Fermentointiprosessin optimointi voihapon tuottamiseksi elintarviketeollisuuden sivuvirroista

Research output: ThesisBachelor's thesisTheses

3 Downloads (Pure)

Abstract

Tämä insinöörityö tehtiin Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:n toimeksiantona osana Suomen Akatemian rahoittamaa BIOCHEM-projektia. Työssä tutkittiin, onko elintarviketeollisuuden sivuvirtoja mahdollista hyödyntää fermentointiprosessissa voihapon tuottamiseksi. Tutkimus koostui kolmesta päävaiheesta, jotka olivat 1) voihappoa tuottavien organismien seulonta, 2) sivuvirtojen esikäsittelymenetelmien määrittäminen ja 3) kasvatusolosuhteiden optimointi mahdollisimman korkean voihappopitoisuuden saavuttamiseksi. Työn tavoitteena oli suunnitella toimiva fermentointiprosessi, jota voitaisiin hyödyntää projektin seuraavissa vaiheissa, joissa tutkitaan menetelmiä voihapon erottamiseksi fermentointiliuoksesta sekä mitoitetaan fermentointiprosessi suurempaa mittakaavaan.

Työssä seulottiin potentiaalisia organismeja VTT:n kantakokoelmasta ja valittuja bakteerikantoja, Megasphaera cerevisiae ja Pediococcus pentosaceus, kasvatettiin anaerobisesti erillis- sekä yhteisviljelynä pulloissa ja bioreaktoreissa. Kasvatusten aikana seurattiin solumassan kasvua, substraattien kulutusta sekä tuotteiden muodostumista. Kantojen tuottamaa voihappopitoisuutta pyrittiin nostamaan säätämällä kasvualustan koostumusta sekä kasvatusolosuhteita.

Tutkimuksessa selvisi, että M. cerevisiae -kannan ja P. pentosaceus -kannan yhteisviljelyssä päästiin korkeampiin voihappopitoisuuksiin kuin M. cerevisiae -kannan yksittäisessä viljelyssä. Kasvatuksia tehtiin useilla eri sivuvirta-RCM-kasvatusalustoilla asetaattipuskurin kanssa ja ilman. Käytetyllä sivuvirralla ei ollut huomattavaa vaikutusta voihapon muodostumiseen. Sen sijaan asetaattipuskurin pois jättäminen laski kasvatusten voihappopitoisuutta lähes puolella. Korkein tiitteri ja tuottavuus (7,5 g/l, 0,34 g/l/t) saavutettiin kantojen yhteisviljelyssä asetaattipuskuroidulla kaali-omena-RCM-kasvatusalustalla panosfermentoinnissa. Panos-syöttöfermentoinnissa sivuvirran syöttäminen ei näyttänyt parantavan voihapon tuottoa, vaan lisäsi muiden aineenvaihduntatuotteiden muodostumista. Koska M. cerevisiae- ja P. pentosaceus -kantojen yhteisviljelyn aineenvaihduntareittejä aletaan vasta ymmärtää, lisätutkimuksia tarvitaan vielä fermentointiprosessin optimoimiseksi.
Original languageFinnish
QualificationBachelor Degree
Awarding Institution
  • Metropolia University of Applied Sciences
Award date26 Aug 2019
Publication statusPublished - Sep 2019
MoE publication typeG1 Polytechnic thesis, Bachelor's thesis

Keywords

  • elintarviketeollisuuden sivuvirrat
  • fermentointi
  • Megasphaera cerevisiae
  • Pediococcous pentosaceus
  • voihappo
  • yhteisviljely

