Biosinteza ksantana na otpadnoj vodi industrije skroba

Student:

Isić BiljanaMentor:

Dodić Jelena

Novi Sad, 2012

- Ksantan: osobine i primena

- Godišnja proizvodnja: 86 000 t u vrednosti od 270 miliona $; do 2015. god 400 miliona $

- Otpadne vode prehrambenih industrija:

zagađivači i supstrat

- Karakteristika biosinteze ksantana je nespecifičnost ugljenohidratnog supstrata

Uvod:

Cilj:

- Ispitivanje mogućnosti biosinteze ksantana na otpadnoj vodi industrije skroba i

- Opravdanost njenog obogaćivanja hidrolizovanim i nehidrolizovanim skrobom sa ciljem povećanja produktivnosti biosinteze

Kultivacija: priprema inokuluma

- Hranljiva podloga (YMA): glukoza, kvaščev ekstrakt, sladni ekstrakt, pepton i agar

- Proizvodni mikroorganizam:

Xanthomonas campestris

- Uslovi: 4°C; aerobni, 28°C, 48h, eksterno mešanje

- Umnožavanje u dva koraka: 30 ml (100 ml); 150 ml (500 ml)

Kultivacija: biosinteza ksantana - Hranljiva podloga (dodati: azot, mineralne soli):

Podloga 1: nehidrolizovan

skrobPodloga 2: enzimski

hidrolizovan skrobPodloga 3: glukoza

- Uslovi: 28°C, protok 0,01 lvazduh/lKT, 48 h; 30°C, protok 0,02 lvazduh/lKT, 72 h; eksterno mešanje

Rezultati : procesni parametri kultivacije

0 24 48 72 96 1205.0

5.5

6.0

6.5

7.0

7.5

Podloga 1 Podloga 2 Podloga 3

vreme kultivacije [h]

pH [1

]- Određivanje pH

Rezultati: sadržaj nutrijenata tokom kultivacije

0 24 48 72 96 1200

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Podloga 1 Podloga 2 Podloga 3

vreme kultivacije [h]

sadr

žaj r

eduk

ujuć

ih še

ćera

[mg/

ml]

- Određivanje sadržaja redukujućih šećera

Rezultati: sadržaj nutrijenata tokom kultivacije

0 24 48 72 96 1200.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

Podloga 1 Podloga 2 Podloga 3

vreme kultivacije [h]

ukup

an a

zot [

mg/

ml]

- Određivanje ukupnog azota

Rezultati: sadržaj nutrijenata tokom kultivacije

0 24 48 72 96 1200.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

Podloga 1 Podloga 2 Podloga 3

vreme kultivacije [h]

asim

ilabi

lni a

zot [

mg/

ml]

- Određivanje asimilabilnog azota

Rezultati: sadržaj nutrijenata tokom kultivacije

0 24 48 72 96 1201.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

2.4

2.6

2.8

3.0

Podloga 1 Podloga 2 Podloga 3

vreme kultivacije [h]

ukup

ne ra

stvo

rene

soli

[mg/

ml]

- Određivanje sadržaja ukupnih rastvorenih soli

Rezultati: sadržaj proizvoda tokom kultivacije

0 24 48 72 96 1200.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Podloga 1 Podloga 2 Podloga 3

vreme kultivacije [h]

apso

rban

cija

na 6

60nm

- Određivanje mutnoće

Rezultati: sadržaj proizvoda tokom kultivacije

0 24 48 72 96 1205

55

105

155

205

255

305

Podloga 1 Podloga 2 Podloga 3

vreme kultivacije [h]

vrem

e isti

canj

a [s

]- Određivanje vremena isticanja

Rezultati: sadržaj proizvoda tokom kultivacije

Podloga Sadržaj glukoze [mg/ml] Stepen konverzije(3)

[%]

Prinos ksantana, P

[mg/ml]

Konverzija(4) [%]

S0(1) S(2)

Podloga 1 2,36 0,75 68,22 5,10 34,00*

Podloga 2 13,77 3,97 71,17 5,78 41,95

Podloga 3 15,27 2,58 83,10 7,52 49,23(1) sadržaj glukoze u zasejanoj podlozi(2) sadržaj glukoze nakon 120 h kultivacije(3) stepen konverzije % = (S0-S)/S0·100(4) konverzija % = P/S0·100* teorijska vrednost izračunata na osnovu dodate količine skroba na početku kultivacije

Rezultati: sadržaj proizvoda tokom kultivacije

0 200 400 600 800 1000 1200 14000

2

4

6

8

10

12

14

16

Podloga 3

D (1/s)

Nap

on sm

icanj

a - τ

(Pa)

- Krive proticanja

0 200 400 600 800 1000 1200 14000

2

4

6

8

10

12

14

Podloga 10hPower (0h)24hPower (24h)

D (1/s)

Nap

on sm

icanj

a - τ

(Pa)

0 200 400 600 800 1000 1200 14000

2

4

6

8

10

12

Podloga 2

D (1/s)

Nap

on sm

icanj

a - τ

(Pa)

Rezultati: sadržaj proizvoda tokom kultivacije

vreme kultivacije

Faktor konzistencije (K) Indeks toka (n) Koeficijent korelacije (R2)

Podloga 1 Podloga 2 Podloga 3 Podloga 1 Podloga 2 Podloga 3 Podloga 1 Podloga 2 Podloga 3

0 h 0.168 0.147 0.139 0.228 0.206 0.312 0.670 0.556 0.556

24 h 0.139 0.139 0.111 0.312 0.312 0.435 0.767 0.767 0.868

48 h 0.121 0.116 0.101 0.415 0.444 0.580 0.870 0.910 0.962

72 h 0.131 0.115 0.212 0.542 0.561 0.569 0.980 0.975 0.985

96 h 0.196 0.141 0.312 0.535 0.588 0.547 0.983 0.990 0.989

120 h 0.244 0.195 0.378 0.581 0.550 0.523 0.990 0.993 0.997

- Vrednosti reoloških parametara i koeficijenata korelacije

Zaključak:

- Otpadna voda industrije skroba, uz dodatak izvora azota, mineralnih materija i skroba, može se primeniti kao podloga za biosintezu ksantana.

- U podlozi sa skrobom i podlozi sa hidrolizovanim skrobom dobijene su bliske vrednosti prinosa i stepena konverzije šećera → upotreba amilolitičkih enzima, radi povećanja prinosa nije opravdana.