RT Dissertation/Thesis
T1 Production, characterization and utilization of the biomass from various sources
A1 Gojkovic, Živan
A2 Universidad de Huelva. Departamento de Química y Ciencia de los Materiales, 
K1 Biomasa
AB Biomass management is one of the most important issues in modern natural science as it is the basiccategory which spans through various disciplines of biotechnology. Whether animal, plant or microbial by itsorigin, biomass presents a vast source of food components, fine chemicals and bioactive molecules, whichextraction, characterization and formulation can result in interesting new products destined for humanconsumption or as new materials in biomedicine.In the scope of this work, two natural biomass types were investigated – chicken skin as a source ofcollagen type I, and green microalga Chlorella sorokiniana biomass enriched in selenomethionine (SeMet).Chicken skin is a good alternative to traditional sources of collagen such as pork, bovine and carp thathave some limitations. In the first part of this thesis, collagen type I from chicken skin was isolated, identified andcharacterized and molecular properties were compared to collagen from other animal skins. New methods(viscosimetry and ultrasonic spectroscopy) for molecular characterization of collagen were used. By ultrasonicattenuation, it has been determined that disaggregation and liquefaction phase starts at 40 °C in bovine collagen,whereas in chicken collagen starts at 50 °C. Using viscosimetry technique, denaturation temperature was found tobe 50 °C, which is 10 °C higher than that obtained with bovine tendon collagen, confirming higher thermal stabilityof chicken skin collagen, probably because lysine levels in chicken collagen are two times higher than in bovine.Based on obtained results it could be concluded that due to its higher thermal stability and amino acidcomposition, chicken skin could be used as an excellent alternative source of collagen.The second phase of the thesis focused on the enrichment of green microalga C. sorokiniana biomass inSeMet by exposing cultures to selenate Se (+VI) during batch and continuous cultivation, and it was performed atthe laboratory of Biotechnology of Algae from the Faculty of Experimental Sciences at the University of Huelva inSpain.Effect of selenate on viability, cell morphology and SeMet accumulation of the microalga C. sorokinianagrown in batch conditions was studied. Growth rate of cultures exposed to a sub-lethal 40 mg·L−1 (212 μM) of Sedecreased about 25 % compared to control. EC50 of 45 mg·L−1 (238.2 μM) was determined for selenate.Ultrastructural studies with electronic microscope revealed cellular alterations. Electrophoresis of Se-exposed cellproteins suggests that selenate affects expression of the Rubisco gene. Microalga was able to accumulate up to140 mg·kg-1 of SeMet in 120 h of cultivation.The second type of microalgae experiments focused on the enrichment of C. sorokiniana in SeMet, grownin continuous conditions in a 2.2 L photobioreactor, in a medium supplemented with selenate concentrationsranging from 5 to 50 mg·L-1. Continuous cultivation at several dilution rates was performed at 40 mg·L-1 selenateobtaining a maximum of 246 μg·L-1·day-1 of SeMet. Results suggest that an efficient batch and continuouscultivation of C. sorokiniana for the production of biomass enriched in the high value amino acid SeMet, atlaboratory scale is feasible by carefully selecting sub-lethal selenate concentrations in culture medium as well asthe culture dilution rates.
AB La utilización de la biomasa es uno de los principales temas de interés en Biotecnologia. Ya sea de origenanimal, vegetal o microbiano, la biomasa es una fuente de sustancias bioactivas cuya extracción puede resultarde interés en la obtención de nuevos productos destinados al consumo humano y/o animal. En esta tesis, sehan utilizado dos tipos de biomasa de origen natural: piel de pollo como fuente de colágeno tipo I y biomasaenriquecida en selenometionina de Chlorella sorokiniana.En la primera parte de esta tesis, la piel de pollo se presenta como una alternativa frente al empleo deotras fuentes de colágeno tales como el cerdo, el ganado vacuno o las carpas. El colágeno tipo I procedente depollo ha sido aislado y sus propiedades moleculares comparadas con las del colágeno procedente de otrosanimales. Con técnicas como la espectroscopía ultrasónica, se ha determinado que la fase de licuefacción en elcolágeno de origen bovino empezaba a 40 ºC, mientras que para el colágeno de pollo era 50 ºC. Usando latécnica de viscosimetría, se confirmó 50 ºC como Tª de desnaturalización para el colágeno de pollo lo querepresenta 10 ºC más que la obtenida con el colágeno de tendón bovino, confirmando así su alta estabilidadtérmica debido posiblemente a su alto contenido en lisina. Basándonos en los resultados obtenidos, el colágenode la piel de pollo podría ser usado como una excelente fuente alternativa de colágeno tipo I.En la segunda parte de esta tesis, se realizaron experimentos enfocados al enriquecimiento de labiomasa de la microalga Chlorella sorokiniana en selenometionina añadiendo selenato Se (+VI) al medio decultivo en condiciones de crecimiento tanto en discontinuo (baño) como en modo continuo. Esta parte se realizóen el laboratorio de Biotecnología de Algas de la Facultad de Experimentales de la Universidad de Huelva enEspaña y fue parcialmente financiada con una ayuda eidA3-ceiA3 para la realización de tesis doctorales encotutela por doctorandos extranjeros del Campus de Excelencia Internacional en Agroalimentación (ceiA3).Los resultados muestran que la tasa de crecimiento en cultivos sometidos a concentraciones subletalesde selenio de 40 mg·L−1 (212 μM), disminuyó un 25 % respecto a la del cultivo control. También se determinó elvalor de EC50 siendo éste de 45 mg·L−1 (238.2 μM). Estudios con microscopía electrónica revelaron daños en laestructura celular, mientras que los resultados de las electroforesis sugieren que se afecta al gen de la enzimaRubisco. Las células acumularon hasta 140 mg·kg-1 of SeMet tras 120 horas de cultivo.Se obtuvo biomasa de forma continua y con concentraciones crecientes de Se de 5 a 50 mg·L-1 usandoun fotobioreactor y consiguiendo un máximo en la acumulación de SeMet de 246 μg·L-1·dia-1 con 40 mg·L-1 deselenato. Los resultados apuntan a que es posible obtener biomasa enriquecida en SeMet en modo continuo y alo largo del tiempo y con una máxima productividad de SeMet, escogiendo bien la concentración subletal deselenio y las tasas de dilución.
