|
|
Vývoj a optimalizace metody pro extrakci kyseliny ferulové z pšeničných otrub
Hubačová, Klára ; Štursa, Václav (oponent) ; Pořízka, Jaromír (vedoucí práce)
Bakalářská práce se zabývá využitím pšeničných otrub jako suroviny pro extrakci kyseliny ferulové. Pšeničné otruby jsou vedlejším produktem při velkoobjemovém zpracovávání obilovin, pšenice, na mouku v mlynárenském průmyslu. Tento produkt o velmi nízké ceně je tradičně používán ke krmným účelům hospodářských zvířat. Jeho každoročně vyprodukované velké množství, avšak nižší spotřeba jako krmiva, je iniciativou pro další potenciální využití. Prostudováním složení otrub bylo zjištěno mimo jiné značné zastoupení fenolických kyselin, z nichž největší podíl tvoří kyselina ferulová. Tato kyselina je vázána v buněčné stěně na přítomné polysacharidy. Pomocí alkalické hydrolýzy jako extrakční metody se naruší vazby mezi kyselinou ferulovou a polysacharidy. Následným vysrážením ethanolem a filtrací se získá filtrát obsahující požadovanou kyselinu ferulovou. Kyselina ferulová má blahodárné účinky na lidské zdraví, mezi které patří např. účinky antioxidační, protizánětlivé, antimikrobiální, antikarcinogenní a další. Významnou roli hraje také jako filtr proti UV záření, čehož se využívá v kosmetice.
|
|
|
Optimalizace adsorpce kyseliny ferulové na různých typech adsorbentů
Bariyeva, Aizat ; Diviš, Pavel (oponent) ; Pořízka, Jaromír (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá optimalizačními procesy adsorpce kyseliny ferulové na různých typech sorbentů. Konkrétně se jedná o sorbenty heterogenního charakteru – aktivní uhlí a makroporézní polymerní sorbenty Amberlyst A-21 a Amberlit XAD-16. V teoretické části je zcela charakterizována kyselina ferulová, dále je diskutována problematika adsorpčních procesů. Pro stanovení fenolické kyseliny byly použité instrumentální metody UV-VIS a HPLC. Hlavním cílem experimentální části je optimalizace různých parametrů adsorpce, včetně sestrojení adsorpčních izoterem, stanovení maximální adsorpční kapacity jednotlivých sorbentů, studium kinetiky a mechanizmů adsorpce. Byl stanoven vliv soli pro posouzení, zda jsou anorganické soli mají významný dopad na adsorpční kapacity kyseliny ferulové. Na základě těchto parametrů byla stanovena optimální hodnota pH = 3, optimální navážka s poměrem m/V = 0,009 gml-1 a kontaktní čas 50 min pro všechny tři adsorbenty. Ze studovaných adsorpčních izoterem Langmiurův model byl považován za nejlepší, dále byly stanoveny příslušné maximální adsorpční kapacity pro všechny tři sorbenty s hodnotami 150,4 mgg-1 pro aktivní uhlí, 209,1 mgg-1 pro Amberlyst A-21 a 82 mgg-1 pro Amberlyt XAD-16. Při studiu kinetických modelů byl vybrán model pseudo-druhého řadu pro tři adsorbenty, který koreloval s výsledky získanými Langmuirovou izotermou. Pokles adsorpční kapacity při stanovení vlivu NaCl činil 4 % u aktivního uhlí, u polymerních sorbentů byl stanoven pokles adsorbovaného množství o 52 % a 55 % pro Amberlyst A-21 a Amberlyt XAD-16 respektive. Při testu kompetice 3 různých fenolických kyselin za optimalizovaných podmínek adsorpční selektivita vrůstala v pořadí kyselina sinapová ferulová p-kumarová pro adsorbenty XAD-16 a aktivní uhlí. Pro sorbent A-21 adsorpční síla vrůstala v pořadí kyselina p-kumarová ferulová sinapová. Výsledky práce naznačují vhodnost všech třech sorbentů pro adsorpci fenolických kyselin.