Cite this

@phdthesis{1e15a545c084491bb7b04a0e9b6e7c2d,
title = "Fermentointiprosessin optimointi voihapon tuottamiseksi elintarviketeollisuuden sivuvirroista",
abstract = "T{\"a}m{\"a} insin{\"o}{\"o}rity{\"o} tehtiin Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:n toimeksiantona osana Suomen Akatemian rahoittamaa BIOCHEM-projektia. Ty{\"o}ss{\"a} tutkittiin, onko elintarviketeollisuuden sivuvirtoja mahdollista hy{\"o}dynt{\"a}{\"a} fermentointiprosessissa voihapon tuottamiseksi. Tutkimus koostui kolmesta p{\"a}{\"a}vaiheesta, jotka olivat 1) voihappoa tuottavien organismien seulonta, 2) sivuvirtojen esik{\"a}sittelymenetelmien m{\"a}{\"a}ritt{\"a}minen ja 3) kasvatusolosuhteiden optimointi mahdollisimman korkean voihappopitoisuuden saavuttamiseksi. Ty{\"o}n tavoitteena oli suunnitella toimiva fermentointiprosessi, jota voitaisiin hy{\"o}dynt{\"a}{\"a} projektin seuraavissa vaiheissa, joissa tutkitaan menetelmi{\"a} voihapon erottamiseksi fermentointiliuoksesta sek{\"a} mitoitetaan fermentointiprosessi suurempaa mittakaavaan.Ty{\"o}ss{\"a} seulottiin potentiaalisia organismeja VTT:n kantakokoelmasta ja valittuja bakteerikantoja, Megasphaera cerevisiae ja Pediococcus pentosaceus, kasvatettiin anaerobisesti erillis- sek{\"a} yhteisviljelyn{\"a} pulloissa ja bioreaktoreissa. Kasvatusten aikana seurattiin solumassan kasvua, substraattien kulutusta sek{\"a} tuotteiden muodostumista. Kantojen tuottamaa voihappopitoisuutta pyrittiin nostamaan s{\"a}{\"a}t{\"a}m{\"a}ll{\"a} kasvualustan koostumusta sek{\"a} kasvatusolosuhteita.Tutkimuksessa selvisi, ett{\"a} M. cerevisiae -kannan ja P. pentosaceus -kannan yhteisviljelyss{\"a} p{\"a}{\"a}stiin korkeampiin voihappopitoisuuksiin kuin M. cerevisiae -kannan yksitt{\"a}isess{\"a} viljelyss{\"a}. Kasvatuksia tehtiin useilla eri sivuvirta-RCM-kasvatusalustoilla asetaattipuskurin kanssa ja ilman. K{\"a}ytetyll{\"a} sivuvirralla ei ollut huomattavaa vaikutusta voihapon muodostumiseen. Sen sijaan asetaattipuskurin pois j{\"a}tt{\"a}minen laski kasvatusten voihappopitoisuutta l{\"a}hes puolella. Korkein tiitteri ja tuottavuus (7,5 g/l, 0,34 g/l/t) saavutettiin kantojen yhteisviljelyss{\"a} asetaattipuskuroidulla kaali-omena-RCM-kasvatusalustalla panosfermentoinnissa. Panos-sy{\"o}tt{\"o}fermentoinnissa sivuvirran sy{\"o}tt{\"a}minen ei n{\"a}ytt{\"a}nyt parantavan voihapon tuottoa, vaan lis{\"a}si muiden aineenvaihduntatuotteiden muodostumista. Koska M. cerevisiae- ja P. pentosaceus -kantojen yhteisviljelyn aineenvaihduntareittej{\"a} aletaan vasta ymm{\"a}rt{\"a}{\"a}, lis{\"a}tutkimuksia tarvitaan viel{\"a} fermentointiprosessin optimoimiseksi.",
keywords = "elintarviketeollisuuden sivuvirrat, fermentointi, Megasphaera cerevisiae, Pediococcous pentosaceus, voihappo, yhteisviljely",
author = "Rosaliina Turunen",
year = "2019",
month = "9",
language = "Finnish",
school = "Metropolia University of Applied Sciences",

}

Turunen, R 2019, 'Fermentointiprosessin optimointi voihapon tuottamiseksi elintarviketeollisuuden sivuvirroista', Bachelor Degree, Metropolia University of Applied Sciences.

TY - THES

T1 - Fermentointiprosessin optimointi voihapon tuottamiseksi elintarviketeollisuuden sivuvirroista

