavky popelavé srovnatelné, u kormoránů byly naopak zjištěny obsahy PBDE řádově vyšší. Kromě toho byly posuzovány hladiny PBDE detekované ve tkáních jedinců bioindikačního druhu jelec tloušť, odlovených na jaře a na podzim ve dvou lokalitách na řece Svratce. Porovnávány byly nálezy PBDE ve svalovině, kůži a vnitřnostech. Získané výsledky ukazují, že mezi jednotlivými tkáněmi, resp. i mezi lokalitami, nebyla prokázána výrazná variabilita a nálezy sledovaných látek jsou prakticky srovnatelné. S cílem určit obsah PBDE v rybách žijících ve vodních nádržích na řece Svratce byl proveden odlov ryb na Vírské a Brněnské přehradě. V obou lokalitách byl pilotním monitorovaným druhem cejn velký, který byl doplněn i ostatními druhy ryb. Výsledky analýz indikují, že vyšší koncentrace PBDE byly zjištěny v rybách pocházejících z Brněnské přehrady. Rozdílná byla také distribuce jednotlivých kongenerů v rybách odlovených na obou odběrových místech. Pro zmapování úrovně kontaminace terestrického ekosystému PBDE bylo použito několik druhů rostlinných bioindikátorů. Jednalo se o jehličí (borovice lesní, borovice vejmutovka, jedle bělokorá, smrk pichlavý) sesbírané z různých lokalit České republiky. Další zvolenou rostlinnou matricí byla objemná krmiva (pšenice obecná, ječmen, vojtěška setá, jetel luční) a olejniny (řepka olejka), pocházející z oblasti Nového Jíčína, z hospodářství Školního zemědělského podniku Veterinární a farmaceutické univerzity Brno. Zjištěné hodnoty koncentrací PBDE byly velmi nízké, vesměs se pohybovaly na úrovni detekčních limitů použité analytické metody.
|
|
|
Prekoncentrační techniky pro stanovení uranu s využitím modifikovaných sorbentů.
Moos, Martin ; Řehůřková, Irena (oponent) ; Kanický, Viktor (oponent) ; Kráčmar, Stanislav (oponent) ; Sommer, Lumír (vedoucí práce)
Práce byla zaměřena na prekoncentrační techniky pro stanovení uranu na modifikovaných sorbentech, s finálním využitím ICP-OES a ICP-MS. Stanovení uranu bylo provedeno na ICP-OES při vlnové délce 385,958 nm. Byly nastaveny optimální provozní parametry přístroje, vyšetřen vliv minerálních kyselin (HCl, HNO3), tenzidů (Septonexu, Ajatinu) a organických činidel (4-(2-pyridylazo)resorcinolu, Ammonium pyrrolidindithiokarbamidátu, 8 -hydroxychinolin-5-sulfonové kyseliny a 1,2-dihydroxyantrachinonu-3-sulfonové kyseliny). Pro analýzu vzorků pomocí ICP-MS byl vybrán izotop 238U, jako interní standard byl použit 209Bi (200 ?g•l-1). Pro prekoncentraci uranu (VI) byly použity modifikované silikagely (Silikage-C18, C8 a Fenyl) a dva typy Amberlitů XAD 4 a XAD 16. Komerčně vyráběné Amberlity byly upraveny sušením při 100°C (24 hod), následně pomlety, a z pomletého sorbentu byla vybrána frakce 0,32-0,63 ?m. Takto získaný sorbent byl aktivován v metanolu. Kondicionace Amberlitů provedena deionizovanou vodou a Septonexem (5•10-3 mol•l-1) při pH 8. Samotná sorpce uranu (VI) probíhala optimálně při pH 8 v přítomnosti 4-(2-pyridylazo)resorcinolu nebo ammonium pyrolidindithiokarbamidátu u Amberlitu XAD 16 ještě 1,2-dihydroxyantrachinon-3-sulfonové kyseliny, vše v optimálním pětinásobném hmotnostním nadbytku ke koncentraci uranu (VI). Pro opětnou eluci byla optimální směs acetonu s 1 mol•l-1 HNO3 v poměru 1:1. Aceton byl posléze z eluátu odpařen a finální analýza provedena pomocí ICP-OES. Při prekoncentraci uranu (VI) s využitím sorbentu Silikagel-C18 byla kondicionace provedena etanolem, deionizovanou vodou a Zephyraminu (5•10-4 mol•l-1) při pH 8. Pro Silikagel-C8 