Φυσικοχημική μελέτη της εφαρμογής γενετικά τροποποιημένων στελεχών ζύμης στην διαδικασία της αλκοολικής ζύμωσης

• Main Author: Κασούμη, Κωνσταντίνα
• Other Authors: Κολιαδήμα, Αθανασία
• Format: Thesis
• Language: Greek
• Published: 2020
• Subjects: Κινητική αλκοολικής ζύμωσης; Γλεύκος παραγόμενο από αποξηραμένα σύκα; Αποξηραμένα σύκα; Αλκοολική ζύμωση; Γενετικά τροποποιημένοι ζυμομύκητες; Παραγωγή αιθανόλης; Κατανάλωση μονοσακχαριτών; Kinetics of alcoholic fermentation; Dried figs; Must produced from dried figs; Alcoholic fermentation; Genetically modified yeasts; Ethanol production; Monosaccharides consumption

Η παρούσα μεταπτυχιακή διατριβή, πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο της Φυσικοχημείας με σκοπό την μελέτη της επίδρασης στελεχών γενετικά τροποποιημένων ζυμομυκήτων στην διαδικασία τα αλκοολικής ζύμωσης εκχυλίσματος από αποξηραμένα σύκα σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Λόγω της μεγάλης οικονομικής και τεχνολογικής σπουδαιότητας του φαινομένου της αλκοολικής ζύμωσης, η μελέτη των παραγόντων που τη επηρεάζουν, έχει μεγάλο επιστημονικό ενδιαφέρον. Μέσω αυτών των παραγόντων, μπορεί να γίνει η κατανόηση του μηχανισμού της διαδικασίας παραγωγής της αιθανόλης, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση, τόσο της απόδοσης, όσο και της ταχύτητας της συγκεκριμένης διεργασίας. Πιο αναλυτικά, το κύριο αντικείμενο μελέτης εστιάζεται στην χρησιμοποίηση ζυμομυκήτων με μεταλλάξεις, με σκοπό αυτές να προσδώσουν χαρακτηριστικά ανθεκτικότητας και υψηλής απόδοσης καθ’ όλη την διαδικασία της παραγωγής της αιθανόλης. Ως αποτέλεσμα έχουμε την δημιουργία των στελεχών MSN4 533, MSN4 558 και W303(wt) του ζυμομύκητα Saccharomyces Cerevisiae. Αυτά τα στελέχη δημιουργήθηκαν έπειτα από Βιοχημικές μεθόδους μέσω της τεχνικής του ανασυνδιασμένου DNΑ. Σαν πρώτη ύλη επιλέχθηκε το εκχύλισμα από αποξηραμένα σύκα για την παραγωγή του θρεπτικού μέσου. Τα αποξηραμένα σύκα έχουν μεγάλη περιεκτικότητα σε σάκχαρα, καθώς και διακρίνονται για την μεγάλη ευκολία αποθήκευσης και αξιοποίησης έπειτα από μεγάλο χρονικό διάστημα. Η πειραματική διαδικασία, βασίστηκε στην χρησιμοποίηση αρκετών αναλυτικών φυσικοχημικών μεθόδων. Σαν κύρια μέθοδος μελέτης της εξέλιξης του φαινομένου της αλκοολικής ζύμωσης επιλέχθηκε η Αέρια Χρωματογραφία Αναστρεφόμενης Ροής (ΑΧΑΡ), η οποία αξιοποιείται τόσο για την μέτρηση της παραγόμενης αιθανόλης, όσο και για τον προσδιορισμό των σταθερών ταχύτητας σε κάθε φάση ζωής του ζυμομύκητα. Με την συγκριμένη τεχνική, ελέγχεται η εξέλιξη ενός κινητικού φαινομένου, λαμβάνοντας δεδομένα ύψους χρωματογραφικών κορυφών μετά από διπλή αναστροφή της ροής σε διάφορα σταθερά χρονικά διαστήματα. Επιπλέον με την χρήση εκλεκτικής αναλυτικής στήλης, είναι δυνατόν να ελεγχθεί η καθαρότητα του τελικού προϊόντος. Η τεχνική της Α.Χ.Α.Ρ., αποτελεί μια δυναμική τεχνική, η οποία έχει εφαρμοστεί σε πολλές αναλύσεις, με τη δυνατότητα υπολογισμού ταυτοχρόνως πολλών φυσικοχημικών μεγεθών και με μεγάλη ακρίβεια. Η ανάλυση των πειραματικών αποτελεσμάτων έδειξε ότι η παραγωγή της αιθανόλης βασίζεται σε τρία στάδια του κύκλου ζωής του ζυμομύκητα (φάση πολλαπλασιασμού, φάση στασιμότητας και φθίνουσα φάση). Επιπλέον παρατηρείται ότι με αύξηση της θερμοκρασίας της αλκοολικής ζύμωσης, έχουμε αύξηση της σταθεράς ταχύτητας σε όλα τα στάδια ζωής του ζυμομύκητα. Εν κατακλείδι, για την πιστοποίηση, τόσο της ακρίβειας της συγκεκριμένης μεθόδου της ΑΧΑΡ, όσο και του μαθηματικού μοντέλου για την μέτρηση της παραγόμενης αιθανόλης, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις κινητικής με λήψη δειγμάτων με δύο επιπλέον τρόπους: την μέτρηση της πυκνότητας σακχάρων σε κάθε συγκεκριμένη χρονική στιγμή, καθώς και την ποσοτική ανάλυση γλυκόζης και φρουκτόζης τις αντίστοιχες χρονικές στιγμές μέσω της Υγρής Χρωματογραφίας Υψηλής Απόδοσης (HPLC). Τα συγκριτικά αποτελέσματα και των τριών αυτών μεθόδων, έδειξαν ότι έχουμε παρόμοια κινητική συμπεριφορά τόσο για την κατανάλωση σακχάρων, όσο και για την παραγωγή της αιθανόλης, οδηγώντας σε μία επιβεβαίωση της ακρίβειας και αξιοπιστίας τους.