Modeling and cultivation of some microorganisms on waste substrate hydrolysates

Cílem diplomové práce byla kultivace mikroorganismů Lactobacillus plantarum CCM 7039 a Bacillus coagulans CCM 2658 na hydrolyzované kávové sedlině, produkce kyseliny mléčné a modelování těchto procesů pro zjištění bližších charakteristik. Oba mikroorganismy byly nejdříve kultivovány v Erlenmeyerových baňkách na hydrolyzované kávové sedlině neextrahované a kávové sedlině, z níž byly vyextrahované lipidy. Byl sledován vliv zdroje dusíku a vliv inokulačního média na průběh kultivace. Zjištěné optimální podmínky byly použité pro následné fermentace v bioreaktorech. Mikroorganismy byly také kultivovány v Erlenmeyerových baňkách v kultivačních médiích založených na jednotlivých sacharidech obsažených v hydrolyzované kávové sedlině, pro zjištění schopnosti bakterií utilizovat tyto sacharidy. Fermentací v bioreaktorech bylo dosaženo výtěžnosti kyseliny mléčné ze sacharidů 97 % u Lactobacillus plantarum a 99 % u Bacillus coagulans. Růst a produktivita mikroorganismů byly modelovány v programu MATLAB pomocí logistické, generalizované logistické a Monodovy funkce. Obecně nejlepšího proložení dat bylo dosaženo při použití logistické funkce.The aim of Diploma thesis was the cultivation of microorganisms Lactobacillus plantarum CCM 7039 and Bacillus coagulans CCM 2658 on hydrolysed spent coffee grounds, production of lactid acid and modelling of these processes to find out more detailed characteristics. First, both microorganisms were cultivated in Erlenmeyer flasks on spent coffee grounds hydrolysate containing lipids and processed by extraction of lipids, e.g. lipid-free. The effect of nitrogen source and inoculation medium were monitored in the course of cultivation. The optimal conditions found were used for subsequent fermentation in bioreactors. Further, microorganisms were cultivated in the Erlenmeyer flasks in the media with individual carbohydrates typical for hydrolysed spent coffee grounds to determine its ability to utilize these carbohydrates. By fermentation in the bioreactors, the yield of lactic acid from carbohydrates was 97 % in Lactobacillus plantarum and 99 % in Bacillus coagulans, respectively. Models for growth and productivity of microorganisms were processed in MATLAB using logistic, generalized logistic and Monod functions. In general, the best data fit was achieved using a logistic function.