AB Úprava biomasy je jedním z nejdůležitějších problémů v moderních přírodních vědách,protože je základní kategorií týkající se zemědělství, potravinářství, ekologie, zpracováníodpadu a biotechnologie. Ať už živočišného, rostlinného nebo mikrobiálního původu,biomasa představuje obrovský zdroj surovin jako potravin, čistých chemikálií, bioaktivníchmolekul atd., jejichž izolace, charakterizace a formulace může vést k zajímavým novýmproduktům určeným pro lidskou spotřebu, nebo jako nový materiál v biomedicíně. Předloženástudie byla zaměřena na výzkum dvou druhů biomasy - kuřecí kůže jako zdroje kolagenu t abiomasy mikrořasy Chlorella sorokiniana obohacené selenomethioninem (SeMet).V první části práce byl z kuřecí kůže izolován, identifikován a charakterizován kolagentypu I. Molekulární vlastnosti kuřecího kolagenu byly analyzovány a srovnány s jinýmikolageny z živočišných kůží. Pro molekulární charakterizaci kolagenu byla použitaviskosimetrie a ultrazvuková spektroskopie. Ultrazvukovou spektroskopií bylo zjištěno, žedisagregace a zkapalňování hovězího kolagenu začíná při teplotě 40 °C, zatímco u kuřecíhokolagenu začíná až při 50 °C. Viskosimetrie dále potvrdila vyšší tepelnou stabilitu kolagenu zkuřecí kůže, jeho denaturační teplota byla 50 °C, což je rovněž o deset stupňů více než uhovězího kolagenu. Kuřecí kolagen obsahuje dvakrát vyšší množství lysinu, což poskytujetepelnou stabilitu kolagenu. Na základě získaných výsledků lze říci, že vzhledem ke svévysoké tepelné stabilitě a vhodnému aminokyselinovému složení, kuřecí kůže může býtpoužita jako alternativní zdroj kolagenu typu I s aplikacemi v potravinářském průmyslu abiomedicíně.Druhá část práce byla zaměřena na obohacení biomasy zelené mikrořasy C. sorokinianaselenomethioninem. Experimentální část byla provedena v Laboratoři biotechnologie řasna Univerzitě Huelva ve Španělsku.Cílem první části experimentů bylo studovat vliv selenu na životaschopnost řas, morfologiibuněk a akumulaci SeMet v biomase mikrořasy kultivované v dávkových kulturách.Subletální koncentrace Se v živném médiu, 40 mg∙L-1 (212 μM), snížila rychlost růstu o 25 %ve srovnání s kontrolní kulturou. Hodnota EC50 45 mg∙L-1 (238,2 μM) byla stanovena proselenan. Ultrastrukturální studie ukazovaly na strukturální změny chloroplastu (granulárnístroma, redukce thylakoid). Elektroforéza proteinů z biomasy mikrořasy ukazuje, že Seovlivňuje expresi genu enzymu Rubisco. C. sorokiniana byla schopna akumulovat až140 mg∙kg-1 SeMet během 120 h kultivace.Další část experimentální práce byla zaměřena na obohacování biomasy mikrořasyC. sorokiniana selenomethioninem během kontinuální kultivace s použitím 2,2 L bioreaktoruv kultivačním médiu s přídavkem koncentrace selenu v rozmezí od 5 do 50 mg∙L-1.C. sorokiniana rostla stejně ve všech testovaných koncentracích selenu kromě koncentrace50 mg∙L-1, která byla již po krátké době kultivace letální. Během kontinuální kultivace se 40mg∙L-1 selenu, bylo získáno maximálně 246 μg∙L-1 selenomethioninu denně. Výsledky ukazují,že kultivace v dávkových kulturách a dlouhodobá kontinuální kultivace mikrořasyC. sorokiniana pro získaní biomasy obohacené SeMet je možná pečlivým výběrem podmínekkultivace a subletálních koncentrací selenu v živném médiu.
PB Universidad de Huelva
YR 2014
FD 2014
LK http://hdl.handle.net/10272/8831
UL http://hdl.handle.net/10272/8831
LA eng
DS Repositorio Institucional de la Universidad de Huelva
RD 1 jun 2026