Valorizace potravinářských odpadů pomocí vybraných mikroorganismů
Loading...
Date
Authors
Holub, Jiří
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Valorizace odpadních materiálů pomocí mikroorganismů je v nynější době problematikou řešenou v mnoha odborných pracích. Tato disertační práce se zaměřuje na valorizaci odpadů z potravinářství a produkce biopaliv dostupných vnitrozemského státu (ČR), neboť se nezabývá rozsáhlou problematikou odpadů ze zpracování mořských živočichů a rostlin. Zároveň poskytuje rešerši na téma utilizace různých odpadů a jejich možné použití v biotechnologiích v rámci modelu cirkulární ekonomiky. Karotenogenní kvasinky využité v této práci jsou oleogenní kvasinky se specifickou enzymovou výbavou schopnou syntézy karotenoidů, což kvasinkám dodává jejich specifickou barvu. Dále jsou schopné ve větší míře kumulovat ergosterol, ubichinon, beta-glukany a lipidy. Tyto vlastnosti z nich dělají potenciální průmyslové producenty bioaktivních látek, popřípadě obohacené biomasy použitelné v potravinářství, popřípadě ve farmaceutickém průmyslu. Použitými rody kvasinek byly Cystofilobasidium, Rhodotorula, Sporidiobolus, Rhodosporidium a Phaffia. V experimentální a praktické části byly testovány formou screeningových experimentů vybrané druhy karotenogenních kvasinek k valorizaci jednotlivých odpadů. Jako odpadní substráty byly použity: hydrolyzovaná odpadní kávová sedlina, hydrolyzované odpadní pivovarské mláto, autolyzované odpadní pivovarské kvasnice, hydrolyzované odpadní drůbeží peří, odpadní fritovací olej, kávový olej ze sedliny, drůbeží tuk živočišný tuk a odpadní glycerol. V některých podmínkách a kombinacích substrátů byly růstové a produkční vlastnosti kvasinek testovány i v laboratorních bioreaktorech, kde dosahovaly i velmi dobrých výsledků, příkladem je nejvyšší produkce biomasy při kultivaci kmene S. pararoseus na médiu obsahujícím kávový olej a kávový hydrolyzát s výtěžkem biomasy 40.15 g/l. Všechny kvasinkové druhy byly po kultivaci podrobeny stanovení růstových charakteristik a analýzám zahrnujícím HPLC-PDA pro stanovení karotenoidů, ubichinonu, ergosterolu a tokoferolu, dále pak GC-FID pro stanovení množství a profilu mastných kyselin, dále bylo u vybraných vzorků stanoveno množství beta-glukanů enzymovou metodou. Dalším zaměřením práce byl detailnější pohled na růst a metabolické odpovědi kvasinek v prvních fázích růstu v produkčním médiu s použitím fluorescenční mikroskopie a průtokové cytometrie. Důležitým zjištěním bylo, že lag-fáze u studovaných kmenů přešla do fáze zrychleného růstu v rozmezí od 4-12 hodiny po zaočkování.
The valorization of waste materials via microorganisms is currently a topic addressed in numerous scientific studies. This dissertation thesis focuses on the valorization of waste from the food industry and biofuel production available in a landlocked country (Czech Republic), as it does not deal with the broader issue of waste from marine animal and plant processing. It also provides a literature review on the utilization of various wastes and their potential applications in biotechnology within the framework of a circular economy model. The carotenogenic yeasts used in this study are oleaginous yeasts with a specific enzymatic profile capable of synthesizing carotenoids, which give the yeasts their distinct coloration. In addition, they are able to accumulate ergosterol, ubiquinone, beta-glucans, and lipids in significant quantities. These characteristics make them potential industrial producers of bioactive compounds or enriched biomass suitable for use in the food or pharmaceutical industries. The yeast genera used in this study included Cystofilobasidium, Rhodotorula, Sporidiobolus, Rhodosporidium, and Phaffia. The experimental and practical, selected strains of carotenoid-producing yeasts were screened for their ability to valorize individual waste substrates. The waste substrates tested, including hydrolysed coffee grounds, hydrolysed brewers’ spent grain, autolyzed brewers’ yeast, hydrolysed poultry feathers, waste frying oil, coffee oil from grounds, poultry fat, animal fat, and waste glycerol. Under specific substrate and culture conditions, yeast growth and production characteristics were also evaluated in laboratory bioreactors, yielding promising results, such as a biomass yield of 40.15 g/l for S. pararoseus cultured on media containing coffee oil and coffee hydrolysate. All yeast strains were assessed post-cultivation for growth characteristics, and analyses included HPLC-PDA for carotenoid, ubiquinone, ergosterol, and tocopherol quantification, as well as GC-FID for fatty acid profile and concentration. Select samples were also analyzed for beta-glucan content using enzymatic method. A further focus of the study was a detailed investigation of the growth and metabolic responses of yeasts in the initial stages of growth in production media, utilizing fluorescence microscopy and flow cytometry. A key finding was that the lag phase of the studied strains shifted to an accelerated growth phase between 4 and 12 hours post-inoculation.