AU - Turunen, Rosaliina

PY - 2019/9

Y1 - 2019/9

N2 - Tämä insinöörityö tehtiin Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:n toimeksiantona osana Suomen Akatemian rahoittamaa BIOCHEM-projektia. Työssä tutkittiin, onko elintarviketeollisuuden sivuvirtoja mahdollista hyödyntää fermentointiprosessissa voihapon tuottamiseksi. Tutkimus koostui kolmesta päävaiheesta, jotka olivat 1) voihappoa tuottavien organismien seulonta, 2) sivuvirtojen esikäsittelymenetelmien määrittäminen ja 3) kasvatusolosuhteiden optimointi mahdollisimman korkean voihappopitoisuuden saavuttamiseksi. Työn tavoitteena oli suunnitella toimiva fermentointiprosessi, jota voitaisiin hyödyntää projektin seuraavissa vaiheissa, joissa tutkitaan menetelmiä voihapon erottamiseksi fermentointiliuoksesta sekä mitoitetaan fermentointiprosessi suurempaa mittakaavaan.Työssä seulottiin potentiaalisia organismeja VTT:n kantakokoelmasta ja valittuja bakteerikantoja, Megasphaera cerevisiae ja Pediococcus pentosaceus, kasvatettiin anaerobisesti erillis- sekä yhteisviljelynä pulloissa ja bioreaktoreissa. Kasvatusten aikana seurattiin solumassan kasvua, substraattien kulutusta sekä tuotteiden muodostumista. Kantojen tuottamaa voihappopitoisuutta pyrittiin nostamaan säätämällä kasvualustan koostumusta sekä kasvatusolosuhteita.Tutkimuksessa selvisi, että M. cerevisiae -kannan ja P. pentosaceus -kannan yhteisviljelyssä päästiin korkeampiin voihappopitoisuuksiin kuin M. cerevisiae -kannan yksittäisessä viljelyssä. Kasvatuksia tehtiin useilla eri sivuvirta-RCM-kasvatusalustoilla asetaattipuskurin kanssa ja ilman. Käytetyllä sivuvirralla ei ollut huomattavaa vaikutusta voihapon muodostumiseen. Sen sijaan asetaattipuskurin pois jättäminen laski kasvatusten voihappopitoisuutta lähes puolella. Korkein tiitteri ja tuottavuus (7,5 g/l, 0,34 g/l/t) saavutettiin kantojen yhteisviljelyssä asetaattipuskuroidulla kaali-omena-RCM-kasvatusalustalla panosfermentoinnissa. Panos-syöttöfermentoinnissa sivuvirran syöttäminen ei näyttänyt parantavan voihapon tuottoa, vaan lisäsi muiden aineenvaihduntatuotteiden muodostumista. Koska M. cerevisiae- ja P. pentosaceus -kantojen yhteisviljelyn aineenvaihduntareittejä aletaan vasta ymmärtää, lisätutkimuksia tarvitaan vielä fermentointiprosessin optimoimiseksi.

AB - Tämä insinöörityö tehtiin Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:n toimeksiantona osana Suomen Akatemian rahoittamaa BIOCHEM-projektia. Työssä tutkittiin, onko elintarviketeollisuuden sivuvirtoja mahdollista hyödyntää fermentointiprosessissa voihapon tuottamiseksi. Tutkimus koostui kolmesta päävaiheesta, jotka olivat 1) voihappoa tuottavien organismien seulonta, 2) sivuvirtojen esikäsittelymenetelmien määrittäminen ja 3) kasvatusolosuhteiden optimointi mahdollisimman korkean voihappopitoisuuden saavuttamiseksi. Työn tavoitteena oli suunnitella toimiva fermentointiprosessi, jota voitaisiin hyödyntää projektin seuraavissa vaiheissa, joissa tutkitaan menetelmiä voihapon erottamiseksi fermentointiliuoksesta sekä mitoitetaan fermentointiprosessi suurempaa mittakaavaan.Työssä seulottiin potentiaalisia organismeja VTT:n kantakokoelmasta ja valittuja bakteerikantoja, Megasphaera cerevisiae ja Pediococcus pentosaceus, kasvatettiin anaerobisesti erillis- sekä yhteisviljelynä pulloissa ja bioreaktoreissa. Kasvatusten aikana seurattiin solumassan kasvua, substraattien kulutusta sekä tuotteiden muodostumista. Kantojen tuottamaa voihappopitoisuutta pyrittiin nostamaan säätämällä kasvualustan koostumusta sekä kasvatusolosuhteita.Tutkimuksessa selvisi, että M. cerevisiae -kannan ja P. pentosaceus -kannan yhteisviljelyssä päästiin korkeampiin voihappopitoisuuksiin kuin M. cerevisiae -kannan yksittäisessä viljelyssä. Kasvatuksia tehtiin useilla eri sivuvirta-RCM-kasvatusalustoilla asetaattipuskurin kanssa ja ilman. Käytetyllä sivuvirralla ei ollut huomattavaa vaikutusta voihapon muodostumiseen. Sen sijaan asetaattipuskurin pois jättäminen laski kasvatusten voihappopitoisuutta lähes puolella. Korkein tiitteri ja tuottavuus (7,5 g/l, 0,34 g/l/t) saavutettiin kantojen yhteisviljelyssä asetaattipuskuroidulla kaali-omena-RCM-kasvatusalustalla panosfermentoinnissa. Panos-syöttöfermentoinnissa sivuvirran syöttäminen ei näyttänyt parantavan voihapon tuottoa, vaan lisäsi muiden aineenvaihduntatuotteiden muodostumista. Koska M. cerevisiae- ja P. pentosaceus -kantojen yhteisviljelyn aineenvaihduntareittejä aletaan vasta ymmärtää, lisätutkimuksia tarvitaan vielä fermentointiprosessin optimoimiseksi.

KW - elintarviketeollisuuden sivuvirrat

KW - fermentointi

KW - Megasphaera cerevisiae

KW - Pediococcous pentosaceus

KW - voihappo

KW - yhteisviljely

M3 - Bachelor's thesis

ER -