Organisko skābju ražošana no lignocelulozes biomasas ar Aspergillus niger fermentāciju

Abstract

Pārtikas, farmācijas un ķīmiskās ražošanas industrijās ir būtiski palielinājusies nepieciešamība pēc organiskajām skābēm. Šo skābju ražošana mikroorganismu fermentācijas ceļā ir ieguvusi īpašu uzmanību kā videi draudzīgāka, ilgtspējīgāka metode, izmantojot atjaunojamos resursus un bioatkritumus. Šī bakalaura darba pamatā ir citronskābes un etiķskābes ražošanas optimizēšana, kur kā ogļhidrātu avots tiek izmantota enzimātiski hidrolizēta biomasa. Darba mērķis bija noteikt optimālos kultivēšanas apstākļus skābju ražošanai, tostarp, fermentācijas laiku, sākuma pH, inokula lielumu, rauga ekstrakta koncentrāciju, metanola klātbūtni un iegūtos datus validēt reaktora mēroga sistēmā. Mērķa sasniegšanai tika izmantota iegremdētā fermentācija un Aspergillus niger (ATCC 16404 un DSM 823). Eksperimentos kā galveno oglekļa avotu izmantoja lignocelulozes hidrolizātu, kas var tikt iegūts no lauksaimniecības un mežsaimniecības atkritumiem, nodrošinot ilgtspējīgu alternatīvu tradicionālajiem glikozes bāzes substrātiem. Pētījuma laikā, optimizējot parametrus, citronskābes koncentrācija alternatīvā substrāta barotnēs palielinājās 2.52 reizes (2.17±0.10 g/l uz 5.47±0.20 g/l), salīdzinot attiecīgi izejas un reaktora mēroga sistēmas parametru rezultātus. Augstākās etiķskābes koncentrācijas (3.22±0.19 g/l) ar alternatīvo substrātu tika sasniegtas inokula eksperimentā un tika noskaidrota citu parametru ietekme uz etiķskābes ražošanu. Tika noteikti optimālie apstākļi paaugstinātai skābju ražošanai, un reaktora mēroga kultivēšana apstiprināja procesa mērogošanas iespējamību, saglabājot augstu skābju iznākumu.

In the food, pharmaceutical, and chemical manufacturing industries, the demand for organic acids has significantly increased. The production of these acids through microbial fermentation has garnered particular attention as a more environmentally friendly and sustainable method, utilizing renewable resources and biowaste. This bachelor's thesis focuses on optimizing the production of citric and acetic acids, using enzymatically hydrolyzed biomass as a carbohydrate source. The goal of the study was to determine the optimal cultivation conditions for acid production, including fermentation time, initial pH, inoculum size, yeast extract concentration, methanol presence, and to validate the obtained data in a reactor-scale system. Submerged fermentation and Aspergillus niger (ATCC 16404 and DSM 823) were employed to achieve the goal. In the experiments, lignocellulose hydrolysate, which can be derived from agricultural and forestry waste, was used as the main carbon source, providing a sustainable alternative to traditional glucose-based substrates. During the study, by optimizing the parameters, the citric acid concentration in alternative substrate media increased 2.52 times (from 2.17±0.10 g/l to 5.47±0.20 g/l), comparing the results of initial and reactor-scale system parameters, respectively. The highest concentrations of acetic acid (3.22±0.19 g/l) with the alternative substrate were achieved in the inoculum experiment, and the impact of other parameters on acetic acid production was determined. Optimal conditions for enhanced acid production were established, and reactor-scale cultivation confirmed the feasibility of scaling up the process while maintaining a high yield of acids.