a Silikagel-Fenyl byla použita stejná kondicionace pouze bez Zephyraminu. Při použití sorbentu Silikagel-C18 poskytovala nejvyšší sorpční účinnost 1,2-dihydroxyantrachinon-3-sulfonová kyselina, při použití Silikagelu-C8 ammonium pyrrolidindithiokarbamidát a pro Silikagel-Fenyl 8-hydroxychinolin-5-sulfonová kyselina, vše optimálně v pětinásobku hmotnostní koncentrace uranu (VI) při pH 8. Optimální eluce provedena směsí acetonu a etanolu v poměru 1:1 v přítomnosti 1 mol•l-1 HCl, u všech modifikovaných silikagelů. Aceton a etanol byl z eluátu odstraněn odpařením a finální analýza uranu provedena pomocí ICP-MS. Nejlépe se osvědčil sorbent silikagel-C18 v přítomnosti Zephyraminu a 1,2-dihydroxyantrachinon-3-sulfonové kyseliny. Tato sorpce probíhala také v přítomnosti 20 ?g•l-1 mikroelementů (Be, V, Co, Ni, Y, Pb, Th, Cd) a v přítomnosti definovaného nadbytku K, Na, Ca, Mg, Al a Fe. Přímá analýza uranu byla provedena u vzorku vody z řeky Ploučnice a z Turonské zvodně s obsahem uranu 3,5 a 19,3 ?g•l-1. Ostatní studované vody vyžadovaly prekoncentraci uranu (VI) na sorbentu Silikagel-C18 v přítomnosti 1,2-dihydroxyantrachinon-3-sulfonové kyseliny a Zephyraminu. Výsledky analýzy dávaly statisticky uspokojivé výsledky, které potvrdilo i použití standardního přídavku 20 ?g•l-1.
|
|
|
Molecular Study of Intracellular Changes as Response of Microorganisms to Environment
Čarnecká, Martina ; Kráčmar, Stanislav (oponent) ; Márová, Ivana (vedoucí práce)
In nature yeast cells live in a rapidly changing environment. In order to survive constant fluctuations in their external surroundings cells quickly and effectively adapt their internal systems to meet the challenges of each new environment. One aspect of this cellular adaptation is the reorganization of genomic expression to the program required for growth in each environment. This genomic reorganization results in altered cell’s metabolome and physiology. The molecular responses elicited by the cells dictate whether the organism adapts, survives or, if injured beyond repair, undergoes death. In this work, genomic, proteomic and metabolic profiles of some carotenogenic yeasts grown in optimal and stress conditions were compared. To increase the yield of carotenoid pigments, several types of environmental changes as well as nutrition stress were applied. Yeasts were cultivated under osmotic, oxidative and metal stress, on different carbon sources or on various waste materials (whey, potato extract). Some chemical and UV mutants were also prepared and tested. Changes on yeast metabolome level were studied by RP-HPLC/MS technique used to carotenoid analysis. Another possibility to study stress response is preparation of transformed cells with deletion of definite genes. For setup, the method was first optimized for fission yeasts Schizosaccharomyces pombe. Technique is based on knockout constructs that contain regions homologous to the target gene cloned into vectors carrying dominant drug-resistance markers. As transformation vector plasmid pCloneKanmx confering resistance to geneticine was used. The vector and constructs were digested by relevant restriction endonucleases, ligated, amplified in E.coli and transformed into the yeast Schizosaccharomyces pombe sp286. Positive transformants were selected according to resistance to geneticine and checking PCR products. By analysis of transformants proteins required for meiotic chromosome segregation were identified.
|
host ::
RSS.