{"id":{"repo_id":"athens","oai_identifier":"oai:lib.uoa.gr:uoadl:5358220"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/athens/oai:lib.uoa.gr:uoadl:5358220","repository":{"repo_id":"athens","name":"National and Kapodistrian University of Athens","base_url":"https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/frontend/oaipmh"},"display":{"title":"Μελέτη της ενζυμικής παραγωγής θρεπτικού μέσου καλλιέργειας για τη βιοσύνθεση εξωκυτταρικού βιοπολυμερούς","abstract":"Η ραγδαία επέκταση της κλωστοϋφαντουργικής βιομηχανίας έχει οδηγήσει στην παραγωγή ολοένα και αυξανομένων ποσοτήτων αποβλήτων βαμβακιού τα οποία προέρχονται μετά την μεταποίηση και τα περισσότερα εκ των οποίων εξακολουθούν να απορρίπτονται σε χώρους υγειονομικής ταφής ή να αποτεφρώνονται, δημιουργώντας σοβαρά περιβαλλοντικά προβλήματα. Ταυτόχρονα η ευρύτερη χρήση βακτηριακής κυτταρίνης παραμένει περιορισμένη λόγω του σχετικά υψηλού κόστους παραγωγής της, το οποίο συνδέεται σε μεγάλο βαθμό με το αυξημένο κόστος των εξευγενισμένων πηγών άνθρακα σε συμβατικά θρεπτικά υποστρώματα ζύμωσης. Σε αυτό το πλαίσιο, η ανάπτυξη βιώσιμων βιοδιεργασιών που μετατρέπουν τα κλωστοϋφαντουργικά απόβλητα σε βιοπολυμερή υψηλής αξίας, αναδεικνύεται ως μία πολλά υποσχόμενη στρατηγική για την αντιμετώπιση τόσο των προκλήσεων διαχείρισης αποβλήτων όσο και των οικονομικών περιορισμών της παραγωγής βακτηριακής κυτταρίνης. Σε αυτή την μελέτη, αναπτύχθηκε μία ολοκληρωμένη ενζυμική και μικροβιακή βιοδιεργασία για την βιομετατροπή των αποβλήτων υφασμάτων βαμβακιού (Waste Cotton Textiles-WCT), σε βακτηριακή κυτταρίνη (Bacterial Cellulose-BC). Βασικές παράμετροι που επηρεάζουν την ενζυμική υδρόλυση των WCT αλλά και την ζύμωση για παραγωγή BC, διερευνήθηκαν συστηματικά. Η μέγιστη απόδοση σε γλυκόζη (94.4%) επιτεύχθηκε μέσω χρήσης 0.75 FPU/mL συγκέντρωσης κυτταρινάσης, χρησιμοποιώντας μείγμα 1:1 Cellic® Ctec3 και Viscoferm και 25 g/L WCT. Οι στατικές ζυμώσεις σε φιάλη με τον μικροοργανισμό Komagataeibacter intermedius B1034 πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας συμβατικές πηγές άνθρακα (γλυκόζη, φρουκτόζη, γλυκερόλη, μείγματα γλυκόζης-γλυκερόλης), γλυκερόλη ακατέργαστη προερχομένη από την βιομηχανία βιοντίζελ και υδρολύματα που προέρχονται από το WCT, οδηγώντας σε συγκρίσιμες συγκεντρώσεις BC (2.3–3.4 g/L; p>0.05). Αυτή η παρατήρηση υπογραμμίζει την μεταβολική προσαρμοστικότητα του στελέχους και την ικανότητά του να χρησιμοποιεί πηγές άνθρακα διαφορετικής προέλευσης με συγκρίσιμη απόδοση. Στη συνέχεια, η κλιμάκωση της διαδικασίας αξιολογήθηκε σε έναν ειδικά σχεδιασμένο βιοαντιδραστήρα περιστρεφόμενου δίσκου (RDB), όπου οι δίσκοι πολυτετραφθοροαιθυλενίου αύξησαν την παραγωγή BC κατά 57,1% σε σύγκριση με τους δίσκους από ανοξείδωτο χάλυβα. Η ακατέργαστη γλυκερόλη οδήγησε στην υψηλότερη παραγωγή BC (4,06 g BC/δίσκο), ακολουθούμενη από καλλιέργειες που υποστηρίζονται από υδρολύματα WCT. Οι αναλύσεις ATR-FTIR και PXRD επιβεβαίωσαν τη χαρακτηριστική χημική δομή και την κρυσταλλική μορφή κυτταρίνης Iα της BC, με δείκτες κρυσταλλικότητας που κυμαίνονταν από 65% έως 89%. Η ανάλυση TEM των δειγμάτων BC έδειξε μέσες διαμέτρους ινών μεταξύ 8,7-18,2 nm. Στις δοκιμές RDB, η θερμική ανάλυση έδειξε ότι η BC που προέρχεται από γλυκόζη παρουσίασε την υψηλότερη θερμική σταθερότητα (Tmax έως 307 °C), ενώ η BC που παράχθηκε από ακατέργαστη γλυκερόλη και υδρολύματα WCT εμφάνισε ελαφρώς χαμηλότερες τιμές Tmax. Δεδομένης της υψηλής καθαρότητας, της νανοϊνιδιακής δομής, της μηχανικής ανθεκτικότητας και της βιοσυμβατότητάς του, η BC αντιπροσωπεύει ένα εξαιρετικά ελκυστικό βιοϋλικό για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένων των επιδέσμων τραυμάτων, της μηχανικής ιστών, της τεχνολογίας τροφίμων, της συσκευασίας και των προηγμένων λειτουργικών σύνθετων υλικών. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα παρόμοια δομικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά που παρατηρούνται στην BC που παράγεται από διαφορετικές πηγές άνθρακα υποδηλώνουν ότι ποικίλα υποστρώματα, συμπεριλαμβανομένων των πρώτων υλών που προέρχονται από απόβλητα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διατηρώντας παράλληλα σταθερή ποιότητα υλικού, υποστηρίζοντας έτσι πιο ευέλικτες και βιώσιμες στρατηγικές παραγωγής BC. Συνολικά, αυτή η μελέτη δείχνει ότι τα WCT μπορούν να χρησιμοποιηθούν με επιτυχία ως ανανεώσιμη πηγή άνθρακα για την παραγωγή BC μέσω μιας ολοκληρωμένης ενζυματικής-μικροβιακής διαδικασίας. Οι παρόμοιες αποδόσεις και οι ιδιότητες των υλικών που λαμβάνονται τόσο από συμβατικά όσο και από υποστρώματα που προέρχονται από απόβλητα υποδεικνύουν ότι το βιοσυνθετικό σύστημα λειτουργεί αξιόπιστα σε διαφορετικές πρώτες ύλες, επιτρέποντας την αντικατάσταση των ραφιναρισμένων σακχάρων χωρίς να διακυβεύεται η ποιότητα του προϊόντος. Επιπλέον, τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στον RDB επέτρεψαν την αξιολόγηση της βιοσύνθεσης βακτηριακής κυτταρίνης υπό συνθήκες καλλιέργειας που προσεγγίζουν τη λειτουργία μεγαλύτερης κλίμακας. Συνολικά, αυτά τα ευρήματα υποστηρίζουν τη χρήση των κλωστοϋφαντουργικών αποβλήτων ως βιώσιμης πηγής για την παραγωγή BC και υπογραμμίζουν τη δυνατότητα τέτοιων στρατηγικών να συμβάλουν σε πιο βιώσιμες και κυκλικές βιοτεχνολογικές διεργασίες.","abstract_html":"Η ραγδαία επέκταση της κλωστοϋφαντουργικής βιομηχανίας έχει οδηγήσει στην παραγωγή ολοένα και αυξανομένων ποσοτήτων αποβλήτων βαμβακιού τα οποία προέρχονται μετά την μεταποίηση και τα περισσότερα εκ των οποίων εξακολουθούν να απορρίπτονται σε χώρους υγειονομικής ταφής ή να αποτεφρώνονται, δημιουργώντας σοβαρά περιβαλλοντικά προβλήματα. Ταυτόχρονα η ευρύτερη χρήση βακτηριακής κυτταρίνης παραμένει περιορισμένη λόγω του σχετικά υψηλού κόστους παραγωγής της, το οποίο συνδέεται σε μεγάλο βαθμό με το αυξημένο κόστος των εξευγενισμένων πηγών άνθρακα σε συμβατικά θρεπτικά υποστρώματα ζύμωσης. Σε αυτό το πλαίσιο, η ανάπτυξη βιώσιμων βιοδιεργασιών που μετατρέπουν τα κλωστοϋφαντουργικά απόβλητα σε βιοπολυμερή υψηλής αξίας, αναδεικνύεται ως μία πολλά υποσχόμενη στρατηγική για την αντιμετώπιση τόσο των προκλήσεων διαχείρισης αποβλήτων όσο και των οικονομικών περιορισμών της παραγωγής βακτηριακής κυτταρίνης. Σε αυτή την μελέτη, αναπτύχθηκε μία ολοκληρωμένη ενζυμική και μικροβιακή βιοδιεργασία για την βιομετατροπή των αποβλήτων υφασμάτων βαμβακιού (Waste Cotton Textiles-WCT), σε βακτηριακή κυτταρίνη (Bacterial Cellulose-BC). Βασικές παράμετροι που επηρεάζουν την ενζυμική υδρόλυση των WCT αλλά και την ζύμωση για παραγωγή BC, διερευνήθηκαν συστηματικά. Η μέγιστη απόδοση σε γλυκόζη (94.4%) επιτεύχθηκε μέσω χρήσης 0.75 FPU/mL συγκέντρωσης κυτταρινάσης, χρησιμοποιώντας μείγμα 1:1 Cellic® Ctec3 και Viscoferm και 25 g/L WCT. Οι στατικές ζυμώσεις σε φιάλη με τον μικροοργανισμό Komagataeibacter intermedius B1034 πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας συμβατικές πηγές άνθρακα (γλυκόζη, φρουκτόζη, γλυκερόλη, μείγματα γλυκόζης-γλυκερόλης), γλυκερόλη ακατέργαστη προερχομένη από την βιομηχανία βιοντίζελ και υδρολύματα που προέρχονται από το WCT, οδηγώντας σε συγκρίσιμες συγκεντρώσεις BC (2.3–3.4 g/L; p>0.05). Αυτή η παρατήρηση υπογραμμίζει την μεταβολική προσαρμοστικότητα του στελέχους και την ικανότητά του να χρησιμοποιεί πηγές άνθρακα διαφορετικής προέλευσης με συγκρίσιμη απόδοση. Στη συνέχεια, η κλιμάκωση της διαδικασίας αξιολογήθηκε σε έναν ειδικά σχεδιασμένο βιοαντιδραστήρα περιστρεφόμενου δίσκου (RDB), όπου οι δίσκοι πολυτετραφθοροαιθυλενίου αύξησαν την παραγωγή BC κατά 57,1% σε σύγκριση με τους δίσκους από ανοξείδωτο χάλυβα. Η ακατέργαστη γλυκερόλη οδήγησε στην υψηλότερη παραγωγή BC (4,06 g BC/δίσκο), ακολουθούμενη από καλλιέργειες που υποστηρίζονται από υδρολύματα WCT. Οι αναλύσεις ATR-FTIR και PXRD επιβεβαίωσαν τη χαρακτηριστική χημική δομή και την κρυσταλλική μορφή κυτταρίνης Iα της BC, με δείκτες κρυσταλλικότητας που κυμαίνονταν από 65% έως 89%. Η ανάλυση TEM των δειγμάτων BC έδειξε μέσες διαμέτρους ινών μεταξύ 8,7-18,2 nm. Στις δοκιμές RDB, η θερμική ανάλυση έδειξε ότι η BC που προέρχεται από γλυκόζη παρουσίασε την υψηλότερη θερμική σταθερότητα (Tmax έως 307 °C), ενώ η BC που παράχθηκε από ακατέργαστη γλυκερόλη και υδρολύματα WCT εμφάνισε ελαφρώς χαμηλότερες τιμές Tmax. Δεδομένης της υψηλής καθαρότητας, της νανοϊνιδιακής δομής, της μηχανικής ανθεκτικότητας και της βιοσυμβατότητάς του, η BC αντιπροσωπεύει ένα εξαιρετικά ελκυστικό βιοϋλικό για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένων των επιδέσμων τραυμάτων, της μηχανικής ιστών, της τεχνολογίας τροφίμων, της συσκευασίας και των προηγμένων λειτουργικών σύνθετων υλικών. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα παρόμοια δομικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά που παρατηρούνται στην BC που παράγεται από διαφορετικές πηγές άνθρακα υποδηλώνουν ότι ποικίλα υποστρώματα, συμπεριλαμβανομένων των πρώτων υλών που προέρχονται από απόβλητα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διατηρώντας παράλληλα σταθερή ποιότητα υλικού, υποστηρίζοντας έτσι πιο ευέλικτες και βιώσιμες στρατηγικές παραγωγής BC. Συνολικά, αυτή η μελέτη δείχνει ότι τα WCT μπορούν να χρησιμοποιηθούν με επιτυχία ως ανανεώσιμη πηγή άνθρακα για την παραγωγή BC μέσω μιας ολοκληρωμένης ενζυματικής-μικροβιακής διαδικασίας. Οι παρόμοιες αποδόσεις και οι ιδιότητες των υλικών που λαμβάνονται τόσο από συμβατικά όσο και από υποστρώματα που προέρχονται από απόβλητα υποδεικνύουν ότι το βιοσυνθετικό σύστημα λειτουργεί αξιόπιστα σε διαφορετικές πρώτες ύλες, επιτρέποντας την αντικατάσταση των ραφιναρισμένων σακχάρων χωρίς να διακυβεύεται η ποιότητα του προϊόντος. Επιπλέον, τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στον RDB επέτρεψαν την αξιολόγηση της βιοσύνθεσης βακτηριακής κυτταρίνης υπό συνθήκες καλλιέργειας που προσεγγίζουν τη λειτουργία μεγαλύτερης κλίμακας. Συνολικά, αυτά τα ευρήματα υποστηρίζουν τη χρήση των κλωστοϋφαντουργικών αποβλήτων ως βιώσιμης πηγής για την παραγωγή BC και υπογραμμίζουν τη δυνατότητα τέτοιων στρατηγικών να συμβάλουν σε πιο βιώσιμες και κυκλικές βιοτεχνολογικές διεργασίες.","abstract_has_math":false,"creators":["ΛΑΔΕΡΟΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ-ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ","LADEROS DIMITRIOS-PANAGIOTIS"],"institution":null,"degree_name":null,"degree_level":null,"degree_discipline":null,"degree_department":null,"school":null,"contributors":[],"advisors":[],"committee_chairs":[],"committee_members":[],"year":2026,"date_issued":"2026","date_published":"2026","updated_at":"2026-07-24T01:01:47Z","subjects":["Θετικές Επιστήμες","Science"],"languages":["English"],"rights":[],"rights_urls":[],"identifier_entries":[{"key":"dc:identifier","label":"Identifier","values":["uoadl:5358220"],"render_values":[{"text":"uoadl:5358220","href":null,"code":true}]}]},"links":{"outbound_url":"https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/5358220","outbound_label":"Repository record","outbound_source":"dc:identifier"},"metadata_groups":[{"id":"people","label":"People","entries":[{"key":"dc:creator","label":"Author","values":["ΛΑΔΕΡΟΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ-ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ","LADEROS DIMITRIOS-PANAGIOTIS"]}]},{"id":"academic_context","label":"Academic Context","entries":[{"key":"dc:date","label":"Dc Date","values":["2026"]},{"key":"dc:type","label":"Dc Type","values":["born_digital_postgraduate_thesis","Διπλωματική Εργασία","Postgraduate Thesis"]}]},{"id":"subjects_keywords","label":"Subjects and Keywords","entries":[{"key":"dc:subject","label":"Dc Subject","values":["Θετικές Επιστήμες","Science"]}]},{"id":"language_rights","label":"Language and Rights","entries":[{"key":"dc:language","label":"Dc Language","values":["English"]}]},{"id":"identifiers","label":"Identifiers","entries":[{"key":"dc:identifier","label":"Identifier","values":["uoadl:5358220","https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/5358220"]}]},{"id":"additional","label":"Additional Metadata","entries":[{"key":"dc:description","label":"Description","values":["Η ραγδαία επέκταση της κλωστοϋφαντουργικής βιομηχανίας έχει οδηγήσει στην παραγωγή ολοένα και αυξανομένων ποσοτήτων αποβλήτων βαμβακιού τα οποία προέρχονται μετά την μεταποίηση και τα περισσότερα εκ των οποίων εξακολουθούν να απορρίπτονται σε χώρους υγειονομικής ταφής ή να αποτεφρώνονται, δημιουργώντας σοβαρά περιβαλλοντικά προβλήματα. Ταυτόχρονα η ευρύτερη χρήση βακτηριακής κυτταρίνης παραμένει περιορισμένη λόγω του σχετικά υψηλού κόστους παραγωγής της, το οποίο συνδέεται σε μεγάλο βαθμό με το αυξημένο κόστος των εξευγενισμένων πηγών άνθρακα σε συμβατικά θρεπτικά υποστρώματα ζύμωσης. Σε αυτό το πλαίσιο, η ανάπτυξη βιώσιμων βιοδιεργασιών που μετατρέπουν τα κλωστοϋφαντουργικά απόβλητα σε βιοπολυμερή υψηλής αξίας, αναδεικνύεται ως μία πολλά υποσχόμενη στρατηγική για την αντιμετώπιση τόσο των προκλήσεων διαχείρισης αποβλήτων όσο και των οικονομικών περιορισμών της παραγωγής βακτηριακής κυτταρίνης. Σε αυτή την μελέτη, αναπτύχθηκε μία ολοκληρωμένη ενζυμική και μικροβιακή βιοδιεργασία για την βιομετατροπή των αποβλήτων υφασμάτων βαμβακιού (Waste Cotton Textiles-WCT), σε βακτηριακή κυτταρίνη (Bacterial Cellulose-BC). Βασικές παράμετροι που επηρεάζουν την ενζυμική υδρόλυση των WCT αλλά και την ζύμωση για παραγωγή BC, διερευνήθηκαν συστηματικά. Η μέγιστη απόδοση σε γλυκόζη (94.4%) επιτεύχθηκε μέσω χρήσης 0.75 FPU/mL συγκέντρωσης κυτταρινάσης, χρησιμοποιώντας μείγμα 1:1 Cellic® Ctec3 και Viscoferm και 25 g/L WCT. Οι στατικές ζυμώσεις σε φιάλη με τον μικροοργανισμό Komagataeibacter intermedius B1034 πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας συμβατικές πηγές άνθρακα (γλυκόζη, φρουκτόζη, γλυκερόλη, μείγματα γλυκόζης-γλυκερόλης), γλυκερόλη ακατέργαστη προερχομένη από την βιομηχανία βιοντίζελ και υδρολύματα που προέρχονται από το WCT, οδηγώντας σε συγκρίσιμες συγκεντρώσεις BC (2.3–3.4 g/L; p>0.05). Αυτή η παρατήρηση υπογραμμίζει την μεταβολική προσαρμοστικότητα του στελέχους και την ικανότητά του να χρησιμοποιεί πηγές άνθρακα διαφορετικής προέλευσης με συγκρίσιμη απόδοση. Στη συνέχεια, η κλιμάκωση της διαδικασίας αξιολογήθηκε σε έναν ειδικά σχεδιασμένο βιοαντιδραστήρα περιστρεφόμενου δίσκου (RDB), όπου οι δίσκοι πολυτετραφθοροαιθυλενίου αύξησαν την παραγωγή BC κατά 57,1% σε σύγκριση με τους δίσκους από ανοξείδωτο χάλυβα. Η ακατέργαστη γλυκερόλη οδήγησε στην υψηλότερη παραγωγή BC (4,06 g BC/δίσκο), ακολουθούμενη από καλλιέργειες που υποστηρίζονται από υδρολύματα WCT. Οι αναλύσεις ATR-FTIR και PXRD επιβεβαίωσαν τη χαρακτηριστική χημική δομή και την κρυσταλλική μορφή κυτταρίνης Iα της BC, με δείκτες κρυσταλλικότητας που κυμαίνονταν από 65% έως 89%. Η ανάλυση TEM των δειγμάτων BC έδειξε μέσες διαμέτρους ινών μεταξύ 8,7-18,2 nm. Στις δοκιμές RDB, η θερμική ανάλυση έδειξε ότι η BC που προέρχεται από γλυκόζη παρουσίασε την υψηλότερη θερμική σταθερότητα (Tmax έως 307 °C), ενώ η BC που παράχθηκε από ακατέργαστη γλυκερόλη και υδρολύματα WCT εμφάνισε ελαφρώς χαμηλότερες τιμές Tmax. Δεδομένης της υψηλής καθαρότητας, της νανοϊνιδιακής δομής, της μηχανικής ανθεκτικότητας και της βιοσυμβατότητάς του, η BC αντιπροσωπεύει ένα εξαιρετικά ελκυστικό βιοϋλικό για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένων των επιδέσμων τραυμάτων, της μηχανικής ιστών, της τεχνολογίας τροφίμων, της συσκευασίας και των προηγμένων λειτουργικών σύνθετων υλικών. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα παρόμοια δομικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά που παρατηρούνται στην BC που παράγεται από διαφορετικές πηγές άνθρακα υποδηλώνουν ότι ποικίλα υποστρώματα, συμπεριλαμβανομένων των πρώτων υλών που προέρχονται από απόβλητα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διατηρώντας παράλληλα σταθερή ποιότητα υλικού, υποστηρίζοντας έτσι πιο ευέλικτες και βιώσιμες στρατηγικές παραγωγής BC. Συνολικά, αυτή η μελέτη δείχνει ότι τα WCT μπορούν να χρησιμοποιηθούν με επιτυχία ως ανανεώσιμη πηγή άνθρακα για την παραγωγή BC μέσω μιας ολοκληρωμένης ενζυματικής-μικροβιακής διαδικασίας. Οι παρόμοιες αποδόσεις και οι ιδιότητες των υλικών που λαμβάνονται τόσο από συμβατικά όσο και από υποστρώματα που προέρχονται από απόβλητα υποδεικνύουν ότι το βιοσυνθετικό σύστημα λειτουργεί αξιόπιστα σε διαφορετικές πρώτες ύλες, επιτρέποντας την αντικατάσταση των ραφιναρισμένων σακχάρων χωρίς να διακυβεύεται η ποιότητα του προϊόντος. Επιπλέον, τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στον RDB επέτρεψαν την αξιολόγηση της βιοσύνθεσης βακτηριακής κυτταρίνης υπό συνθήκες καλλιέργειας που προσεγγίζουν τη λειτουργία μεγαλύτερης κλίμακας. Συνολικά, αυτά τα ευρήματα υποστηρίζουν τη χρήση των κλωστοϋφαντουργικών αποβλήτων ως βιώσιμης πηγής για την παραγωγή BC και υπογραμμίζουν τη δυνατότητα τέτοιων στρατηγικών να συμβάλουν σε πιο βιώσιμες και κυκλικές βιοτεχνολογικές διεργασίες.","The rapid expansion of the textile industry has resulted in the generation of increasing amounts of post-consumer cotton-based waste, most of which is still disposed of through landfilling or incineration, creating considerable environmental pressure. At the same time, the broader use of bacterial cellulose remains constrained by its relatively high production cost, which is largely linked to the reliance on refined carbon sources in conventional fermentation media. Against this background, the development of sustainable bioprocesses that convert textile waste into high-value biopolymers emerges as a promising strategy to address both waste management challenges and the economic limitations of bacterial cellulose production. In this study, an integrated enzymatic–microbial bioprocess was developed to bio-convert waste cotton textiles (WCT) into bacterial cellulose (BC). Key parameters affecting WCT enzymatic hydrolysis and BC fermentation were systematically investigated. A maximum glucose yield of 94.4 % was obtained at a cellulase loading of 0.75 FPU/mL, using a 1:1 enzyme mixture of CTec3 and Viscoferm and 25 g/L WCT. Shake-flask fermentations with Komagataeibacter intermedius B1034 using conventional carbon sources (glucose, fructose, glycerol, glucose–glycerol mixtures), biodiesel-based glycerol, and WCT-derived hydrolysates resulted in comparable BC concentrations (2.3–3.4 g/L; p>0.05). This observation highlights the metabolic adaptability of the strain and its capacity to utilize carbon sources of different origins with comparable efficiency. Following this, process scalability was evaluated in a custom-designed rotating disk bioreactor (RDB), where polytetrafluoroethylene disks enhanced BC production by 57.1% compared to stainless-steel disks. Crude glycerol led to the highest BC production (4.06 g BC/disk), followed by WCT-supported cultures. ATR-FTIR and powder XRD analyses confirmed the characteristic chemical structure and cellulose Iα crystalline form of BC, with crystallinity indices ranging from 65% to 89%. TEM analysis of BC samples showed average fiber diameters within 8.7-18.2 nm. In the RDB runs, thermal analysis showed that glucose-derived BC exhibited the highest thermal stability (Tmax up to 307 °C), while BC produced from crude glycerol and WCT hydrolysates displayed slightly lower Tmax values. Given its high purity, nanofibrillar structure, mechanical robustness, and biocompatibility, bacterial cellulose represents a highly attractive biomaterial for a broad range of applications, including wound dressings, tissue engineering, food technology, packaging, and advanced functional composites. Notably, the similar structural and functional characteristics observed in BC produced from different carbon sources suggest that diverse substrates, including waste-derived feedstocks, can be utilized while maintaining consistent material quality, thereby supporting more flexible and sustainable BC production strategies. Overall, this study shows that WCT can be successfully used as a renewable carbon source for the production of bacterial cellulose through an integrated enzymatic-microbial process. The similar yields and material properties obtained from both conventional and waste-derived substrates indicate that the biosynthetic system performs reliably across different feedstocks, allowing refined sugars to be replaced without compromising product quality. Furthermore, the experiments performed in the RDB enabled the evaluation of bacterial cellulose biosynthesis under cultivation conditions approaching larger-scale operation. Together, these findings support the use of textile waste as a viable resource for bacterial cellulose production and highlight the potential of such strategies to contribute to more sustainable and circular biotechnological processes."]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Μελέτη της ενζυμικής παραγωγής θρεπτικού μέσου καλλιέργειας για τη βιοσύνθεση εξωκυτταρικού βιοπολυμερούς"]}]}],"canonical_facts":{"dc:creator":["ΛΑΔΕΡΟΣ ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ-ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ","LADEROS DIMITRIOS-PANAGIOTIS"],"dc:date":["2026"],"dc:description":["Η ραγδαία επέκταση της κλωστοϋφαντουργικής βιομηχανίας έχει οδηγήσει στην παραγωγή ολοένα και αυξανομένων ποσοτήτων αποβλήτων βαμβακιού τα οποία προέρχονται μετά την μεταποίηση και τα περισσότερα εκ των οποίων εξακολουθούν να απορρίπτονται σε χώρους υγειονομικής ταφής ή να αποτεφρώνονται, δημιουργώντας σοβαρά περιβαλλοντικά προβλήματα. Ταυτόχρονα η ευρύτερη χρήση βακτηριακής κυτταρίνης παραμένει περιορισμένη λόγω του σχετικά υψηλού κόστους παραγωγής της, το οποίο συνδέεται σε μεγάλο βαθμό με το αυξημένο κόστος των εξευγενισμένων πηγών άνθρακα σε συμβατικά θρεπτικά υποστρώματα ζύμωσης. Σε αυτό το πλαίσιο, η ανάπτυξη βιώσιμων βιοδιεργασιών που μετατρέπουν τα κλωστοϋφαντουργικά απόβλητα σε βιοπολυμερή υψηλής αξίας, αναδεικνύεται ως μία πολλά υποσχόμενη στρατηγική για την αντιμετώπιση τόσο των προκλήσεων διαχείρισης αποβλήτων όσο και των οικονομικών περιορισμών της παραγωγής βακτηριακής κυτταρίνης. Σε αυτή την μελέτη, αναπτύχθηκε μία ολοκληρωμένη ενζυμική και μικροβιακή βιοδιεργασία για την βιομετατροπή των αποβλήτων υφασμάτων βαμβακιού (Waste Cotton Textiles-WCT), σε βακτηριακή κυτταρίνη (Bacterial Cellulose-BC). Βασικές παράμετροι που επηρεάζουν την ενζυμική υδρόλυση των WCT αλλά και την ζύμωση για παραγωγή BC, διερευνήθηκαν συστηματικά. Η μέγιστη απόδοση σε γλυκόζη (94.4%) επιτεύχθηκε μέσω χρήσης 0.75 FPU/mL συγκέντρωσης κυτταρινάσης, χρησιμοποιώντας μείγμα 1:1 Cellic® Ctec3 και Viscoferm και 25 g/L WCT. Οι στατικές ζυμώσεις σε φιάλη με τον μικροοργανισμό Komagataeibacter intermedius B1034 πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας συμβατικές πηγές άνθρακα (γλυκόζη, φρουκτόζη, γλυκερόλη, μείγματα γλυκόζης-γλυκερόλης), γλυκερόλη ακατέργαστη προερχομένη από την βιομηχανία βιοντίζελ και υδρολύματα που προέρχονται από το WCT, οδηγώντας σε συγκρίσιμες συγκεντρώσεις BC (2.3–3.4 g/L; p>0.05). Αυτή η παρατήρηση υπογραμμίζει την μεταβολική προσαρμοστικότητα του στελέχους και την ικανότητά του να χρησιμοποιεί πηγές άνθρακα διαφορετικής προέλευσης με συγκρίσιμη απόδοση. Στη συνέχεια, η κλιμάκωση της διαδικασίας αξιολογήθηκε σε έναν ειδικά σχεδιασμένο βιοαντιδραστήρα περιστρεφόμενου δίσκου (RDB), όπου οι δίσκοι πολυτετραφθοροαιθυλενίου αύξησαν την παραγωγή BC κατά 57,1% σε σύγκριση με τους δίσκους από ανοξείδωτο χάλυβα. Η ακατέργαστη γλυκερόλη οδήγησε στην υψηλότερη παραγωγή BC (4,06 g BC/δίσκο), ακολουθούμενη από καλλιέργειες που υποστηρίζονται από υδρολύματα WCT. Οι αναλύσεις ATR-FTIR και PXRD επιβεβαίωσαν τη χαρακτηριστική χημική δομή και την κρυσταλλική μορφή κυτταρίνης Iα της BC, με δείκτες κρυσταλλικότητας που κυμαίνονταν από 65% έως 89%. Η ανάλυση TEM των δειγμάτων BC έδειξε μέσες διαμέτρους ινών μεταξύ 8,7-18,2 nm. Στις δοκιμές RDB, η θερμική ανάλυση έδειξε ότι η BC που προέρχεται από γλυκόζη παρουσίασε την υψηλότερη θερμική σταθερότητα (Tmax έως 307 °C), ενώ η BC που παράχθηκε από ακατέργαστη γλυκερόλη και υδρολύματα WCT εμφάνισε ελαφρώς χαμηλότερες τιμές Tmax. Δεδομένης της υψηλής καθαρότητας, της νανοϊνιδιακής δομής, της μηχανικής ανθεκτικότητας και της βιοσυμβατότητάς του, η BC αντιπροσωπεύει ένα εξαιρετικά ελκυστικό βιοϋλικό για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένων των επιδέσμων τραυμάτων, της μηχανικής ιστών, της τεχνολογίας τροφίμων, της συσκευασίας και των προηγμένων λειτουργικών σύνθετων υλικών. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα παρόμοια δομικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά που παρατηρούνται στην BC που παράγεται από διαφορετικές πηγές άνθρακα υποδηλώνουν ότι ποικίλα υποστρώματα, συμπεριλαμβανομένων των πρώτων υλών που προέρχονται από απόβλητα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διατηρώντας παράλληλα σταθερή ποιότητα υλικού, υποστηρίζοντας έτσι πιο ευέλικτες και βιώσιμες στρατηγικές παραγωγής BC. Συνολικά, αυτή η μελέτη δείχνει ότι τα WCT μπορούν να χρησιμοποιηθούν με επιτυχία ως ανανεώσιμη πηγή άνθρακα για την παραγωγή BC μέσω μιας ολοκληρωμένης ενζυματικής-μικροβιακής διαδικασίας. Οι παρόμοιες αποδόσεις και οι ιδιότητες των υλικών που λαμβάνονται τόσο από συμβατικά όσο και από υποστρώματα που προέρχονται από απόβλητα υποδεικνύουν ότι το βιοσυνθετικό σύστημα λειτουργεί αξιόπιστα σε διαφορετικές πρώτες ύλες, επιτρέποντας την αντικατάσταση των ραφιναρισμένων σακχάρων χωρίς να διακυβεύεται η ποιότητα του προϊόντος. Επιπλέον, τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στον RDB επέτρεψαν την αξιολόγηση της βιοσύνθεσης βακτηριακής κυτταρίνης υπό συνθήκες καλλιέργειας που προσεγγίζουν τη λειτουργία μεγαλύτερης κλίμακας. Συνολικά, αυτά τα ευρήματα υποστηρίζουν τη χρήση των κλωστοϋφαντουργικών αποβλήτων ως βιώσιμης πηγής για την παραγωγή BC και υπογραμμίζουν τη δυνατότητα τέτοιων στρατηγικών να συμβάλουν σε πιο βιώσιμες και κυκλικές βιοτεχνολογικές διεργασίες.","The rapid expansion of the textile industry has resulted in the generation of increasing amounts of post-consumer cotton-based waste, most of which is still disposed of through landfilling or incineration, creating considerable environmental pressure. At the same time, the broader use of bacterial cellulose remains constrained by its relatively high production cost, which is largely linked to the reliance on refined carbon sources in conventional fermentation media. Against this background, the development of sustainable bioprocesses that convert textile waste into high-value biopolymers emerges as a promising strategy to address both waste management challenges and the economic limitations of bacterial cellulose production. In this study, an integrated enzymatic–microbial bioprocess was developed to bio-convert waste cotton textiles (WCT) into bacterial cellulose (BC). Key parameters affecting WCT enzymatic hydrolysis and BC fermentation were systematically investigated. A maximum glucose yield of 94.4 % was obtained at a cellulase loading of 0.75 FPU/mL, using a 1:1 enzyme mixture of CTec3 and Viscoferm and 25 g/L WCT. Shake-flask fermentations with Komagataeibacter intermedius B1034 using conventional carbon sources (glucose, fructose, glycerol, glucose–glycerol mixtures), biodiesel-based glycerol, and WCT-derived hydrolysates resulted in comparable BC concentrations (2.3–3.4 g/L; p>0.05). This observation highlights the metabolic adaptability of the strain and its capacity to utilize carbon sources of different origins with comparable efficiency. Following this, process scalability was evaluated in a custom-designed rotating disk bioreactor (RDB), where polytetrafluoroethylene disks enhanced BC production by 57.1% compared to stainless-steel disks. Crude glycerol led to the highest BC production (4.06 g BC/disk), followed by WCT-supported cultures. ATR-FTIR and powder XRD analyses confirmed the characteristic chemical structure and cellulose Iα crystalline form of BC, with crystallinity indices ranging from 65% to 89%. TEM analysis of BC samples showed average fiber diameters within 8.7-18.2 nm. In the RDB runs, thermal analysis showed that glucose-derived BC exhibited the highest thermal stability (Tmax up to 307 °C), while BC produced from crude glycerol and WCT hydrolysates displayed slightly lower Tmax values. Given its high purity, nanofibrillar structure, mechanical robustness, and biocompatibility, bacterial cellulose represents a highly attractive biomaterial for a broad range of applications, including wound dressings, tissue engineering, food technology, packaging, and advanced functional composites. Notably, the similar structural and functional characteristics observed in BC produced from different carbon sources suggest that diverse substrates, including waste-derived feedstocks, can be utilized while maintaining consistent material quality, thereby supporting more flexible and sustainable BC production strategies. Overall, this study shows that WCT can be successfully used as a renewable carbon source for the production of bacterial cellulose through an integrated enzymatic-microbial process. The similar yields and material properties obtained from both conventional and waste-derived substrates indicate that the biosynthetic system performs reliably across different feedstocks, allowing refined sugars to be replaced without compromising product quality. Furthermore, the experiments performed in the RDB enabled the evaluation of bacterial cellulose biosynthesis under cultivation conditions approaching larger-scale operation. Together, these findings support the use of textile waste as a viable resource for bacterial cellulose production and highlight the potential of such strategies to contribute to more sustainable and circular biotechnological processes."],"dc:identifier":["uoadl:5358220","https://pergamos.lib.uoa.gr/uoa/dl/object/5358220"],"dc:language":["English"],"dc:subject":["Θετικές Επιστήμες","Science"],"dc:title":["Μελέτη της ενζυμικής παραγωγής θρεπτικού μέσου καλλιέργειας για τη βιοσύνθεση εξωκυτταρικού βιοπολυμερούς"],"dc:type":["born_digital_postgraduate_thesis","Διπλωματική Εργασία","Postgraduate Thesis"]},"updated_at":"2026-07-24T01:01:47Z"}