Frakcionace a valorizace vybraných odpadů potravinářských výrob

Abstract

Předložená dizertační práce se zaměřuje na využití lignocelulózových odpadních materiálů k produkci látek s přidanou hodnotou. V úvodní části je podrobně popsáno složení lignocelulózy, možnosti její předúpravy a zpracování, a také mikrobiální inhibitory, které zpomalují fermentační procesy. Mezi tyto inhibitory se řadí i kyselina ferulová, kterou lze pomocí mikroorganismů biotransformovat na senzoricky aktivní látky, jako je vanilin, vanilylalkohol, kyselina vanilová a další. Dále se práce zaměřuje na polyhydroxyalkanoáty (PHA): jejich biosyntézu, biodegradaci, využití a možnosti snížení finančních nákladů výrobního procesu těchto biopolymerů. V experimentální části je pozornost věnována optimalizaci hydrolytického postupu lignocelulózových materiálů, konkrétně pšeničných otrub a pivovarského mláta. Z hlediska dosažení optimální koncentrace sacharidů a minimalizace obsahu fenolických látek (mikrobiálních inhibitorů) byla vybrána neutrální hydrolýza následovaná enzymatickou hydrolýzou. Na získaných hydrolyzátech byly následně kultivovány vybrané bakteriální kmeny. Nejvyšší produkce PHA byla zaznamenána u halofilních bakteriálních kmenů (Halomonas halophila a Halomonas organivorans). Druhá část práce se zaměřuje na biotransformaci ferulové kyseliny na senzoricky aktivní látky (zejména vanilovou kyselinu a vanilylalkohol) za využití různých bakteriálních kmenů. Nejlepší biotransformační potenciál vykázaly termofilní bakterie Caldimonas thermodepolymerans a halofilní bakterie Halomonas neptunia, se kterými byly provedeny další podrobnější experimenty.The doctoral thesis focuses on the use of lignocellulosic waste materials for the production of value-added substances. In the first part, the composition of lignocellulose, its pretreatment and processing options, and microbial inhibitors that slow down fermentation processes are described in detail. Among these inhibitors is ferulic acid, which some microorganisms can biotransform into sensory active substances such as vanillin, vanillyl alcohol, vanillic acid, and others. Furthermore, the thesis focuses on polyhydroxyalkanoates (PHAs): their biosynthesis, biodegradation, utilization, and the possibility of cheapening the production process of these biopolymers. The experimental part focuses on optimizing the hydrolysis process of lignocellulosic materials, specifically wheat bran and brew spent grains. Neutral hydrolysis followed by enzymatic hydrolysis was selected to achieve high saccharide concentration and to minimize the content of phenolic compounds (microbial inhibitors). Selected bacterial strains were subsequently cultivated on the hydrolysates. The highest PHA production was observed in halophilic bacterial strains (Halomonas halophila and Halomonas organivorans). The work's second part focuses on the biotransformation of ferulic acid to sensory active substances (mainly vanillic acid and vanillyl alcohol) using different bacterial strains. The highest biotransformation potential was observed with the thermophilic bacterium Caldimonas thermodepolymerans and the halophilic bacterium Halomonas neptunia, and further detailed experiments were performed with these strains.