Stanovení aktivity průmyslově významných enzymů produkovaných mikroorganismy izolovanými z potravinového odpadu

Bc. Sofiia Lymarenko

Master's thesis

Determination of the activity of industrially important enzymes produced by microorganisms isolated from food waste

Abstract:

Při zpracování potravinového odpadu hraje důležitou roli mikrobiom a enzymy, které produkuje. Bacillus licheniformis je jedním ze zástupců mikroflóry při kompostování a zdrojem průmyslově významných hydrolytických enzymů: proteas, lipas a celulas. V rámci diplomové práce byla stanovována enzymatická aktivita pomocí spektrofotometrických metod u sedmi kmenů B. licheniformis izolovaných z potravinového odpadu po dobu 96 až 192 hodin. U všech sedmi kmenů byla prokázána celulasová, proteasová a lipasová aktivita, což se shoduje s dosud publikovanou literaturou. Nejvyšší celulasová aktivita stanovena dvěmi metodami byla zaznamenána u kmene 3A-52 (1 U/ml) a 1A-52 (1,5 U/ml) po 24 hodinách kultivace. pH optimum pro celulasovou aktivitu bylo 7, a teplotní optimum 50 °C až 60 °C. Maximální proteasová aktivita byla detekována později až po 120 a 144 hodinách kultivace u dvou kmenů: 3A-52 (1,3 U/ml) a 3D-42 (1,4 U/ml). Při provedení optimalizace se zjistilo, že pH optimum bylo 9 až 11 a teplotní optimum 40 až 45 °C v závislosti na kmenu. Maximální lipasová aktivita byla přibližně 0,7 U/ml a to po 144 hodinách kultivace u 4D-41 a 3D-42. Teplotní optimum bylo zjištěno při 50 až 60 °C a rozmezí pH optima pro tuto aktivitu bylo velice široké v závislosti na studovaném kmenu. U kmenů s nejvyšší enzymatickou aktivitou byla stanovená růstová křivka, kde nejvyšší celulasová aktivita odpovídala době přechodu bakteriální kultury z exponenciální fáze do stacionární, a nejvyšší lipasová a proteasová aktivita byla zjištěna později až při přechodu ze stacionární fáze do fáze odumírání. Kmeny 3A-52 a 3D-42 vykazovaly nejvyšší aktivitu u všech tří sledovaných enzymů. Následně tyto kmeny izolované při kompostování by mohly být použity pro produkci enzymů v průmyslu.

Abstract:

The microbiome and the produced enzymes play an important role in processing food waste. Bacillus licheniformis is one of the representatives of microflora in composting and producer of industrially important hydrolytic enzymes: protease, lipase and cellulase. As part of the thesis, enzymatic activity using spectrophotometric methods was determined in seven strains of B. licheniformis for a period of 96 to 192 hours. In all seven strains, cellulase, protease and lipase activity was detected, which agrees with previously published literature. The highest cellulase activity determined by two methods was recorded for strain 3A-52 (1 U/ml) and 1A-52 (1.5 U/ml) after 24 hours of cultivation. The pH optimum for cellulase activity was 7, and the temperature optimum 50 °C to 60 °C. The maximum protease activity was detected after 120 and 144 hours of cultivation in two strains: 3A-52 (1.3 U/ml) and 3D-42 (1.4 U/ml). During the optimization, it was found that the pH optimum was 9 to 11 and the temperature optimum was 40 to 45 °C depending on the tested strain. The maximum lipase activity was approximately 0.7 U/ml after 144 hours of cultivation in 4D-41 and 3D-42. The temperature optimum was found at 50 to 60 °C and the range of pH optimum for this activity was very wide depending on the studied strain. For the strains with the highest enzymatic activity, a growth curve was determined, where the highest cellulase activity corresponded to the time of transition of the bacterial culture from the exponential phase to the stationary phase, and the highest lipase and protease activities were found later only at the transition from the stationary phase to the death phase. Strain 3A-52 and 3D-42 showed the highest activity for all three monitored enzymes. Subsequently, these strains isolated during composting can be used to produce enzymes industrially.

Keywords

Bacillus licheniformis, potravinový odpad, celulasa, proteasa, lipasa

Keywords

celullase, lipase, Bacillus licheniformis, food waste, protease

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 19. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 31. 5. 2023
• Supervisor: Mgr. Stanislava Voběrková, Ph.D.
• Reader: Jiřina Omelková, externi

Mendel University in Brno

Faculty of AgriSciences

Master programme / specializace:
Molecular Biology and Biotechnology / Animal Molecular Biology and Biotechnology