|
|
|
Biotransformace kyseliny ferulové na senzoricky aktivní látky
Opial, Tomáš ; Pernicová, Iva (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Bakalárska práca sa zaoberala biotransformáciou kyseliny ferulovej na senzoricky aktívne látky. Experiment bol založený na sledovaní biotransformačného potenciálu vybraných mikroorganizmov metódou vysoko účinnej kvapalinovej chromatografie (HPLC) pričom kultivácia prebiehala v dvoch paralelných prevedeniach a vzorky s pridanou kyselinou ferulovou boli rozdelené na 24 hodinové pôsobenie a 48 hodinové pôsobenie kyseliny ferulovej na bakteriálne kultúry. Bolo zistené, že termofilné baktérie a halofilná baktéria Halomonas neptunia sú najvhodnejšími kandidátmi na biotransformáciu kyseliny ferulovej na senzoricky aktívne látky. Pri oboch vzorkách baktérii Schlegelella thermodepolymerans (DSM 15344 a DSM 15264) došlo k vzniku 33 mg/l a 76 mg/l kyseliny vanilovej a 81 mg/l a 71 mg/l 4-vinylguaiacolu po 24 hodinovom pôsobení kyseliny ferulovej. U vzorky s baktériou T. taiwanensis po 48 hodinovom pôsobení kyseliny ferulovej vzniklo 61 mg/l kyseliny vanilovej a 32 mg/l 4-vinylguaiacolu a u vzorky R. xylanophilus 56 mg/l 4-vinylguaiacolu. U vzorky s baktériou H. neptunia po 24 hodinovom pôsobení kyseliny ferulovej došlo k jej premene na 296 mg/l kyseliny vanilovej, čo činilo až 59% konverzie pôvodnej kyseliny ferulovej a u vzorky s baktériou H. organivorans po 24 hodinovom pôsobení kyseliny ferulovej vzniklo 71 mg/l kyseliny vanilovej. Avšak po 48 hodinovom pôsobení kyseliny ferulovej kyselina vanilová degradovala. Okrem screeningu biotransformačného potenciálu sa vykonalo aj porovnanie sekvencie bakteriálnych enzýmov, podieľajúcich sa na biotransformácii, s proteínovými sekvenciami v databáze pomocou vyhľadávacieho nástroja BLAST. Prítomnosť génov kódujúcich enzýmy podieľajúcich sa na biotransformácii bola dokázaná takmer pre všetky používané mikroorganizmy okrem baktérie H. neptunia, pre ktorú nebol dokázaný ani jeden gén. Najväčší počet prítomných génov u baktérii bol pri enzýmoch feruloyl-CoA-syntetáza, enoyl-CoA hydratáza/izomeráza, acetoacetyl-CoA thioláza a vanilín dehydrogenáza.
|
|
|
Vývoj a validace postupu pro izolaci kyseliny ferulové z pšeničných otrub
Nábělek, Jakub ; Obruča, Stanislav (oponent) ; Pořízka, Jaromír (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zaobírá vývojem a validací postupu pro izolaci kyseliny ferulové z pšeničných otrub. Byl testován postup izolace založený na alkalické hydrolýze otrub a následné adsorpce kyseliny ferulové. V teoretické části se tato práce zmiňuje o složení pšeničných otrub. Je zde zmíněna podrobná charakterizaci kyseliny ferulové. princip adsorpčního mechanismu s popisem použitých adsorbentů. Také jsou popsány použité analytické metody. Byly testovány různé druhy adsorbentů - Aktivní uhlí (2,53 ± 1,16 mg.l-1), Amberlit XAD-16 (241,55 ± 10,42 mg.l-1)., Amberlyst A-21 (105,73 ± 11,87 mg.l-1), Amberlit IRA-900Cl (5,90 ± 0,68 mg.l-1) a Amberlit IRA-96 (189,16 ± 6,49 mg.l-1). Jako nejúčinnější adsorbent byl vybrán XAD-16 pro jeho dobré adsorpční vlastnosti a jednoduchou desorpci kyseliny ferulové. Celý proces prošel podrobnou optimalizací s cílem maximalizovat čistotu finálního produktu. Izolát byl charakterizován pomocí HPLC a FTIR techniky z hlediska obsahu kyseliny ferulové a příbuzných fenolických kyselin. Na základě FTIR analýzy byla objevena kontaminace izolátu proteiny. Byl navržen purifikační postup založený na deproteinace suroviny před samotnou hydrolýzou. Jako ultimátní řešení, které eliminovalo přítomnost proteinů v izolátu byla ultrafiltrace se zachycením molekul s Mw > 10 KDa. Bylo docíleno finální výtěžku kyseliny ferulové 498,44 ± 110,97 mg.l-1. Při přepočtu na výtěžek z jednoho kilogramu otrub jedná se o množství 1,00 ± 0,22 g kyseliny ferulové.
