Μελέτη της παραγωγής πολυ(3-υδροξυ-βουτυρικού) εστέρα μέσω μικροβιακών ζυμώσεων με χρήση του Azohydromonas lata

Abstract

Στην εποχή μας -περισσότερο από ποτέ- διακυβεύεται το μέλλον του πλανήτη σε επίπεδο διαθεσιμότητας αποθεμάτων ενέργειας, αλλά και όσον αφορά την κλιματική αλλαγή, που ήδη έχει αρχίσει να υφίσταται ορατά. Η επιστημονική κοινότητα καλείται, αν μη τι άλλο να συνδράμει, ανοίγοντας και εδραιώνοντας το δρόμο προς την αειφόρα ανάπτυξη, την κυκλική οικονομία και τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και πρώτων υλών, ώστε η ανθρώπινη δραστηριότητα να είναι όσο το δυνατόν λιγότερο επιζήμια για το φυσικό περιβάλλον. Στον αντίποδα, ένα μείζον πρόβλημα των ημερών μας είναι η υπέρογκη παραγωγή οργανικών αποβλήτων, τα οποία επιβαρύνουν σημαντικά την ήδη υπάρχουσα κατάσταση. Με το βλέμμα στραμμένο προς αυτή την κατεύθυνση και στόχο την πράσινη ανάπτυξη, η αξιοποίηση αποβλήτων προς παραγωγή προϊόντων προστιθέμενης αξίας και συνάμα φιλικών προς το περιβάλλον, όπως τα βιοπλαστικά, αποτελεί την επιτομή της συμβολής της επιστήμης δίνοντας ταυτόχρονη λύση σε δύο από τα βασικότερα ζητήματα που απασχολούν την επικαιρότητα. Στην παρούσα μελέτη αξιοποιήθηκαν διάφορα χαμηλού κόστους εμπορικά σάκχαρα καθώς και εκχύλισμα ελεύθερων σακχάρων αποβλήτων φρούτων και υδρόλυμα πιτύρου σίτου, για την βιοτεχνολογική παραγωγή πολύ(3-ύδροξυ-βουτυρικού) εστέρα (PHB), μέσω μικροβιακών ζυμώσεων. Ο μικροοργανισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν το βακτηριακό στέλεχος A. lata DSM 1123 και αξιολογήθηκε ως προς την ικανότητά του να αναπτύσσεται στα συγκεκριμένα υποστρώματα και να συσσωρεύει ενδοκυτταρικά τον εν λόγω πολυεστέρα. Η μεγαλύτερη τιμή παραγωγής ξηρής βιομάζας ήταν 44,7 g/L με συσσώρευση PHB σε ποσοστό 54,7%, κατά την ημι-συνεχή ζύμωση με ελεύθερα σάκχαρα αποβλήτων φρούτων, ως πηγή άνθρακα. Επιπλέον, σε ημι-συνεχείς ζυμώσεις με ελεύθερα σάκχαρα αποβλήτων φρούτων και υδρόλυμα πιτύρου σίτου, ως πηγές άνθρακα, σημειώθηκε υψηλή παραγωγικότητα PHB της τάξης των 0,70 και 0,51 g/L/h, αντίστοιχα.

In our time - more than ever before - the future of the planet is at stake, in terms of the availability of energy reserves, but also in terms of climate change, which has already begun to visibly occur. The scientific community is called to help by opening and consolidating the way to sustainable development, circular economy and utilization of renewable energy sources and raw materials, so that human activity is as little harmful as possible to the natural environment. On the contrary, a major problem nowadays is the excessive production of organic waste, which significantly burdens the already existing situation. With the eye turned in this direction and the goal of green development, the waste valorization to produce value-added and environmentally friendly products, such as bioplastics, is the epitome of the contribution of science, providing a simultaneous solution to two of the most basic issues that concern the current affairs. In the present study, various commercial low-cost sugars, as well as fruit waste derived free sugar extract and wheat bran hydrolyzate were valorized for the biotechnological production of poly(3-hydroxybutyrate) (PHB), via microbial fermentation. The microorganism used was the bacterial strain A. lata DSM 1123 and was evaluated as far as its capability to grow on the specific substrates and accumulate the PHB is concerned. The highest dry biomass production value was 44.7 g/L with PHB accumulation at 54.7%, during fed-batch fermentation with fruit waste free sugars as carbon source. Furthermore, in fed-batch cultures with fruit waste derived free sugars and wheat bran hydrolyzate as carbon sources, important PHB productivity of 0.70 and 0.51 g/L/h, respectively, was noted.