Využití termofilní bakterie Caldimonas thermodepolymerans pro výrobu polyhydroxyalkanoátů pomocí bioreaktorů

Abstract

Diplomová práce se zabývala produkcí polyhydroxyalkanoátů (PHA) pomocí gramnegativní termofilní bakterie Caldimonas thermodepolymerans dříve známou jako Schlegelella thermodepolymerans. Teoretická část je zaměřena na obecný popis PHA a jejich produkci v bioreaktorech pomocí termofilních bakterií. Experimentální část se zabývá kultivací bakterie Caldimonas thermodepolymenans v bioreaktorech, kdy byla nejprve provedena série testů v osobních bioreaktorech za účelem zjištění optimálních podmínek. Za cíl bylo zvolit vhodnou dobu růstu inokula u bakteriálního kmene DSM 15344 a vhodnou kombinaci pro inokulum a navazující produkční médium, tak aby byla kultivace co nejvíce efektivní na obsah PHA. Následně byl proces převeden do většího měřítka za využití laboratorních bioreaktorů, kde byly testovány dvě metody kultivace – batch a fed batch. U kultivací byl v průběhu měření sledován nárůst optické hustoty, rychlosti růstu, dále byl stanoven obsah P(3HB) z biomasy pomocí GC FID a u batch a fed-batch byla stanovena utilizace sacharidů v závislosti na čase kultivace. U fed-batch kultivace byly testovány různé podmínky koncentrací substrátů. Nejvyššího obsahu biomasy (15,0 g/l) bylo dosaženo při fed-batch kultivaci v bioreaktrou Biostat B plus.This diploma thesis focused on the production of polyhydroxyalkanoates (PHA) using the gram-negative thermophilic bacterium Caldimonas thermodepolymerans (previously known as Schlegelella thermodepolymerans). The theoretical section provides a general overview of PHAs and their production in bioreactors using thermophilic bacteria. The experimental part investigates the cultivation of Caldimonas thermodepolymerans in bioreactors, beginning with a series of tests in small-scale bioreactors to determine optimal conditions. The objectives included establishing the optimal growth period for the bacterial strain DSM 15344 inoculum and identifying the most effective combination of inoculum and production media to maximize PHA yield. Subsequently, the process was scaled up using laboratory bioreactors, where two cultivation methods were tested – batch and fed-batch. During cultivation, optical density and growth rate were monitored, P(3HB) content in biomass was determined using GC-FID, and carbohydrate utilization was analyzed in relation to cultivation time for both batch and fed batch methods. Various substrate concentration conditions were tested for fed-batch cultivation. The highest biomass concentration (15.0 g/l) was achieved during fed-batch cultivation in the Biostat B plus bioreactor.