|
|
|
Charakterizace různých druhů otrub z hlediska obsahu kyseliny ferulové
Nábělek, Jakub ; Štursa, Václav (oponent) ; Pořízka, Jaromír (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá alkalickou extrakcí kyseliny ferulové z vybraných druhů obilných otrub a jejich následným zhodnocením potenciálu využití tohoto odpadního materiálu. Další zkoumanou problematikou bylo nutriční zastoupení vyluhovatelných prvků získaných z otrub a vzniklého odpadu po hydrolýze pro zjištění jeho možného využití jako minerální hnojivo. V teoretické části se tato práce zabývá pěstovanými obilovinami, složením a rozdíly obilného zrna v závislosti na druhu pěstované obiloviny a podmínek při jejich pěstování. Jsou popsány fenolické kyseliny. Dále jsou popisovány způsoby hydrolýzy tohoto materiálu s popisem jejich výhod a nedostatků. V experimentální části je popsán postup alkalické hydrolýzy vzorků a extrakce minerálních prvků. Stanovení obsahu kyseliny ferulové proběhlo za použití metody HPLC s UV/VIS detektorem při vlnové délce 330 nm za použití mobilní fáze směsi methanolu a 0,5% roztoku kyseliny mravenčí. V prvkovém extraktu byl metodou ICP-OES, s detektorem fotonásobičem, stanoven obsah nutričně významných prvků (Cu, Fe, Zn, Mn, P, Ca, K, Mg). Bylo zjištěno, mezi obsahem kyseliny ferulové v jednotlivých druzích otrub existují statisticky významné rozdíly. Největší výtěžek byl získán ve vzorku pšenice špalda. Obsah mikro a makro prvků a vykazovaly významné statistické rozdíly mezi jednotlivými druhy otrub a jejich hydrolyzovanými zbytky. Nejvyšší výtěžnost prvků byla docílena u vzorku rýžových otrub, u hydrolyzátů obsahoval nejvyšší zastoupení vzorek špalda. Nejnižší výtěžnost byla získána u vzorku z ovsa a to v otrubách i hydrolyzátu.
|
|
|
Biotransformace fenolických látek s využitím bakterie Schlegelella thermodepolymerans
Opial, Tomáš ; Dvořák,, Pavel (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Diplomová práca sa zaoberá optimalizáciou biotransformácie kyseliny ferulovej na senzoricky aktívne látky a produkciou P3HB pomocou baktérie Schlegelella thermodepolymerans. Boli prevedené kultivačné experimenty, v ktorých bola použitá kyselina ferulová o rôznej koncentrácii a boli využité štyri kmene baktérie Schlegelella thermodepolymerans. Pozornosť sa venovala modelovému kmeňu DSM 15344 pri ktorom bola vykonaná aj bioinformatická analýza génov kódujúce enzýmy, ktoré katalyzovali biotransformačné reakcie kyseliny ferulovej. Pomocou HPLC boli sledované metabolity kyseliny ferulovej, konkrétne senzoricky aktívne látky ako vanilylalkohol, kyselina vanilová, vanilín a 4-vinylguaiacol. S. thermodepolymerans DSM 15344 preukázala veľmi rýchlu utilizáciu kyseliny ferulovej už v priebehu 8 hodín kultivácie. Najvyššie výťažky metabolitov kyseliny ferulovej boli detegované v čase 8 až 24 hodín v závislosti na počiatočnej koncentrácii kyseliny ferulovej. Hlavnými metabolitmi kyseliny ferulovej bola kyselina vanilová a vanillylalkohol. Najvyššia koncentrácia kyseliny vanilovej bola detegovaná v 16. hodine za využitia kyseliny ferulovej o počiatočnej koncentrácii 0,5 g/l. K najvyššiemu výťažku vanilylalkoholu došlo v čase 8 hodín pri kyseline ferulovej o počiatočnej koncentrácii 0,75 g/l. Okrem biotransformácie kyseliny ferulovej bolo zaznamené aj vyprodukované množstvo P3HB pomocou GC-FID. Schlegelella thermodepolymerans DSM 15344 vyprodukovala najvyššie množstvo P3HB v čase 72 hodín pri najnižšej počiatočnej koncentrácii kyseliny ferulovej (0,25 g/l). V rámci bioinformatickej analýzy bola pomocou dostupných databáz a nástroju BLAST potrvdená prítomnosť jedného génu fcs, to však nestačilo na zostrojenie kompletnej metabolickej dráhy kyseliny ferulovej baktériou S.thermodepolymerans DSM 15344.
