Μελέτη της παραγωγής φουμαρικού οξέος μέσω ζυμώσεων με χρήση του οργανικού κλάσματος αστικών δημοτικών απορριμάτων

Abstract

Στη παρούσα μεταπτυχιακή μελέτη εξετάστηκε η διαδικασία παραγωγής φουμαρικού οξέος μέσω μικροβιακών ζυμώσεων με τη χρήση του μικροοργανισμού Candida blankii (CBS 6734). Τα πειράματα στόχευαν στη βελτιστοποίσηση της διαδικασίας και στην αξιοποίηση του οργανικού κλάσματος στερεών αστικών αποβλήτων για την παραγωγή φουμαρικού οξέος. Τέλος, μελετήθηκε η διαδικασία διαχωρισμού του φουμαρικού άλατος που παράγεται. Για το σκοπό αυτό διερευνήθηκε η διαλυτότητα του φουμαρικού οξέος και η χρήση ηλεκτροχημικού κελιού. Σε πρώτο στάδιο μελετήθηκε η επίδραση του οξυγόνου και η συγκέντρωση εκχυλίσματος ζύμης στην παραγωγή του φουμαρικού οξέος και στην ανάπτυξη του μικροοργανισμού με τη χρήση γλυκόζης ως πηγή άνθρακα. Παράλληλα όμως μελετήθηκε και η διαδικασία ζύμωσης για παραγωγή φουμαρικού οξέος με την χρήση διαφορετικών σακχάρων τα οποία περιέχονται στο υδρόλυμα αστικών αποβλήτων. Ακόμη, το υδρόλυμα αστικών αποβλήτων χρησιμοποιήθηκε ως πηγή άνθρακα και αζώτου. Η ζύμωση με πηγή άνθρακα τη γλυκόζη στις βέλτιστες συνθήκες έδωσε ικανοποιητικά αποτελέσματα, με τη συγκέντρωση φουμαρικού οξέος να είναι ίση με 46,86 g/L και ταυτόχρονη παραγωγή μηλικού οξέος 22,53 g/L. Στην περίπτωση του υδρολύματος αστικών αποβλήτων παρατηρήθηκε μικρότερη παραγωγή φουμαρικού οξέος ίση με 16,57g/L. Στη συνέχεια, αξιολογήθηκε η διαλυτότητα του φουμαρικού άλατος που παράγεται από τη ζύμωση σε διαφορετικές τιμές pH, παρατηρώντας μείωση της διαλυτότητάς του με τη μείωση του pH. Τέλος, χρησιμοποιήθηκαν διαφορετικά ηλεκτρόδια για την μελέτη διαχωρισμού ή όχι του φουμαρικού άλατος. Το ηλεκτρόδιο PbO αξιολογήθηκε ως καταλληλότερο για το διαχωρισμό διότι δεν μετέτρεπε το φουμαρικό οξύ σε κανένα άλλο οξύ κατά την διάρκεια της κατάλυσης. Επίσης, με τη χρήση ηλεκτροχημικού κελιού ήταν επιτυχής ο διαχωρισμός του φουμαρικού άλατος της ζύμωσης.

In the present study, the process of fumaric acid production through microbial fermentation was examined using the microorganism Candida blankii (CBS 6734). The experiments were aimed at optimizing the process and utilizing the organic fraction of municipal solid waste for the production of fumaric acid. Finally, the process of separation of the fumarate is studied. For this purpose, the solubility of fumaric acid and the use of an electrochemical cell were investigated. In the first stage, the effect of oxygen and the concentration of yeast extract on the production of fumaric acid and the growth of the microorganism using glucose as a carbon source was studied. At the same time, the fermentation process for the production of fumaric acid was studied using different sugars contained in the municipal waste. The municipal solid waste was also used as a source of carbon and nitrogen. Fermentation with carbon source glucose under optimal conditions gave satisfactory results, with the concentration of fumaric acid being 46,86 g/L and simultaneous production of malic acid 22,53 g/L. In the case of municipal solid waste, a lower production of fumaric acid equal to 16.57g / L was observed. Then, the solubility of fumarate at different pH values was evaluated, observing a decrease in its solubility with decreasing pH. Finally, different electrodes were used to study the separation or not of fumarate. The PbO electrode was evaluated as the most suitable for separation because it did not convert fumaric acid to any other acid during catalysis. Also, with the use of an electrochemical cell the separation of the fumarate was successful.