Η παγκόσμια κοινότητα αντιμετωπίζει σοβαρά προβλήματα όπως ο υποσιτισμός, η μείωση της καλλιεργήσιμης γης και η εξάντληση των φυσικών πόρων. Ο υποσιτισμός επηρεάζει εκατομμύρια ανθρώπους παγκοσμίως, ενώ η αυξανόμενη ανάγκη για τρόφιμα θέτει υπό πίεση τις περιορισμένες εκτάσεις γης που είναι διαθέσιμες για γεωργική χρήση. Παράλληλα, η εξάντληση των φυσικών πόρων, συμπεριλαμβανομένων των υδάτινων πόρων και η αυξανόμενη
εκπομπή επιβλαβών ουσιών όπως το διοξείδιο του άνθρακα, επιβαρύνουν το περιβάλλον και θέτουν σε κίνδυνο την μακροπρόθεσμη βιωσιμότητα του πλανήτη. Οι προκλήσεις αυτές απαιτούν καινοτόμες προσεγγίσεις που θα χαρακτηρίζονται από τη βιωσιμότητα τους και την αποτελεσματική διαχείριση των διαθέσιμων πόρων ελαχιστοποιώντας τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Μια βιώσιμη και αποτελεσματική λύση αποτελούν τα μικροφύκη και τα κυανοβακτήρια. Πρόκειται για υδρόβιους μικροοργανισμούς, που αναπτύσσονται με ταχύ ρυθμό και μπορούν να
καλλιεργηθούν σε μικρές εκτάσεις γης. Η εξέλιξη καινοτόμων τεχνικών έχει βελτιώσει την
αποδοτικότητα και την ποιότητα της παραγωγής τους, καθιστώντας τα ιδανικά για την παραγωγή
προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας. Επιπλέον, η χρήση τους μπορεί να συμβάλει στη
μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, καθώς μπορούν να το
δεσμεύουν κατά την ανάπτυξή τους.
Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η καλλιέργεια του κυανοβακτηρίου Arthrospira platensis (Σπιρουλίνα) χρησιμοποιώντας θαλασσινό νερό αντί γλυκού, καθώς επίσης και
λίπασμα και διοξείδιο του άνθρακα ως εναλλακτική πηγή θρεπτικών ουσιών. Συγκεκριμένα, σε
αντιδραστήρες Batch εξετάστηκαν σε πρώτο στάδιο διάφορες συγκεντρώσεις λιπάσματος
διαλυμένες σε θαλασσινό νερό, αποστειρωμένο και ειδικά επεξεργασμένο πριν την χρήση του.
Σε δεύτερο στάδιο, πραγματοποιήθηκε και προσθήκη καθαρού διοξειδίου του άνθρακα σε
διάφορες παροχές. Κατά την διεξαγωγή των πειραμάτων λήφθηκαν δείγματα για μέτρηση της
συγκέντρωσης της βιομάζας, των νιτρικών και φωσφορικών ιόντων και των χρωστικών,
φυκοκυανίνη και χλωροφύλλη α. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις στη σύσταση της
βιομάζας σε πρωτεΐνες, υδατάνθρακες και λιπίδια. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η βέλτιστη
συγκέντρωση λιπάσματος είναι τα 0.1 g L
-1 με τη συγκέντρωση βιομάζας να φθάνει τα 1.2 g L
-1
.
Οι συγκεντρώσεις των χρωστικών έφθασαν τα 35.2 mg L
-1
για την φυκοκυανίνη και τα 14 mg L
-1
για την χλωροφύλλη α. Επιπλέον, η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες έφθασε το 42%, σε
υδατάνθρακες το 19% και σε λιπίδια το 15%. Αντίστοιχα, με την προσθήκη και 2.5 mL min-1
διοξειδίου του άνθρακα η συγκέντρωση βιομάζας έφθασε τα 0.8 g L
-1
. Οι συγκεντρώσεις των
χρωστικών έφθασαν τα 14 mg L
-1
για την φυκοκυανίνη και τα 6 mg L
-1 για την χλωροφύλλη α.
Τέλος, η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες έφθασε το 37%, σε υδατάνθρακες το 24% και σε λιπίδια το
5%.
The global community faces serious issues such as malnutrition, reduction of arable land, and depletion of natural resources. Malnutrition affects millions worldwide, while the increasing demand for food puts pressure on limited land available for agricultural use. Additionally, the depletion of natural resources, including water resources, and the increasing emission of harmful
substances like carbon dioxide, burden the environment and endanger the planet's long-term
sustainability. These challenges require innovative approaches characterized by their sustainability and effective management of available resources while minimizing environmental impacts.
A sustainable and effective solution lies in microalgae and cyanobacteria. These are aquatic
microorganisms that grow rapidly and can be cultivated on small plots of land. The development
of innovative techniques has improved their efficiency and the quality of their production, making them ideal for producing high-value-added products. Furthermore, their use can contribute
to reducing carbon dioxide emissions in the atmosphere, as they can sequester it during their
growth.
This thesis studied the cultivation of the cyanobacterium Arthrospira platensis (Spirulina) using seawater instead of freshwater, as well as fertilizer and carbon dioxide as alternative nutrient
sources. Specifically, various concentrations of fertilizer dissolved in seawater (sterilized and specially processed before use) were examined in batch reactors. In a second stage, pure carbon
dioxide was added at various rates. During the experiments, samples were taken to measure
biomass concentration, nitrate and phosphate ions, and pigments such as phycocyanin and chlorophyll a. In addition, measurements were made of biomass composition in proteins, carbohydrates and lipids. The results showed that the optimal fertilizer concentration is 0.1 g L-1 with
biomass concentration reaching 1.2 g L-1
. Pigment concentrations reached 35.2 mg L-1
for phycocyanin and 14 mg L-1 for chlorophyll a. Furthermore, protein content reached 42%, carbohydrates 19%, and lipids 15%. Similarly, adding 2.5 mL min-1 of carbon dioxide increased biomass
concentration to 0.8 g L-1
. Pigment concentrations reached 14 mg L-1
for phycocyanin and 6 mg
L
-1
for chlorophyll a. Finally, protein content reached 37%, carbohydrates 24%, and lipids 5%.
Πανεπιστήμιο Πατρών
