Βιοτεχνολογική επεξεργασία ληγμένων φρουτοχυμών με ταυτόχρονη αξιοποίηση τους προς παραγωγή μικροβιακών βιοπλαστικών
Σήμερα, οι ανάγκες των σύγχρονων κοινωνιών αυξάνονται δραματικά με το πέρασμα του χρόνου. Το γεγονός αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη συνεχή παραγωγή τεράστιου όγκου αποβλήτων, στερεών και υγρών, και την εξάντληση των πρώτων υλών που απαιτούνται για την κάλυψη των αναγκών αυτών. Συνάμα, η αλόγιστη χρήση π...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2023
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/26214 |
| id |
nemertes-10889-26214 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Σακχαρούχα απόβλητα Βιοπλαστικά Sugar-rich liquid wastes Bioplastics |
| spellingShingle |
Σακχαρούχα απόβλητα Βιοπλαστικά Sugar-rich liquid wastes Bioplastics Μπατσούλη, Κλειώ-Ζωή Βιοτεχνολογική επεξεργασία ληγμένων φρουτοχυμών με ταυτόχρονη αξιοποίηση τους προς παραγωγή μικροβιακών βιοπλαστικών |
| description |
Σήμερα, οι ανάγκες των σύγχρονων κοινωνιών αυξάνονται δραματικά με το πέρασμα του χρόνου. Το γεγονός αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη συνεχή παραγωγή τεράστιου όγκου αποβλήτων, στερεών και υγρών, και την εξάντληση των πρώτων υλών που απαιτούνται για την κάλυψη των αναγκών αυτών. Συνάμα, η αλόγιστη χρήση πλαστικού συμβάλλει σε ζητήματα μέγιστης σημασίας, όπως η περιβαλλοντική ρύπανση, η κλιματική αλλαγή και η ρύπανση των υδάτων. Επομένως, η ανάγκη για τη σωστή επεξεργασία των αποβλήτων και την ταυτόχρονη αξιοποίησή τους καθίσταται αναγκαία. Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται αξιοποίηση σακχαρούχων υγρών αποβλήτων για την παραγωγή βιοπλαστικού, και συγκεκριμένα πολυυδροαλκανοϊκού πολυεστέρα (ΠΥΑ), ενισχύοντας έτσι το πλάνο μίας κυκλικής οικονομίας. Στην εργασία αυτή χρησιμοποιήθηκε μικτή μικροβιακή καλλιέργεια από έναν ήδη εμπλουτισμένο βιοαντιδραστήρα. Ο περεταίρω εμπλουτισμός της καλλιέργειας πραγματοποιήθηκε σε βιοαντιδραστήρα άντλησης-πλήρωσης, με εναλλαγή παροχής άνθρακα και αζώτου στο θρεπτικό μέσο. Ως πηγή άνθρακα χρησιμοποιήθηκε μίγμα φρουτοχυμών, των οποίων η ημερομηνία λήξης είχε παρέλθει, και ως πηγή αζώτου χλωριούχο αμμώνιο (NH4Cl). Ο αντιδραστήρας αυτός λειτούργησε συνεχόμενα για το χρονικό διάστημα των έξι μηνών. Στόχος ήταν η ανάπτυξη μικροοργανισμών ικανών να βιοσυσ-σωρεύσουν ενδοκυτταρικά ΠΥΑ. Στη συνέχεια, ακολούθησαν δύο κύκλοι πειραμάτων διαλείποντος έργου, με σκοπό την διερεύνηση των βέλτιστων συνθηκών για την υψηλότερη συσσώρευση ΠΥΑ και την επεξεργασία των σακχα-ρούχων αποβλήτων της μικτής μικροβιακής καλλιέργειας σε αντιδραστήρα διαλείποντος έργου. Στο πρώτο σετ πειραμάτων μελετήθηκε η επίδραση της αναλογίας άνθρακα/αζώτου σε 4 διαφορετικές περιπτώσεις, διατηρώντας σταθερό τον άνθρακα και μειώνοντας το άζωτο σε κάθε περίπτωση. Στόχος ήταν η εύρεση της κατάλληλης αναλογίας C/N, ώστε το άζωτο να είναι αρκετό τόσο για την ανάπτυξη των μικροοργανισμών όσο και για τον περιορισμό τους. Στο δεύτερο κύκλο πειραμάτων εξετάσθηκε σε τι επίπεδα είναι δυνατό να αυξηθεί η αρχική συγκέντρωση υποστρώματος στο ασυνεχές σύστημα διαλείποντος έργου, δοκιμάζοντας 3 διαφορετικές τιμές και επιλέγοντας τον βέλτιστο λόγο C/N από το προηγούμενο πείραμα. Σκοπός ήταν να αποδειχθεί ότι είναι εφικτή και αποτελεσματική η χρήση μεγαλύτερης συγκέντρωσης υποστρώματος, καθώς έτσι απαιτείται μικρότερη αραίωση και τελικά λιγότερη ποσότητα νερού. Τέλος, διεξάχθηκε πείραμα διαλείποντος έργου μεγάλης κλίμακας με ρυθμιζόμενες συνθήκες. Για την λειτουργία του χρησιμοποιήθηκαν τα βέλτιστα αποτελέσματα από τους δύο τελευταίους κύκλους πειραμάτων, ώστε να αποδειχθεί ότι η χρήση αυτοματοποιημένων συστημάτων είναι η πιο αποτελεσματική. |