|
|
|
Biotransformace kyseliny ferulové na senzoricky aktivní látky
Opial, Tomáš ; Pernicová, Iva (oponent) ; Obruča, Stanislav (vedoucí práce)
Bakalárska práca sa zaoberala biotransformáciou kyseliny ferulovej na senzoricky aktívne látky. Experiment bol založený na sledovaní biotransformačného potenciálu vybraných mikroorganizmov metódou vysoko účinnej kvapalinovej chromatografie (HPLC) pričom kultivácia prebiehala v dvoch paralelných prevedeniach a vzorky s pridanou kyselinou ferulovou boli rozdelené na 24 hodinové pôsobenie a 48 hodinové pôsobenie kyseliny ferulovej na bakteriálne kultúry. Bolo zistené, že termofilné baktérie a halofilná baktéria Halomonas neptunia sú najvhodnejšími kandidátmi na biotransformáciu kyseliny ferulovej na senzoricky aktívne látky. Pri oboch vzorkách baktérii Schlegelella thermodepolymerans (DSM 15344 a DSM 15264) došlo k vzniku 33 mg/l a 76 mg/l kyseliny vanilovej a 81 mg/l a 71 mg/l 4-vinylguaiacolu po 24 hodinovom pôsobení kyseliny ferulovej. U vzorky s baktériou T. taiwanensis po 48 hodinovom pôsobení kyseliny ferulovej vzniklo 61 mg/l kyseliny vanilovej a 32 mg/l 4-vinylguaiacolu a u vzorky R. xylanophilus 56 mg/l 4-vinylguaiacolu. U vzorky s baktériou H. neptunia po 24 hodinovom pôsobení kyseliny ferulovej došlo k jej premene na 296 mg/l kyseliny vanilovej, čo činilo až 59% konverzie pôvodnej kyseliny ferulovej a u vzorky s baktériou H. organivorans po 24 hodinovom pôsobení kyseliny ferulovej vzniklo 71 mg/l kyseliny vanilovej. Avšak po 48 hodinovom pôsobení kyseliny ferulovej kyselina vanilová degradovala. Okrem screeningu biotransformačného potenciálu sa vykonalo aj porovnanie sekvencie bakteriálnych enzýmov, podieľajúcich sa na biotransformácii, s proteínovými sekvenciami v databáze pomocou vyhľadávacieho nástroja BLAST. Prítomnosť génov kódujúcich enzýmy podieľajúcich sa na biotransformácii bola dokázaná takmer pre všetky používané mikroorganizmy okrem baktérie H. neptunia, pre ktorú nebol dokázaný ani jeden gén. Najväčší počet prítomných génov u baktérii bol pri enzýmoch feruloyl-CoA-syntetáza, enoyl-CoA hydratáza/izomeráza, acetoacetyl-CoA thioláza a vanilín dehydrogenáza.
|
|
|
Vývoj a validace postupu pro izolaci kyseliny ferulové z pšeničných otrub
Nábělek, Jakub ; Obruča, Stanislav (oponent) ; Pořízka, Jaromír (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zaobírá vývojem a validací postupu pro izolaci kyseliny ferulové z pšeničných otrub. Byl testován postup izolace založený na alkalické hydrolýze otrub a následné adsorpce kyseliny ferulové. V teoretické části se tato práce zmiňuje o složení pšeničných otrub. Je zde zmíněna podrobná charakterizaci kyseliny ferulové. princip adsorpčního mechanismu s popisem použitých adsorbentů. Také jsou popsány použité analytické metody. Byly testovány různé druhy adsorbentů - Aktivní uhlí (2,53 ± 1,16 mg.l-1), Amberlit XAD-16 (241,55 ± 10,42 mg.l-1)., Amberlyst A-21 (105,73 ± 11,87 mg.l-1), Amberlit IRA-900Cl (5,90 ± 0,68 mg.l-1) a Amberlit IRA-96 (189,16 ± 6,49 mg.l-1). Jako nejúčinnější adsorbent byl vybrán XAD-16 pro jeho dobré adsorpční vlastnosti a jednoduchou desorpci kyseliny ferulové. Celý proces prošel podrobnou optimalizací s cílem maximalizovat čistotu finálního produktu. Izolát byl charakterizován pomocí HPLC a FTIR techniky z hlediska obsahu kyseliny ferulové a příbuzných fenolických kyselin. Na základě FTIR analýzy byla objevena kontaminace izolátu proteiny. Byl navržen purifikační postup založený na deproteinace suroviny před samotnou hydrolýzou. Jako ultimátní řešení, které eliminovalo přítomnost proteinů v izolátu byla ultrafiltrace se zachycením molekul s Mw > 10 KDa. Bylo docíleno finální výtěžku kyseliny ferulové 498,44 ± 110,97 mg.l-1. Při přepočtu na výtěžek z jednoho kilogramu otrub jedná se o množství 1,00 ± 0,22 g kyseliny ferulové.
