Ravinteiden vaikutus poly-β-hydroksibutyraatin tuotantoon metanotrofien avulla
Siukola, Tiina (2015)
Siukola, Tiina
Tampereen ammattikorkeakoulu
2015
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2015120819934
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2015120819934
Tiivistelmä
Poly-β-hydroksibutyraatti on biopolymeeri, jota prokaryootit syntetisoivat hiili- ja energiavarastokseen epäsuotuisissa kasvuoloissa. Polymeeri muistuttaa ominaisuuksiltaan tavanomaisia petrokemian polymeereja. Metanotrofit ovat bakteereja, joita esiintyy kaikenlaisissa luonnon ekosysteemeissä. Ne hapettavat ympäristöissä syntyvää metaania ja vähentävät näin ilmakehään vapautuvan kaasun määrää. Bakteerit tuottavat poly-β-hydroksibutyraattia metaanista, kun niiden kasvualustasta puuttuu jokin ravinne.
Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää, miten eri ravinteet vaikuttavat eksponentiaalisessa kasvunvaiheessa olevien metanotrofien metaaninhapetukseen ja poly-β-hydroksibutyraatin tuotantoon. Kasvualustan ravinteiden optimoinnin avulla voidaan tuottaa poly-β-hydroksibutyraattia metaanista muovien raaka-aineeksi in situ entistä tehokkaammin. Tarkoituksena oli kasvattaa kaatopaikkamaasta rikastettua metanotrofipopulaatiota eksponentiaaliseen kasvunvaiheeseen ja jatkaa kasvatusta mediumeissa, joista oli poistettu jokin ravinne. Tällöin bakteerit tuottavat poly-β-hydroksibutyraattia. Työ suoritettiin Tampereen teknillisellä yliopistolla Kemian ja biotekniikan laitoksella.
Rikastettua metanotrofipopulaatiota kasvatettiin metaani-ilmakaasufaasissa mediumeissa, joista oli poistettu sulfaatti, kalium, magnesium, nitraatti tai fosfaatti. Lisäksi tehtiin toinen nitraatiton kasvatussarja kaasufaasissa, jossa typen määrää rajoitettiin. Syntyneen polymeerin määrä mitattiin inkuboinnin päätyttyä kylmäkuivatusta biomassasta kaasukromatografisesti. Kokeet tehtiin suljettuina pullokasvatuksina. Nitraatiton medium oli poly-β-hydroksibutyraatin saannon kannalta selvästi paras. Kaasufaasin typen rajoittaminen ei tehostanut biopolymeerin tuottoa eikä metaaninhapetusta. Metaaninhapetuksessa ei ollut merkittäviä eroja ravinteikkaan, magnesiumittoman, kaliumittoman, fosfaatittoman ja sulfaatittoman kasvatusalustan välillä. Nitraatittomissa mediumeissa metanotrofit hapettivat metaania selvästi muita kasvatuksia vähemmän.
Saadut tulokset tukevat aiemmin tehtyjä tutkimuksia nitraatittomien kasvatusmediumien osalta. Joissakin tutkimuksissa on saatu poikkeavia tuloksia muita ravinteita käytettäessä. Tässä työssä saatiin selvitettyä, että tutkitun kaatopaikkamaan metanotrofien poly-β-hydroksibutyraatin tuotannolle optimaalisinta on poistaa kasvatusalustasta nitraatti. Lisätutkimuksia tarvitaan metanotrofipopulaation lajien selvittämisessä ja kaasufaasin typen vaikutusten tarkentamisessa.
Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää, miten eri ravinteet vaikuttavat eksponentiaalisessa kasvunvaiheessa olevien metanotrofien metaaninhapetukseen ja poly-β-hydroksibutyraatin tuotantoon. Kasvualustan ravinteiden optimoinnin avulla voidaan tuottaa poly-β-hydroksibutyraattia metaanista muovien raaka-aineeksi in situ entistä tehokkaammin. Tarkoituksena oli kasvattaa kaatopaikkamaasta rikastettua metanotrofipopulaatiota eksponentiaaliseen kasvunvaiheeseen ja jatkaa kasvatusta mediumeissa, joista oli poistettu jokin ravinne. Tällöin bakteerit tuottavat poly-β-hydroksibutyraattia. Työ suoritettiin Tampereen teknillisellä yliopistolla Kemian ja biotekniikan laitoksella.
Rikastettua metanotrofipopulaatiota kasvatettiin metaani-ilmakaasufaasissa mediumeissa, joista oli poistettu sulfaatti, kalium, magnesium, nitraatti tai fosfaatti. Lisäksi tehtiin toinen nitraatiton kasvatussarja kaasufaasissa, jossa typen määrää rajoitettiin. Syntyneen polymeerin määrä mitattiin inkuboinnin päätyttyä kylmäkuivatusta biomassasta kaasukromatografisesti. Kokeet tehtiin suljettuina pullokasvatuksina. Nitraatiton medium oli poly-β-hydroksibutyraatin saannon kannalta selvästi paras. Kaasufaasin typen rajoittaminen ei tehostanut biopolymeerin tuottoa eikä metaaninhapetusta. Metaaninhapetuksessa ei ollut merkittäviä eroja ravinteikkaan, magnesiumittoman, kaliumittoman, fosfaatittoman ja sulfaatittoman kasvatusalustan välillä. Nitraatittomissa mediumeissa metanotrofit hapettivat metaania selvästi muita kasvatuksia vähemmän.
Saadut tulokset tukevat aiemmin tehtyjä tutkimuksia nitraatittomien kasvatusmediumien osalta. Joissakin tutkimuksissa on saatu poikkeavia tuloksia muita ravinteita käytettäessä. Tässä työssä saatiin selvitettyä, että tutkitun kaatopaikkamaan metanotrofien poly-β-hydroksibutyraatin tuotannolle optimaalisinta on poistaa kasvatusalustasta nitraatti. Lisätutkimuksia tarvitaan metanotrofipopulaation lajien selvittämisessä ja kaasufaasin typen vaikutusten tarkentamisessa.