Τα τελευταία χρόνια σημαντική ερευνητική δραστηριότητα έχει επικεντρωθεί στην παραγωγή βιοδιασπώμενων βιοπολυμερών, ικανών να αντικαταστήσουν τα συμβατικά πλαστικά, από ανανεώσιμες πηγές. Μεταξύ αυτών, ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει προκύψει στο πεδίο παραγωγής πολυυδροξυαλκανοϊκών οξέων (PolyHydroxyAlkanoates, ΡΗΑs) από διαφορετικούς τύπους αποβλήτων, χρησιμοποιώντας είτε καθαρές είτε μικτές μικροβιακές καλλιέργειες. Προκειμένου να γίνει επιλογή μικτών καλλιεργειών απαιτείται ο πρότερος εγκλιματισμός και εμπλουτισμός τους με τη χρήση κάποιου είδους περιορισμού των θρεπτικών συστατικών σε συστήματα περιοδικής λειτουργίας, ενώ είναι επίσης σύνηθες να περιλαμβάνεται ένα πρώτο βήμα οξίνισης των αποβλήτων πριν από την αξιοποίησή τους για παραγωγή των βιοπολυμερών.
Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, αναπτύχθηκε μια μικτή εμπλουτισμένη καλλιέργεια από εδαφόβιους μικροοργανισμούς, χρησιμοποιώντας αντιδραστήρα άντλησης-πλήρωσης (Draw-Fill) σε συνθήκες περιορισμού αζώτου. Ως πηγή άνθρακα χρησιμοποιήθηκε μίγμα των πτητικών λιπαρών οξέων οξικό, βουτυρικό και προπιονικό σε αναλογία 1:1:1. Η εγκλιματισμένη και εμπλουτισμένη μικροβιακή καλλιέργεια χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια για τον εμβολιασμό καλλιεργειών σε αντιδραστήρα διαδοχικών παρτίδων (SBR) αλλά και άντλησης-πλήρωσης, προκειμένου να διερευνηθεί η δυνατότητα παραγωγής PHAs υπό περιορισμό βασικού θρεπτικού (οργανικό άζωτο) αλλά και υπό διαφορετικής πηγής άνθρακα, όπως: α) μίγματα οξέων, β) καθαρή γλυκερόλη, γ) καθαρή 1,3 προπανοδιόλη δ) μίγματα γλυκερόλης και οξέων και ε) οξινισμένη βιομηχανική γλυκερόλη. Η οξινισμένη γλυκερόλη είναι ουσιαστικά το ζυμωτικό μίγμα που παράγεται κατά την αναερόβια ζύμωση της γλυκερόλης και αποτελείται από υπολειμματική γλυκερόλη που δεν έχει υποστεί ζύμωση, 1,3 προπανοδιόλη, πτητικά λιπαρά οξέα και αιθανόλη.
Τα παραγόμενα PHAs ανακτήθηκαν σε όλες τις περιπτώσεις υπό την μορφή λεπτού υμενίου με τη χρήση χλωροφορμίου και έγινε υπολογισμός των αποδόσεων. Πραγματοποιήθηκε περαιτέρω ανάλυσή των ιδιοτήτων των PHAs ως προς τη δομή, τις θερμοδυναμικές και φυσικοχημικές τους ιδιότητες καθώς και ως προς τις μηχανικές τους σε επιλεγμένες περιπτώσεις. Σε όλες τις περιπτώσεις εκτός αυτής της καθαρής γλυκερόλης, τα προϊόντα ήταν συμπολυμερή, αποτελούμενα κατά κύριο λόγο από PHB, PHV και PHHx, με μοριακά βάρη μεταξύ 76,7.104–181,6.104 Da. Οι υψηλότερες αποδόσεις, από την άποψη της ικανότητας συσσώρευσης, παρατηρήθηκαν για τις τροφοδοσίες οξέων και γλυκερόλης που έχει υποστεί ζύμωση, φθάνοντας τα 0,6±0,04g PHA/g TSS και 0,41±0,04g PHA/g TSS αντίστοιχα, ενώ η υψηλότερη παραγωγικότητα επιτεύχθηκε στην περίπτωση μικτής τροφοδοσίας (οξέα/γλυκερόλη), φθάνοντας σε 0,39±0,01g PHA/g COD που καταναλώνεται. / In recent years a lot of research has been focused on the production of biodegradable bioplastics from renewable resources, in order to replace the conventional plastics. Among them great interest has been shown on the production of Polyhydroxyalkanoates (PHAs) from different types of wastes, using either pure or mixed bacterial cultures. The latter usually requires that microbial mixed cultures have been previously acclimated and enriched using some kind of nutrient limitation under periodic feeding, whereas it is also common to include a first step of acidification of the waste prior to PHAs production.
In the present study, a mixed microbial culture derived from soil was developed, using nitrogen limitation in a draw-and-fill reactor (DFR). The carbon source was a mixture of acetate, butyrate and propionate at ratio 1:1:1. The acclimated culture was then used as inoculums in Sequencing Batch Reactors (SBR) and DFRs in order to produce PHAs under nutrient limitation and different kinds of carbon sources such as a) acids mixture, b) pure glycerol, c) pure 1.3 propanediol d) mixture of glycerol and acids and e) anaerobically fermented waste glycerol (acidified industrial glycerol). The latter consisted from residual glycerol, acids, 1.3 propanediol and ethanol.
The produced bioplastics were recovered in all cases in the form of films using chloroform as extractant, and PHAs yields were estimated. PHAs films were further analyzed in terms of their chemical structure, thermal properties and in selected cases, their mechanical properties. It was shown that in all cases, but for pure glycerol, co-polymers consisting mainly from PHB, PHV and PHH were obtained, with molecular weighs ranging from 76.7.104–181.6.104Da. The highest yields in terms of accumulation capacity were observed for acids and fermented glycerol as carbon source reached 0,6±0,04g PHA/g TSS and 0.41±0.04g PHA/g TSS, whereas the highest productivity was achieved for mixed acids/glycerol as carbon source reached 0.39±0.01g PHA/g COD consumed.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/8188 |
| Date | 30 December 2014 |
| Creators | Κουμέλης, Ιωάννης |
| Contributors | Μαντζαβίνος, Διονύσης, Koumelis, Ioannis, Λυμπεράτος, Γεράσιμος, Τσιτσιλιάνης, Κωνσταντίνος |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 0 |
Page generated in 0.003 seconds