Αναζήτηση

Πλοήγηση

• Κοινότητες
• Συγγραφείς
• Έτος
• Τίτλοι
• Θέματα

Ο Χώρος μου

• Είσοδος

Βελτιστοποίηση διεργασιών ανάπτυξης και διαχωρισμού μικροφυκών για την παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας

Makaroglou Georgios

Πλήρης Εγγραφή

---

Περίληψη

Τα μικροφύκη είναι μονοκύτταροι φωτοσυνθετικοί μικροοργανισμοί που μπορούν να αναπτυχθούν σε διαφορετικά περιβάλλοντα, αναπτύσσοντας μηχανισμούς προσαρμογής. Βρίσκονται σε γλυκό νερό, αλατούχο νερό, πάγο, έδαφος, ακόμη και σε υγρά απόβλητα. Σύμφωνα με τη χρώση τους, τις διατάξεις των φωτοσυνθετικών μεμβρανών ή άλλα μορφολογικά χαρακτηριστικά, τα μικροφύκη ταξινομούνται ως διάτομα, πράσινα φύκη, χρυσά φύκη και κυανοβακτήρια. Τα μικροφύκη μοιράζονται παρόμοιους μηχανισμούς ανάπτυξης με τα χερσαία φυτά, με τη διαφορά ότι είναι κυτταρικοί μικροοργανισμοί. Χρησιμοποιούν το ηλιακό φως για να δεσμεύσουν το CO2 που είναι διαλυμένο στο μέσο ανάπτυξης για παραγωγή βιομάζας και O2. Η καλλιέργεια των μικροφυκών λαμβάνει χώρα σε ανοιχτές λίμνες ή σε φωτοβιοαντιδραστήρες, που αποτελούνται από διάφορους τύπους. Το ηλιακό φως ή το τεχνητό φως (π.χ. φθορίζον, LED) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ενίσχυση της φωτοσύνθεσης. Ωστόσο, το φως μπορεί να είναι ένας περιοριστικός παράγοντας για την ανάπτυξη μικροφυκών, καθώς η υψηλή χλωροφύλλη προκαλεί ένα «φαινόμενο σκίασης» στα μικροφύκη που αναπτύσσονται κοντά στο κέντρο των φωτοβιοαντιδραστήρων. Τα μικροφύκη έχουν διάφορες εφαρμογές όπως σε βιοκαύσιμα, συμπληρώματα διατροφής, καλλυντικά και ζωοτροφές, καθώς είναι πλούσια σε πρωτεΐνες, λιπίδια, υδατάνθρακες, λιπαρά οξέα, χρωστικές ουσίες και βιταμίνες. Η παραγωγή βιομάζας μικροφυκών θα μπορούσε να ενισχυθεί με τη διοχέτευση της παροχής CO2 κατά την καλλιέργεια. Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί να αυξηθεί η παραγωγικότητα των τροφίμων και να μειωθεί το CO2 από τα καυσαέρια. Επιπλέον, τα βιομηχανικά καυσαέρια περιέχουν συνήθως 4-14% ή περισσότερο (v/v) συγκέντρωση CO2 και τοξικές ενώσεις όπως SOx, NOx και ιχνοστοιχεία, τα οποία εκπέμπονται με υψηλή ταχύτητα ροής και υψηλή θερμοκρασία που κυμαίνεται από 80 έως 120 ℃ ή υψηλότερη. Για το λόγο αυτό, τα μικροφύκη θα πρέπει να είναι σε θέση να αντέξουν αυτό το ακραίο περιβάλλον, ώστε να μετριάσουν το εκπεμπόμενο CO2. Τα καυσαέρια από φυσικό αέριο θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη μείωση των αρνητικών επιπτώσεων στην ανάπτυξη των μικροφυκών.Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποτελείται από τέσσερα κύρια ερευνητικά μέρη. Ο αρχικός στόχος ήταν η μετάλλαξη του άγριου στελέχους μικροφυκών Stichococcus sp. που οδήγησε σε ένα νέο στέλεχος με μειωμένη περιεκτικότητα σε χλωροφύλλη και αυξημένη παραγωγικότητα βιομάζας και λιπιδίων (ονομασία EMS1). Η μετάλλαξη επιτεύχθηκε με το χημικό αντιδραστήριο Ethyl Methanesulfonate (EMS) που προκαλεί τυχαίες μεταλλάξεις στο DNA. Ο σκοπός της μετάλλαξης είναι ότι η υψηλή χλωροφύλλη μπορεί να αναστείλει τη διείσδυση φωτός στο εσωτερικό μέρος της καλλιέργειας, που αναπτύσσεται σε φωτοβιοαντιδραστήρες. Έτσι, οδηγεί σε μειωμένη παραγωγικότητα βιομάζας. Το μεταλλαγμένο στέλεχος EMS1 έδειξε 51% λιγότερη χλωροφύλλη, 12% υψηλότερη βιομάζα και 45% υψηλότερη παραγωγή λιπιδίων, σε σχέση με τον άγριο τύπο.Ο δεύτερος στόχος ήταν η περαιτέρω διερεύνηση των στελεχών και η επιλογή ενός που θα βελτιστοποιηθεί σε μικρή κλίμακα με απώτερο στόχο την κλιμάκωση σε πιλοτικούς φωτοβιοαντιδραστήρες και τη δέσμευση CO2 από βιομηχανικά απαέρια. Πειράματα με το άγριο και EMS1 στέλεχος Stichococcus sp. πραγματοποιήθηκαν σε εργαστηριακή κλίμακα (ποτήρια ζέσεως, όγκος καλλιέργειας 150 mL) με μέσο ανάπτυξης Bold's Basal αραιωμένο σε τεχνητό θαλασσινό νερό. Τα μικροφύκη αναπτύχθηκαν προσαρτημένα σε οριζόντια γυάλινα πλακίδια αμμοβολής στο κάτω μέρος των δοχείων, ως μέτρο για την ελαχιστοποίηση του κόστους συγκομιδής. Εξετάστηκαν η ανάδευση, η αποτελεσματικότητα δέσμευσης CO2, η διάρκεια καλλιέργειας, η διάρκεια της πενίας αζώτου, η παραγωγή βιομάζας και βιο-προϊόντων. Διαπιστώθηκε ότι η απουσία ανάδευσης είχε μικρή επίδραση στη μείωση της παραγωγής βιομάζας. Η προσθήκη 5% αερίου CO2 είχε ως αποτέλεσμα έως και 300% αύξηση της βιομάζας και τα μικροφύκη χρειάστηκαν 25 ημέρες για να αναπτυχθούν επαρκώς. Επίσης, η εφαρμογή της πενίας αζώτου τρεις ημέρες πριν από τη συγκομιδή ενίσχυσε την ενδοκυτταρική παραγωγή λιπιδίων. Ο έλεγχος των δύο στελεχών οδήγησε στην επιλογή του μεταλλαγμένου στελέχους EMS1 για τη βελτιστοποίηση της παραγωγής βιομάζας και βιο-προϊόντων (δηλαδή λιπίδια, χρωστικές ουσίες, πρωτεΐνες και υδατάνθρακες). Η μέθοδος Taguchi – Design of Experiments (DOE) εφαρμόστηκε για να βρεθούν οι λιγότερο απαιτούμενες πειραματικές εκτελέσεις. Επίσης, τα μικροφύκη τροφοδοτήθηκαν με συνθετικά καυσαέρια (για δέσμευση CO2), με σκοπό την προσομοίωση πραγματικών συνθηκών από την καύση φυσικού αερίου από βιομηχανικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Από τη στατιστική α

Διαθέσιμα αρχεία

Υπηρεσίες