| author2 |
Batsouli, Kleio-Zoi |
| author_facet |
Batsouli, Kleio-Zoi Μπατσούλη, Κλειώ-Ζωή |
| author |
Μπατσούλη, Κλειώ-Ζωή |
| author_sort |
Μπατσούλη, Κλειώ-Ζωή |
| title |
Βιοτεχνολογική επεξεργασία ληγμένων φρουτοχυμών με ταυτόχρονη αξιοποίηση τους προς παραγωγή μικροβιακών βιοπλαστικών |
| title_short |
Βιοτεχνολογική επεξεργασία ληγμένων φρουτοχυμών με ταυτόχρονη αξιοποίηση τους προς παραγωγή μικροβιακών βιοπλαστικών |
| title_full |
Βιοτεχνολογική επεξεργασία ληγμένων φρουτοχυμών με ταυτόχρονη αξιοποίηση τους προς παραγωγή μικροβιακών βιοπλαστικών |
| title_fullStr |
Βιοτεχνολογική επεξεργασία ληγμένων φρουτοχυμών με ταυτόχρονη αξιοποίηση τους προς παραγωγή μικροβιακών βιοπλαστικών |
| title_full_unstemmed |
Βιοτεχνολογική επεξεργασία ληγμένων φρουτοχυμών με ταυτόχρονη αξιοποίηση τους προς παραγωγή μικροβιακών βιοπλαστικών |
| title_sort |
βιοτεχνολογική επεξεργασία ληγμένων φρουτοχυμών με ταυτόχρονη αξιοποίηση τους προς παραγωγή μικροβιακών βιοπλαστικών |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/26214 |
| work_keys_str_mv |
AT mpatsoulēkleiōzōē biotechnologikēepexergasialēgmenōnphroutochymōnmetautochronēaxiopoiēsētousprosparagōgēmikrobiakōnbioplastikōn AT mpatsoulēkleiōzōē biotechnologicalprocessingofexpiredfruitjuiceswiththeirsimultaneousvalorizationaimingtotheproductionofmicrobialbioplastics |
| _version_ |
1799945012763426816 |
| spelling |
nemertes-10889-262142023-11-15T05:04:25Z Βιοτεχνολογική επεξεργασία ληγμένων φρουτοχυμών με ταυτόχρονη αξιοποίηση τους προς παραγωγή μικροβιακών βιοπλαστικών Biotechnological processing of expired fruit juices with their simultaneous valorization aiming to the production of microbial bioplastics Μπατσούλη, Κλειώ-Ζωή Batsouli, Kleio-Zoi Σακχαρούχα απόβλητα Βιοπλαστικά Sugar-rich liquid wastes Bioplastics Σήμερα, οι ανάγκες των σύγχρονων κοινωνιών αυξάνονται δραματικά με το πέρασμα του χρόνου. Το γεγονός αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη συνεχή παραγωγή τεράστιου όγκου αποβλήτων, στερεών και υγρών, και την εξάντληση των πρώτων υλών που απαιτούνται για την κάλυψη των αναγκών αυτών. Συνάμα, η αλόγιστη χρήση πλαστικού συμβάλλει σε ζητήματα μέγιστης σημασίας, όπως η περιβαλλοντική ρύπανση, η κλιματική αλλαγή και η ρύπανση των υδάτων. Επομένως, η ανάγκη για τη σωστή επεξεργασία των αποβλήτων και την ταυτόχρονη αξιοποίησή τους καθίσταται αναγκαία. Στην παρούσα εργασία πραγματοποιείται αξιοποίηση σακχαρούχων υγρών αποβλήτων για την παραγωγή βιοπλαστικού, και συγκεκριμένα πολυυδροαλκανοϊκού πολυεστέρα (ΠΥΑ), ενισχύοντας έτσι το πλάνο μίας κυκλικής οικονομίας. Στην εργασία αυτή χρησιμοποιήθηκε μικτή μικροβιακή καλλιέργεια από έναν ήδη εμπλουτισμένο βιοαντιδραστήρα. Ο περεταίρω εμπλουτισμός της καλλιέργειας πραγματοποιήθηκε σε βιοαντιδραστήρα άντλησης-πλήρωσης, με εναλλαγή παροχής άνθρακα και αζώτου στο θρεπτικό μέσο. Ως πηγή άνθρακα χρησιμοποιήθηκε μίγμα φρουτοχυμών, των οποίων η ημερομηνία λήξης είχε παρέλθει, και ως πηγή αζώτου χλωριούχο αμμώνιο (NH4Cl). Ο αντιδραστήρας αυτός λειτούργησε συνεχόμενα για το χρονικό διάστημα των έξι μηνών. Στόχος ήταν η ανάπτυξη μικροοργανισμών ικανών να βιοσυσ-σωρεύσουν ενδοκυτταρικά ΠΥΑ. Στη συνέχεια, ακολούθησαν δύο κύκλοι πειραμάτων διαλείποντος έργου, με σκοπό την διερεύνηση των βέλτιστων συνθηκών για την υψηλότερη συσσώρευση ΠΥΑ και την επεξεργασία των σακχα-ρούχων αποβλήτων της μικτής μικροβιακής καλλιέργειας σε αντιδραστήρα διαλείποντος έργου. Στο πρώτο σετ πειραμάτων μελετήθηκε η επίδραση