Plastproduktionen och användningen av plast ökar varje år i hela världen och detta är ett av världens största problem. Plaster är ett svårnedbrytbart ämne och processen kan ta hundratals år. Detta leder i sin tur till att plastackumuleringen orsakar skadlig påverkan på klimat, miljö och människor. Ett av alternativen som har stor potential för hanteringen av detta problem är att minska användningen av plast och i stället öka produktionen och användningen av bioplastereller biopolymerer som är nedbrytbar. Bioplaster har kortare nedbrytningstid än vanliga plaster och därför är bioplast ett bra alternativ istället för att använda vanliga plaster. Det finns tre olika grupper av bioplaster, nämligen dem som är biobaserade, bionedbrytbara och de som är både biobaserade och bionedbrytbara. Entyp av bioplast som är biologiskt nedbrytbar och biobaserad är polyhydroxialkanoater (PHA)som används i olika branscher då PHA är en av de biopolymerer som visar störst potential attersätta plast i framtiden. Forskning pågår på Högskolan i Borås med målet av att bilda en ny process för produktion och återvinning av PHA. Processen baseras på produktion av PHA från flyktiga fettsyror som produceras från acidogen jäsning. Acidogen jäsning är en modifierad process av anaerobmatsmältning som används idag för produktion av biogas från avfall. Den kan vara den rättaprocessen för återvinningen av PHA-baserade avfall och för att producera ett billigt substrat, nämligen flyktiga fettsyror för PHA produktion. Det här projektet handlar om en del av processen, nämligen produktion av PHA med bakterier. Forskningsgruppen på Högskolan iBorås har en bakteriestam som inte har undersökts för produktion av PHA. Innan bakterien kan studeras för produktion av PHA från flyktiga syror behövs medelinnehållet optimeras för bakterietillväxt. Syftet med detta arbete är att undersöka effekten av olika glukoskoncentrationer som kollkälla och olika mängder av ammoniumsulfat som används vid tillväxt av den bakterien Bacillusmegaterium för produktion av PHA. En jämförelse mellan det definierade mediet som användsi detta arbete och dess ersättning med nutrient broth, ett komplext medium som normalt används för bakterietillväxt genomfördes också för att utvärdera lämpligheten hos mediet underutveckling för att framgångsrikt stödja bakterietillväxt. Under detta arbete användes flera olika analytiska tekniker såsom pH mättning, Högupplösande vätskekromatografi (HPLC),Spektrometer (OD mättning), och Fourier-transform infraröd spektroskopi (FTIR) för att utvärdera bakterietillväxt och produktion av PHA samt analysera sammansättningen av PHAs. Mängden av ammoniumsulfat påverkade glukosförbrukningen, där koncentrationer av 3 g/Loch 7 g/L visades att leda till en snabbare glukosförbrukning jämfört med 5 g/L. Därför valdes3 g/L ammoniumsulfat då det innehåller mindre kemikalier användning och påverkar inte celltillväxten på ett negativ sätt. Under experimentet med användning av 3 g/Lammoniumsulfat med 10 g/L glukos, konsumerades glukosen fullständigt vid 72 timmar av bakterietillväxt och den maximala PHA-produktionen var på 13–14% baserad på torr cell vikt. Tillväxtmedelet som utvecklades i det här projektet visade att vara lämplig för bakterietillväxt eftersom användning av nutrient broth som används normalt för bakterietillväxt ledde till långsammare glukosförbrukning. Initial glukoskoncentration (5, 10 och 20 g/L) påverkade inte glukosförbrukningen och får studerats vidare för att öka cellkoncentrationen och följaktligen produktionen av PHA. En av det mest studerade i PHA-familjen är polyhydroxibutyrat (PHB). Under detta arbete visade det sig att genom användning av FTIR att PHB framställdes. / Plastic production and use of plastic are increasing every year throughout the world and this is one of the world's biggest problems. Plastic is a persistent substance, and its biodegradation process can take hundreds of years. This in turn leads to the accumulation of plastic causing harmful effects on the climate, the environment, and people. One of the alternatives that has great potential when it comes to dealing with this problem is to reduce the use of plastics and instead increase the production and use of bioplastics or biopolymers that are biodegradable. Bioplastics have a shorter biodegradation time than plastics and therefore bioplastics are a good alternative instead of using ordinary plastic. There are three different groups of bioplastics, namely those that are bio-based, those that are biodegradable and those that are both bio-based and biodegradable. One type of bioplastic that is biodegradable and bio-based is Polyhydroxyalkanoates (PHA) which are used in various industries as PHA is one of the biopolymers that shows the greatest potential to replace plastic in the future. Research is underway at the University of Borås with the goal of developing a new process for the production and recycling of PHAs. The process is based on the production of PHAs from volatile fatty acids produced from acidogenic fermentation. Acid fermentation is a modified process of anaerobic digestion; the latter is used nowadays to produce biogas from waste and can be the right process for recycling PHA-based waste and for producing a cheap substrate, namely volatile fatty acids for PHA's production. This project is about a part of the process, namely the production of PHAs with bacteria. The research group at the University of Borås has a bacterial strain that has not been yet investigated for the production of PHAs. Before this bacterium can be studied for the production of PHAs from volatile fatty acids the compositionoptimization of the cultivation medium for bacterial growth is needed. The purpose of this work is to investigate the effect of different glucose concentrations as a source of carbon and different amounts of ammonium sulphate in the growth of the bacterium Bacillus megaterium and the production of polyhydroxyalkanoates. A comparison between the defined medium under development in this project with nutrient broth, a complex medium normally used to grow bacteria, was also carried out in order to evaluate the suitability of the defined medium to support bacterial growth. During this work several different analytical techniques have been used such as pH measurement, High-Performance Liquid Chromatography (HPLC), Spectrometer (for optical density (OD) measurement), and Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) to evaluate bacterial growth and production of PHA as well as PHAs composition. The amount of ammonium sulphate affected glucose consumption rate, where concentrations of 3 g/L and 7 g/L were shown to lead to a faster glucose consumption compared to that at 5 g/L. Therefore, 3 g/L ammonium sulphate was chosen as it represents less chemical consumption while not affecting cell growth negatively. During bacterial cultivation in a medium containing 3 g/L ammonium sulphate, 10 g/L glucose, among other compounds, glucose was completely consumed after 72 hours of bacterial growth and the maximum PHA production was 13-14% based on cell dry weight. The cultivation medium developed in this project was shown to be suitable for bacterial growth since the use of nutrient broth, normally used for bacterial growth, led to slower glucose consumption. Initial glucose concentration (5, 10 and 20 g/L) did not affect glucose consumption rate and should be further studied to increase cell concentration and consequently the production of PHA. One of the most studied polymers in the PHA family is polyhydroxybutyrate (PHB). During this work, it was found, through the use of FTIR, that PHB was produced.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:hb-26353 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Arab Goueini, Shahdokht |
| Publisher | Högskolan i Borås, Akademin för textil, teknik och ekonomi |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0029 seconds