Βελτιστοποίηση της ετερότροφης ανάπτυξης μικροφυκών και μελέτη της παραγωγής βιοενεργών συστατικών. - Φαφούτης, Αντώνιος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών - Εργαστήριο Χημείας και Τεχνολογίας Τροφίμων, 2017)
Κεντρικός σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η βελτιστοποίηση της ανάπτυξης του μικροφύκους Chlorella zofingiensis υπο ετερότροφες συνθήκες και η εξέταση της παραγωγής των βασικών μεταβολιτών του, δηλαδή της ασταξανθίνης και των λιπαρών οξέων. Για το λόγο αυτό πραγματοποιήθηκαν, καταρχάς, ετερότροφες καλλιέργειες διαλείποντος έργου, του στελέχους C.zofingiensis CCAP 211/14 σε διαφορετικές πηγές άνθρακα, αζώτου και σε διάφορες θερμοκρασίες επώασης, εξετάζοντας κάθε φορά την ανάπτυξη του μικροφύκους. Στα πλαίσια της έρευνας της ανάπτυξης του μικροφύκους πραγματοποιήθηκε και ετερότροφη καλλιέργεια με πηγή άνθρακα, γλυκόζη από ενζυμικά υδρολυμένη λιγνινοκυτταρινούχα βιομάζα υπολλειμμάτων καλαμποκιού. Στη συνέχεια, κύτταρα πιο ανεπτυγμένων καλλιεργειών απομονώθηκαν για να εκχυλιστούν η ασταξανθίνη και τα λιπαρά οξέα που βρίσκονται εσωκυτταρικά και ερευνήθηκαν οι συνθήκες παραγωγής τους. Πιο συγκεκριμένα, ερευνήθηκε η προτιμότερη πηγή άνθρακα ανάμεσα στο οξικό οξύ, τη ξυλόζη και τη γλυκόζη, για διάφορες συγκεντρώσεις αυτών. Βρέθηκε πως με τη γλυκόζη μεγιστοποιήθηκε η κυτταρική παραγωγικότητα (3.33 g/L) και ειδικά για 15 g/L αυτής, ενώ για μεγαλύτερες συγκεντρώσεις (20 g/L και 30 g/L) παρεμποδίστηκε. Συνδυάζοντας επίσης τις πεντόζες (ξυλόζη) και εξόζες (γλυκόζη), για διαφορετικές συγκεντρώσεις αυτών, δεν παρατηρήθηκε υψηλή ανάπτυξη των κυττάρων του μικροφύκους, πιθανότατα λόγω πίεσης του καταβολισμού τους. Μετέπειτα, διαπιστώθηκε πως η βέλτιστη πηγή αζώτου ήταν το αμμώνιο, ενώ για διάφορες θερμοκρασίες επώασης βρέθηκε πως το μικροφύκος αναπτύσσεται καλύτερα στους 25 oC. Η εύρεση των συνθηκών βελτιστοποίησης της ανάπτυξης του μικροφύκους, έδωσε το κίνητρο για την καινοτόμα προσπάθεια τροφοδότησης της καλλιέργειας με λιγνινοκυτταρινούχα βιομάζα, πλούσια στην προτιμητέα γλυκόζη. Για το λόγο αυτό, υδρολύθηκαν ενζυμικά υπολλείμματα καλαμποκιού που είχαν υποστεί προκατεργασία με έκρηξη ατμού. Από το προκύπτον υδρόλυμα, απομακρύνθηκαν οι φαινολικές ουσίες και στη συνέχεια το ίδιο τροφοδοτήθηκε στο μικροφύκος, αλλά δεν παρατηρήθηκε ανάπτυξή του, γεγονός που χρήζει περαιτέρω μελέτης. Στο πεδίο ανάλυσης των μεταβολιτών, εξετάστηκε κυρίως ο δευτερογενής μεταβολίτης που παράγεται από το στέλεχος αυτό, δηλαδή η ασταξανθίνη. Η ίδια εκχυλίστηκε και αναλύθηκε με χρωματογραφικό σύστημα HPLC-RID και διαπιστώθηκε στα διάφορα είδη καλλιεργειών που εξετάστηκαν, πως η αύξηση του λόγου άνθρακα/αζώτου (C/N) στο θρεπτικό υλικό βελτιώνει την παραγωγή της ασταξανθίνης. Στο επίπεδο επώασης του μικροφύκους διαπιστώθηκε πως για θερμοκρασία 30 oC παράγεται η περισσότερη ασταξανθίνη, ως μηχανισμός άμυνας του κυττάρου απέναντι στις οξειδωτικές συνθήκες. Ως η καλύτερη συγκέντρωση γλυκόζης για την παραγωγή ασταξανθίνης, επιλέχθηκε τελικά η τιμή 15 g/L, η οποία αν και δεν ενισχύει τόσο τη παραγωγή ασταξανθίνης ανά γραμμάριο ξηρής βιομάζας, οδηγεί σε πολύ υψηλή παραγωγή κυττάρων, καταλήγοντας τελικά στη μέγιστη παραγωγή ασταξανθίνης ανά λίτρο καλλιέργειας. Σε τελική φάση, εκχυλίστηκαν τα λιπαρά του μικροφύκους, δηλαδή τα C16:0, C18:0, C16:1 και C18:1, που προτείνεται να μετατραπούν σε βιοντήζελ προς τη συνολική εκμετάλλευση του μικροφύκους για παραγωγή βιοενεργών συστατικών. Κλείνοντας, εκτός των άλλων, πραγματοποιήθηκε ετερότροφη στερεή και υγρή καλλιέργεια του μικροφύκους Crypthecodinium cohnii, το οποίο πρόκειται μελλοντικά να εξεταστεί ως προς τις βέλτιστες συνθήκες ανάπτυξης και παραγωγής των προϊόντων του και συγκεκριμένα των ω-3 λιπαρών οξέων.