της αναλογίας άνθρακα/αζώτου σε 4 διαφορετικές περιπτώσεις, διατηρώντας σταθερό τον άνθρακα και μειώνοντας το άζωτο σε κάθε περίπτωση. Στόχος ήταν η εύρεση της κατάλληλης αναλογίας C/N, ώστε το άζωτο να είναι αρκετό τόσο για την ανάπτυξη των μικροοργανισμών όσο και για τον περιορισμό τους. Στο δεύτερο κύκλο πειραμάτων εξετάσθηκε σε τι επίπεδα είναι δυνατό να αυξηθεί η αρχική συγκέντρωση υποστρώματος στο ασυνεχές σύστημα διαλείποντος έργου, δοκιμάζοντας 3 διαφορετικές τιμές και επιλέγοντας τον βέλτιστο λόγο C/N από το προηγούμενο πείραμα. Σκοπός ήταν να αποδειχθεί ότι είναι εφικτή και αποτελεσματική η χρήση μεγαλύτερης συγκέντρωσης υποστρώματος, καθώς έτσι απαιτείται μικρότερη αραίωση και τελικά λιγότερη ποσότητα νερού. Τέλος, διεξάχθηκε πείραμα διαλείποντος έργου μεγάλης κλίμακας με ρυθμιζόμενες συνθήκες. Για την λειτουργία του χρησιμοποιήθηκαν τα βέλτιστα αποτελέσματα από τους δύο τελευταίους κύκλους πειραμάτων, ώστε να αποδειχθεί ότι η χρήση αυτοματοποιημένων συστημάτων είναι η πιο αποτελεσματική. Nowadays, the needs of the modern societies are dramatically increasing over time. This results in the continuous production of a vast volume of waste, both solid and liquid, and the depletion of the raw materials required to meet these needs. Simultaneously, the uncontrolled use of plastics contributes to issues of utmost importance, such as environmental pollution, climate change and water pollution. Therefore, the need for proper waste treatment and simultaneous utilization becomes essential. In this work, the utilization of sugar-rich liquid waste for the production of bioplastics, specifically polyhydroalkanoates (PHAs), is carried out, thus promoting the concept of a circular economy. In this study, mixed microbial culture from an already enriched bioreactor was used. Further enrichment of the culture was performed in a sequencing draw-fill reactor, alternating the supply of carbon and nitrogen sources in the nutrient medium. Mixtures of expired fruit juices were used as the carbon source and ammonium chloride (NH4Cl) was used as the nitrogen source. This reactor operated continuously for a period of six months. The goal was to develop microorganisms capable of intracellularly accumulating PHAs. Subsequently, two cycles of batch experiments were conducted to investigate the optimal conditions for the highest PHA accumulation and the processing of the sugar-rich waste from the mixed microbial culture in a batch reactor. In the first set of experiments, the effect of the carbon-to-nitrogen ratio was studied in four different cases while keeping the carbon constant and reducing the nitrogen in each case. The goal was to find the right C/N ratio so that there would be enough nitrogen both for the growth of microorganisms and for their limitation. In the second cycle of experiments, it was examined at what levels it is possible to increase the initial substrate concentration in the sequencing batch reactor system, testing three different values and selecting the optimal C/N ratio from the previous experiment. The aim was to demonstrate that the use of higher substrate concentration is feasible and effective, as it requires lower dilution and ultimately less water. Finally, a large-scale batch reactor experiment with adjustable conditions was conducted. The optimal results from the last two experiments were used for its operation to prove that the use of automated systems is the most efficient approach. 2023-11-14T06:39:48Z 2023-11-14T06:39:48Z 2023-10 https://hdl.handle.net/10889/26214 el application/pdf |
