The analysis of straw degradation products formed by Cellulomonas uda as a potential substrates in the production of hydrogen by purple bacteria.

Celuloza jest głównym składnikiem biomasy roślinnej, którą możnawykorzystać do produkcji biopaliw, szczególnie bioetanolu. W tym celu wykorzystuje się mikroorganizmy posiadające właściwości celulolityczne i następnie hydrolizat poddaje się działaniu mikroorganizmów etanogennych. Inną możliwością jest produkcja z biomasy celulozowej czystego paliwa – wodoru. W niniejszej pracy zaproponowano nowatorski model wykorzystania odpadów celulozowych. Polega on na degradacji celulozy przez bakterie celulolityczne – Cellulomonas uda, połączonej zprzekształceniem cukrów prostych zawartych w hydrolizacie przez bakterieLactobacillus rhamnosus celem wytworzenia kwasów organicznych. W kolejnym etapie tak przygotowana mieszanina kwasów organicznych może być wykorzystana przez bakterie purpurowe, zdolne do produkcji wodoru w procesie fotofermentacji, na bazie różnorodnych związków organicznych. Celem niniejszej pracy było sprawdzenie możliwości utylizacji produktów rozkładu celulozy przez szczep Rhodobacter sphaeroides.Podstawowymi metodami wykorzystywanymi w przeprowadzonych badaniach były kolorymetryczne testy na aktywność celulaz wydzielanych przez C. uda oraz metoda HPLC, służąca do analizy ilościowej i jakościowej kwasów organicznych. W pierwszym etapie badań opracowano metodykę hodowli C. uda służącą do uzyskania wysokiej aktywności celulolitycznej, co osiągnięto przez dwustopniową hodowlę na odmiennych rodzajach pożywek. Z porównania rozkładu dwóch rodzajów słomyprzez C. uda uzyskano informację na temat profilu aktywności celulaz oraz stężeń kwasów organicznych i cukrów prostych uwalnianych ze słomy w hodowlach wielodniowych.Hydrolizat słomy uzyskany po kilkudniowej degradacji przy użyciu bakteriicelulolitycznych wykorzystano w dwóch wariantach jako substrat dla Rhodobacter sphaeroides. Udokumentowano, że używany w badaniach szczep bakterii purpurowych jest zdolny do efektywnej konsumpcji kwasów organicznych uwolnionych ze słomy przez C. uda i L. rhamnosus oraz posiada zdolność do stosunkowo szybkiego wzrostu przy wykorzystaniu tego rodzaju substratów. Wyniki uzyskane z analiz produkcji oraz konsumpcji kwasów organicznych oraz dane dotyczące przeżywalności L. rhamnosus i R. sphaeroides z wykorzystaniem produktów degradacji słomy wskazują na zasadność prowadzenia dalszych badań nad6 zaproponowanym modelem przekształcania celulozy w biopaliwo. Kluczowym etapem w dalszych pracach będzie sprawdzenie, czy przygotowane w taki sposób kwasy organiczne mogą być efektywnie przekształcanie w wodór przez R. sphaeroides.

Cellulose is a major component of plant biomass and could be apply inproduction of biofuels, especially bioethanol. To reach this goal cellulolyticmicroorganisms and etanogenic in the next stage are used. The alternative approach is a production of a clean fuel - hydrogen from cellulosic biomass. In this thesis an innovatory model of cellulosic wastes utilization was proposed. It bases on degradation of cellulose by Cellulomonas uda combined with conversion of monosaccharides from cellulosic hydrolyzate by Lactobacillus rhamnosus in order to obtain organic acids. In the next stage organic acids mixture is consumed by the purple bacteria, which are capable of hydrogen production in fotofermentation process using different organic compounds. The aim of this thesis was to verify thepossibility of utilization of cellulose degradation products by Rhodobactersphaeroides. The main methods applied in the research were colorimetric activity assays of cellulases secreted by C. uda as well as HPLC method, serving as a both quantitative and qualitative technique to study organic acids. In the initial step of the studies the methodology of C. uda cultivation was developed, serving to acquire high cellulolyticactivity, which was achieved in two steps of cultivation using two different mediums. Comparing the decomposition of two straws species by C. uda in long term cultivation, information regarding the cellulase activity profile, organic acids concentrations and monosaccharides released from straws were attained. The straw hydrolyzate obtained after degradation by cellulolytic bacteria was used in two variants as a substrate for Rhodobacter sphaeroides. It was documented that the strain of purple bacteria applied in this research can consume effectively organic acids released from straw by C. uda and L. rhamnosus and that is able to growth rapidlywith the presence of these substrates. The obtained results concerning both the organic acids production and consumption as well as the viability of L. rhamnosus and R. sphaeroides cells in medium with straws degradation products show necessity to carry out further research using proposed model of cellulose transformation intobiofuel. The key aim of the further experiments is to confirm whether R. sphaeroides is able to produce hydrogen effectively using the mixture of organic acids originatedfrom cellulose.