| Popis: |
Λόγω της αύξησης των τιμών του αργού πετρελαίου, τα τελευταία χρόνια η παραγωγή βιοντίζελ (biodiesel) έχει αποκτήσει μεγάλο ενδιαφέρον. Η χρήση των φυτικών ελαίων ως πρώτη ύλη στη βιομηχανία παραγωγής βιοντίζελ έχει πολλά μειονεκτήματα. Επομένως, το ενδιαφέρον των ερευνητών έχει στραφεί στη χρήση των SCO (ελαίων μονοκύτταρων οργανισμών), ως μία εναλλακτική πρώτη ύλη. Στην παρούσα διπλωματική εργασία, η βιομηχανική γλυκερόλη μετατράπηκε σε SCO από διάφορα στελέχη ελαιογόνων Ζυγομυκήτων, οι οποίοι καλλιεργήθηκαν υπό μη-ασηπτικές συνθήκες, χρησιμοποιώντας εκλεκτικά, περιοριστικά ως προς την πηγή αζώτου θρεπτικά μέσα καλλιέργειας, τα οποία ανέστειλαν τη βακτηριακή αύξηση. Όταν οι μύκητες Thamnidium elegans, Mortierella ramanniana, Mortierella isabellina, Zygorhynchus moelleri, Mucor sp. και Cunninghamella echinulatα καλλιεργήθηκαν σε pH6 υπό μη-ασηπτικές συνθήκες, ήταν ικανοί να παράγουν 1,2- 4,1 g/l βιομάζα και να συνθέτουν 17,5- 49,3% wt/wt λιπίδια επί της ξηρής τους βιομάζας. Τα επίπεδα σύνθεσης της βιομάζας ήταν ~50% χαμηλότερα από εκείνα που επιτεύχθηκαν όταν οι Ζυγομύκητες καλλιεργήθηκαν υπό ασηπτικές συνθήκες. Διάφορες αντι-βακτηριακές ουσίες (αιθέρια έλαια, αντιβιοτικά) χρησιμοποιήθηκαν ώστε να επιτευχθεί υψηλότερη συσσώρευση βιομάζας και λιπιδίων από τους Ζυγομύκητες. Σε pH5, ο μύκητας M. ramanniana παρήγαγε 4,4 g/l βιομάζα που περιείχε 22% wt/wt λιπίδια, ενώ ο μύκητας T. elegans παρήγαγε 3,4 g/l βιομάζα που περιείχε 45% wt/wt λιπίδια επί της ξηρής τους βιομάζας. Όταν προστέθηκε στο μέσο καλλιέργειας αιθέριο έλαιο θυμαριού, 4,8 g/l βιομάζα συντέθηκαν από το μύκητα Τ. elegans που περιείχαν 42,6% wt/wt λιπίδια. Επιπλέον, όταν προστέθηκαν στο μέσο καλλιέργειας αντιβιοτικά και αιθέριο έλαιο, ο μύκητας T. elegans ήταν ικανός να παράγει 7,9 g/l βιομάζα που περιείχε 31,5 % wt/wt λιπίδια. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι αν και ο πληθυσμός των βακτηρίων ανέστειλε την αύξηση των μυκήτων, η συσσώρευση των λιπιδίων δεν επηρεάστηκε από την παρουσία των βακτηρίων στο μέσο καλλιέργειας, συγκρινόμενα με αποτελέσματα πειραμάτων που πραγματοποιήθηκαν υπό ασηπτικές συνθήκες (control). Ως εκ τούτου, αναπτύχθηκε μια διεργασία δύο σταδίων στις κωνικές φιάλες και στο βιοαντιδραστήρα, κατά την οποία η αύξηση του μύκητα πραγματοποιήθηκε υπό ασηπτικές συνθήκες (1ο στάδιο) και ακολούθησε η συσσώρευση των λιπιδίων που πραγματοποιήθηκε υπό μη-ασηπτικές συνθήκες (2ο στάδιο). Στο 2ο στάδιο, προστέθηκε στο θρεπτικό μέσο καλλιέργειας αιθέριο έλαιο θυμαριού ως αντι- βακτηριακή ουσία. Από αυτή τη διεργασία, υψηλές ποσότητες λιπιδίων συσσωρεύτηκαν μέσα στο μυκήλιο του μύκητα, με απόδοση που έφτασε περίπου 13% wt/wt μικροβιακού ελαίου ανά καταναλωθείσα γλυκερόλη. Biodiesel production has gained much interest during last years as an alternative fuel source, which arises from the escalating prices of petroleum fuels. The use of plant oils as feedstock for the biodiesel manufacture has many drawbacks, thus the interest has turned to single cell oil (SCO) as an alternative. In this thesis, raw glycerol was converted into SCO by oleaginous Zygomycetes, cultivated under non-aseptic conditions, using selective nitrogen limited media that inhibit the bacterial growth. Thamnidium elegans, Mortierella ramanniana, Mortierella isabellina, Zygorhynchus moelleri, Mucor sp. and Cunninghamella echinulata, cultivated at pH6 under non-aseptic conditions, were able to produce 1.2- 4.1 g/l of biomass and synthesized 17.5- 49.3 % wt/wt of lipids in their biomass. These accumulation levels in biomass were ~50% lower compared to those achieved when Zygomycetes grown under aseptic conditions. Various anti-bacterial compounds, including essential oils and antibiotics were used in order to achieve a higher biomass and lipid accumulation. At pH5, M. ramanniana produced 4.4 g/l biomass containing 22% wt/wt lipids in their biomass, while T. elegans produced 3.4 g/l biomass containing 45% wt/wt of lipids. When thyme essential oil was added into the growth medium, T. elegans produced 4.8 g/l biomass containing 42.6% wt/wt lipids. Furthermore, with the addition of antibiotics together with essential oil into the medium, the production of SCO was further improved with T. elegans being able to produce 7.9 g/l of biomass containing 31.5% wt/wt lipids. The obtained data showed that although bacterial populations inhibited the fungal growth, lipid accumulation remained unaffected by the presence of bacteria in the growth medium compared to control experiments (conducted under aseptic conditions). Therefore, a two-stage process was developed in both flasks and bioreactor, in which growth was performed under aseptic conditions (1st stage) followed by lipid accumulation performed under non-aseptic conditions (2nd stage) in the presence of thyme essential oil as an antibacterial agent. Large amounts of lipids were accumulated inside the mycelia, yielding around 13% wt/wt of oil per glycerol consumed. |
