Využití lignocelulózových hydrolyzátů pro produkci polyhydroxyalkanoátů pomocí termofilních bakterií

Abstract

Předmětem diplomové práce je využití lignocelulózových hydrolyzátů pro produkci PHA. Teoretická část se zabývá produkcí PHA za využití odpadních substrátů. Dále je řešena schopnost termofilních bakterií produkovat PHA se zaměřením na Caldimonas thermodepolymerans. V experimentální části byla sledována produkce PHB u dvou kmenů (DSM 15344 a GLF3) při kultivaci na hydrolyzátech poskytnutých firmou Fibers365 a na hydrolyzátu z pšeničné slámy vlastní přípravy. Bylo prokázáno, že oba kmeny jsou schopny růstu i produkce PHB na lignocelulózových hydrolyzátech, přičemž produkce byla významně ovlivněna přítomností inhibičních látek. Hydrolyzáty s nižším obsahem fenolických sloučenin vedly k vyšší produkci PHB, což bylo potvrzeno zejména u hydrolyzátů H95 a H96. Pro zvýšení produkce PHB byly u hydrolyzátu z pšeničné slámy testovány různé metody detoxifikace. Jako nejvhodnější metoda se ukázala adsorpce na aktivní uhlí, která umožnila snížení obsahu inhibičních látek při zachování dostatečné koncentrace sacharidů. Při využití detoxifikovaného hydrolyzátu bylo dosaženo koncentrace PHB 3,08 ± 0,10 g/l u kmene DSM 15344 a 2,11 ± 0,09 g/l u kmene GLF3. Výsledky práce potvrzují, že lignocelulózové hydrolyzáty představují perspektivní substrát pro produkci PHA, přičemž klíčovým faktorem jejich efektivního využití je optimalizace procesu detoxifikace.The thesis deals with the use of lignocellulosic hydrolysates for PHA production. The theoretical part examines PHA production using waste substrates. It also explores the ability of thermophilic microorganisms to produce PHA, with a focus on Caldimonas thermodepolymerans. The experimental part focuses on the production of PHB by two strains (DSM 15344 and GLF3) cultivated on hydrolysates provided by Fibers365 and on a wheat straw hydrolysate prepared in-house. Both strains were capable of growth and PHB production on lignocellulosic hydrolysates. However, the production was significantly affected by the presence of inhibitory compounds. Hydrolysates with a lower concentration of phenolic compounds resulted in higher PHB production, particularly in the case of hydrolysates H95 and H96. To improve PHB production, several detoxification methods were applied to the wheat straw hydrolysate. Adsorption on activated carbon was identified as the most suitable method, enabling a reduction of inhibitory compounds while maintaining a sufficient concentration of fermentable sugars. Using the detoxified hydrolysate, PHB concentrations of 3.08 ± 0.10 g/L for strain DSM 15344 and 2.11 ± 0.09 g/L for strain GLF3 were achieved. The results confirm that lignocellulosic hydrolysates represent a promising substrate for PHA production, with detoxification being a key step for their efficient utilisation.