Μελέτη της βιοτεχνολογικής παραγωγής της 2,3-βουτανοδιόλης με χρήση ακατέργαστης ζάχαρης που παράγεται από βιομηχανία επεξεργασίας ζαχαροκάλαμου

Abstract

Στην παρούσα μελέτη εξετάστηκε η επίδραση της ανάδευσης, του pH και της θερμοκρασίας στην παραγωγή 2,3-βουτανοδιόλης μέσω μικροβιακών ζυμώσεων με τη χρήση του μικροοργανισμού Enterobacter ludwigii της οικογένειας Enterobacteriaceae. Αρχικά, σε πρώτο στάδιο μελετήθηκε η επίδραση του οξυγόνου στην παραγωγή της 2,3-βουτανοδιόλης σε ημι-συνεχείς καλλιέργειες με τους ρυθμούς ανάδευσης να κυμαίνονται σε διαφορετικά όρια (150-250 rpm, 150-300 rpm, 150-400 rpm), προκειμένου να διατηρηθεί το επίπεδο του διαλυτού οξυγόνου στο 5%, με σταθερό αερισμό στο 1 vvm. Τα ικανοποιητικότερα αποτελέσματα ως προς τη παραγωγή της 2,3-βουτανοδιόλης παρουσιάστηκαν κατά την ημι-συνεχή καλλιέργεια με ρυθμό ανάδευσης 150-400 rpm. Η συγκέντρωση της 2,3-βουτανοδιόλης έφτασε τα 117 g.L-1 με παραγωγικότητα 1.18 g.L-1.h-1. Ακολούθως, το δεύτερο στάδιο της πειραματικής διαδικασίας είχε ως στόχο να διερευνηθεί η επίδραση της θερμοκρασίας και pH στη βιοτεχνολογική παραγωγή της 2,3-βουτανοδιόλης, βιομάζας και των παραπροϊόντων της ζύμωσης. Μια σειρά από ημι-συνεχείς ζυμώσεις πραγματοποιήθηκαν με διαφορετικούς συνδυασμούς pH και θερμοκρασίας σύμφωνα με το μοντέλο του Κεντρικού Σύνθετου Σχεδιασμού. Με βάση τους υπολογισμούς που πραγματοποιήθηκαν από το πρόγραμμα, η μέγιστη παραγωγή της 2,3-βουτανοδιόλης (87.5 g.L-1 ) επιτεύχθηκε όταν η θερμοκρασία ήταν 33.9˚C και η τιμή pH 6.3 pH.

Τhe influence of the agitation, pH and temperature on 2,3-butanediol production was sudied by microbial fermentation using the microorganism Enterobacter ludwigii of the Enterobacteriaceae family. In the first stage, the effect of the aeration rates was studied in fed-batch cultures by applying different agiatation rates in the range of 150-250 rpm, 150-300 rpm, 150-400 rpm, in order to maintain the dissolved oxygen concentration at 5%, with aeration rate of 1 vvm. The higher 2,3-butanediol production of 117 g.L-1 was obtained during the fed-batch culture when the agitation rate was between 150-400 rpm. Also, high productivity was achieved during the fermentation 1.18 (g.L-1.h-1) The optimization of temperature and pH on the biotechnological production of 2,3-butanediol, biomass and by-products formation was investigated in fed-batch fermentation mode. A central composite design was employed for experimental design and analysis of the results. The optimum pH and temperature for enhanced 2,3-butanediol production were 6.3 and 33.9˚C respectively. Maximum 2.3-butanediol production of 87.5 g.L-1 was achieved at the optimum process conditions