|
|
|
Optimalizace adsorpce kyseliny ferulové na různých typech adsorbentů
Bariyeva, Aizat ; Diviš, Pavel (oponent) ; Pořízka, Jaromír (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá optimalizačními procesy adsorpce kyseliny ferulové na různých typech sorbentů. Konkrétně se jedná o sorbenty heterogenního charakteru – aktivní uhlí a makroporézní polymerní sorbenty Amberlyst A-21 a Amberlit XAD-16. V teoretické části je zcela charakterizována kyselina ferulová, dále je diskutována problematika adsorpčních procesů. Pro stanovení fenolické kyseliny byly použité instrumentální metody UV-VIS a HPLC. Hlavním cílem experimentální části je optimalizace různých parametrů adsorpce, včetně sestrojení adsorpčních izoterem, stanovení maximální adsorpční kapacity jednotlivých sorbentů, studium kinetiky a mechanizmů adsorpce. Byl stanoven vliv soli pro posouzení, zda jsou anorganické soli mají významný dopad na adsorpční kapacity kyseliny ferulové. Na základě těchto parametrů byla stanovena optimální hodnota pH = 3, optimální navážka s poměrem m/V = 0,009 gml-1 a kontaktní čas 50 min pro všechny tři adsorbenty. Ze studovaných adsorpčních izoterem Langmiurův model byl považován za nejlepší, dále byly stanoveny příslušné maximální adsorpční kapacity pro všechny tři sorbenty s hodnotami 150,4 mgg-1 pro aktivní uhlí, 209,1 mgg-1 pro Amberlyst A-21 a 82 mgg-1 pro Amberlyt XAD-16. Při studiu kinetických modelů byl vybrán model pseudo-druhého řadu pro tři adsorbenty, který koreloval s výsledky získanými Langmuirovou izotermou. Pokles adsorpční kapacity při stanovení vlivu NaCl činil 4 % u aktivního uhlí, u polymerních sorbentů byl stanoven pokles adsorbovaného množství o 52 % a 55 % pro Amberlyst A-21 a Amberlyt XAD-16 respektive. Při testu kompetice 3 různých fenolických kyselin za optimalizovaných podmínek adsorpční selektivita vrůstala v pořadí kyselina sinapová ferulová p-kumarová pro adsorbenty XAD-16 a aktivní uhlí. Pro sorbent A-21 adsorpční síla vrůstala v pořadí kyselina p-kumarová ferulová sinapová. Výsledky práce naznačují vhodnost všech třech sorbentů pro adsorpci fenolických kyselin.
|
|
|
Charakterizace různých druhů otrub z hlediska obsahu kyseliny ferulové
Nábělek, Jakub ; Štursa, Václav (oponent) ; Pořízka, Jaromír (vedoucí práce)
Tato bakalářská práce se zabývá alkalickou extrakcí kyseliny ferulové z vybraných druhů obilných otrub a jejich následným zhodnocením potenciálu využití tohoto odpadního materiálu. Další zkoumanou problematikou bylo nutriční zastoupení vyluhovatelných prvků získaných z otrub a vzniklého odpadu po hydrolýze pro zjištění jeho možného využití jako minerální hnojivo. V teoretické části se tato práce zabývá pěstovanými obilovinami, složením a rozdíly obilného zrna v závislosti na druhu pěstované obiloviny a podmínek při jejich pěstování. Jsou popsány fenolické kyseliny. Dále jsou popisovány způsoby hydrolýzy tohoto materiálu s popisem jejich výhod a nedostatků. V experimentální části je popsán postup alkalické hydrolýzy vzorků a extrakce minerálních prvků. Stanovení obsahu kyseliny ferulové proběhlo za použití metody HPLC s UV/VIS detektorem při vlnové délce 330 nm za použití mobilní fáze směsi methanolu a 0,5% roztoku kyseliny mravenčí. V prvkovém extraktu byl metodou ICP-OES, s detektorem fotonásobičem, stanoven obsah nutričně významných prvků (Cu, Fe, Zn, Mn, P, Ca, K, Mg). Bylo zjištěno, mezi obsahem kyseliny ferulové v jednotlivých druzích otrub existují statisticky významné rozdíly. Největší výtěžek byl získán ve vzorku pšenice špalda. Obsah mikro a makro prvků a vykazovaly významné statistické rozdíly mezi jednotlivými druhy otrub a jejich hydrolyzovanými zbytky. Nejvyšší výtěžnost prvků byla docílena u vzorku rýžových otrub, u hydrolyzátů obsahoval nejvyšší zastoupení vzorek špalda. Nejnižší výtěžnost byla získána u vzorku z ovsa a to v otrubách i hydrolyzátu.
|
host ::
RSS.