The valorization of waste materials via microorganisms is currently a topic addressed in numerous scientific studies. This dissertation thesis focuses on the valorization of waste from the food industry and biofuel production available in a landlocked country (Czech Republic), as it does not deal with the broader issue of waste from marine animal and plant processing. It also provides a literature review on the utilization of various wastes and their potential applications in biotechnology within the framework of a circular economy model. The carotenogenic yeasts used in this study are oleaginous yeasts with a specific enzymatic profile capable of synthesizing carotenoids, which give the yeasts their distinct coloration. In addition, they are able to accumulate ergosterol, ubiquinone, beta-glucans, and lipids in significant quantities. These characteristics make them potential industrial producers of bioactive compounds or enriched biomass suitable for use in the food or pharmaceutical industries. The yeast genera used in this study included Cystofilobasidium, Rhodotorula, Sporidiobolus, Rhodosporidium, and Phaffia. The experimental and practical, selected strains of carotenoid-producing yeasts were screened for their ability to valorize individual waste substrates. The waste substrates tested, including hydrolysed coffee grounds, hydrolysed brewers’ spent grain, autolyzed brewers’ yeast, hydrolysed poultry feathers, waste frying oil, coffee oil from grounds, poultry fat, animal fat, and waste glycerol. Under specific substrate and culture conditions, yeast growth and production characteristics were also evaluated in laboratory bioreactors, yielding promising results, such as a biomass yield of 40.15 g/l for S. pararoseus cultured on media containing coffee oil and coffee hydrolysate. All yeast strains were assessed post-cultivation for growth characteristics, and analyses included HPLC-PDA for carotenoid, ubiquinone, ergosterol, and tocopherol quantification, as well as GC-FID for fatty acid profile and concentration. Select samples were also analyzed for beta-glucan content using enzymatic method. A further focus of the study was a detailed investigation of the growth and metabolic responses of yeasts in the initial stages of growth in production media, utilizing fluorescence microscopy and flow cytometry. A key finding was that the lag phase of the studied strains shifted to an accelerated growth phase between 4 and 12 hours post-inoculation.
Description
Citation
HOLUB, J. Valorizace potravinářských odpadů pomocí vybraných mikroorganismů [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
bez specializace
Comittee
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Václav Brázda, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Stanislav Kráčmar, DrSc. (člen)
doc. RNDr. Renata Mikulíková, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Miloslav Pekař, CSc. (člen)
prof. MVDr. Lenka Vorlová, Ph.D. (člen)
doc. RNDr. Iva Burešová, Ph.D. (člen)
Mgr. Alena Sýkorová (člen)
Date of acceptance
2024-12-09
Defence
Předseda komise představil doktoranda a předal mu slovo. Ing. Holub absolvoval několik zahraničních stáží v Norsku a ve Španělsku. Je spoluautorem několika publikací v časoisech s impakt faktorem, v jednom případě je uveden jako první autor. Je také spoluautorem velkého množství abstraktů a konferenčních příspěvků. Podílel se na jednom užitném vzoru.
Ve své powerpointové prezentaci představil podstatné výsledky své disertační práce. Byly přečteny posudky oponentů a doktorand zodpověděl dotazy v nich obsažené. Následně se rozproudila diskuze a byly zodpovězeny také otázky vzešlé z této diskuze.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení