Master's Thesis

Production of yeast biomass under nutrition stress with addition of some microbiogenic elements

Final Thesis 1.75 MB

Author of thesis: Bc. Vladimir Ustiuzhanin

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jiří Holub, Ph.D.

Reviewer: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc.

Abstract:

This master thesis is focused on the cultivation of selected yeast strains under nutritional stress conditions, particularly with the use of waste substrates as carbon sources and the addition of microbiogenic elements in the form of a microelement solution and different forms of Fe ions.
The thesis is divided into a theoretical and an experimental part. The theoretical part includes a detailed overview of the selected yeast strains, waste substrates, microbiogenic elements, and the monitored metabolites. The experimental part focuses on the processing of waste substrates, the enrichment of yeast biomass with iron, and the optimization of the cultivation medium composition. The yeast strains Yarrowia lipolytica (CCY 29-26-4) and Rhodotorula toruloides (CCY 62-2-1) were selected for this study, as they are capable of producing valuable metabolites, especially fatty acids, ergosterol, ubiquinone and in the case of Rhodotorula toruloides (CCY 62-2-1), also carotenoids. The strains were cultivated in production media
with different carbon sources, specifically glycerol, glucose, grape hydrolysate and potato hydrolysate. FeCl3 and FeSO4 at different concentrations were used as iron sources. The experimental part also included yeast cultivation aimed at the production of the monitored metabolites in biomass, their subsequent analysis by HPLC/PDA and GC/FID, and the determination of accumulated iron content by ICP-OES.
The obtained results confirm that waste substrates may represent a suitable alternative to commercial carbon sources and thus contribute to reducing environmental impact and increasing the efficiency of biotechnological processes.

Keywords:

cultivation, grape hydrolysate, potato hydrolysate, biogenic elements, coenzyme Q, ergosterol, fatty acids, carotenoids

Date of defence

27.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

1. Student seznámil členy komise s náplní a cílem diplomové práce. 2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci. 3. Student akceptoval všechny připomínky oponentky a na všechny otázky odpověděl v plné šíři. Diskuse: doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. Odkud byly zdroje substrátu? Odkud pocházeli hroznové výlisky? Může tam být nějaká variabilita substrátu? Mgr. Ondřej Vašíček, Ph.D. Jaké látky mohou vzniknout při tvorbě hydrolyzátů? Jaké další látky, které vznikají, mohou kvasinky používat? Zabývali jste se i měřením obsahu dusíku? Student odpověděl na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. V diskusi student prokázal výbornou orientaci v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Diplomant prokázal nejen výborné odborné znalosti, ale i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry for Medical Application (NPCP_CHMA)

Specialization

Chemistry of Bioactive Substances (CHBL)

Composition of Committee

prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
doc. Ing. Petr Sedláček, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen)
Mgr. Ondřej Vašíček, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jiří Holub, Ph.D.

Diplomová práce Bc. Vladimira Ustiuzhanina se zabývá studiem produkce kvasinkové biomasy v podmínkách nutričního stresu s využitím odpadních substrátů a přídavkem vybraných mikrobiogenních prvků. Práce je logicky členěna na teoretickou, experimentální a výsledkovou část.
Teoretická část představuje přehledně zpracovanou literární rešerši zaměřenou na problematiku kvasinek, odpadních substrátů a významných metabolitů. Na tuto část vhodně navazuje experimentální řešení, v jehož rámci se student věnoval kultivaci vybraných kvasinkových kmenů na různých typech médií a následné analýze produkované biomasy s využitím moderních instrumentálních metod, zejména HPLC, GC a ICP-OES.
Výsledky jsou přehledně prezentovány a diskutovány. Bylo prokázáno, že odpadní substráty mohou sloužit jako vhodné alternativní zdroje uhlíku a současně ovlivňovat složení biomasy. Práce dále ukazuje schopnost kvasinek akumulovat železo v biomase a poukazuje na možnosti jejího nutričního obohacení. Získané poznatky potvrzují potenciál biotechnologického využití jak odpadních surovin, tak obohacené kvasinkové biomasy.
Student během řešení prokázal schopnost samostatné práce i systematického přístupu k řešení zadané problematiky.
Předloženou diplomovou práci hodnotím jako kvalitní a přínosnou. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji známkou A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A

Grade proposed by supervisor: A

Předložená diplomová práce byla zaměřena na využití několika odpadních substrátů a mikrobiogenních prvků (Fe) ke kultivaci vybraných kmenů nekonvenčních kvasinek v podmínkách nutričního stresu. Téma práce je vysoce aktuální, poněvadž je zaměřeno na druhotné zpracování odpadních materiálů pomocí mikroorganismů a produkci látek s vyšší přidanou hodnotou, což může přispět ke snížení environmentální zátěže a zvýšení efektivity biotechnologických procesů v konceptu cirkulární ekonomiky.

Práce má klasické členění a je sepsána v češtině na celkem 58 stránkách textu. Text je většinou jazykově přijatelně, místy se vyskytují formální chyby například v interpunkci. Někdy jsou v textu věty, které neobsahují přísudek a také se v práci vyskytují drobné gramatické chyby ve skloňování. Je však třeba brát do úvahy fakt, že čeština není mateřským jazykem studenta.

Rozsah kapitol je optimálně vyvážený. V teoretické části práce je na 18 stranách obsaženo stručné a místy poměrně obecné uvedení do problematiky potravinářských odpadů, kvasinek a studovaných kmenů, následuje naopak zbytečně podrobný popis metabolitů včetně jejich biosyntézy, stručně jsou uvedeny postupy kultivace, detailně pak role Fe u kvasinek a obecně jsou popsané metody využívané pro jejich stanovení. Teoretická část by mohla obsahovat širší rešeršní části cíleně zaměřenou na studovanou problematiku (cirkulární hospodářství, využití různých typů odpadů kvasinkami, metabolický stres apod.).

Experimentální část v rozsahu 24 stran je zaměřena na zpracování odpadních substrátů, přípravu a optimalizaci kultivačních médií (typ C zdroje) a testování možností obohacení kvasinkové biomasy železem v různé formě a koncentraci. Experimentální záběr práce je poměrně široký a zahrnuje jak kultivační techniky včetně zpracování odpadních substrátů a hodnocení růstových charakteristik mikroorganismů tak i sofistikované instrumentální metody pro stanovení metabolitů (HPLC/PDA, GC/FID, ICP/OES).

Výsledky práce byly velmi dobře zpracovány a vyhodnoceny formou názorných tabulek a grafů. Získaná data byla velmi kvalitně interpretována, poněkud postrádám v diskusi konfrontaci s literárními údaji. V práci bylo zjištěno, že rozhodujícím faktorem pro produkci a kvalitu biomasy byl použitý zdroj uhlíku, zatímco vliv přidaného železa působil ve většině případů inhibičně. Z výsledků dále vyplývá, že odpadní substráty mohou být využity nejen jako zdroje uhlíku, ale mohou též významně ovlivnit kvalitu biomasy a obsah cílových metabolitů. Výsledky rovněž potvrdily akumulaci Fe v buňkách rostoucích na fortifikovaném médiu, takže získaná obohacená biomasa by mohle sloužit jako funkční doplněk stravy nebo krmiv. 

Práce je doplněna 55 literárními odkazy, z nichž převážná většina odkazuje na aktuální separátní literaturu a dokládá široký přehled autora v problematice. Citace jsou seřazeny dle pořadí uvedení v textu a uváděny v souladu s platnou normou (až na drobné formální odchylky, např. cit. 18, 23).

K práci mám následující poznámky, připomínky a dílčí dotazy:
1) Str. 10 – železo se obvykle neřadí mezi stopové prvky
2) Str.11 i dále – citace jsou uváděny na konci podkapitoly jako skupina odkazů; měly by být uvedeny přímo faktu, který je na ně odkazován
3) Byly provedeny nějaké replikáty u stanovení biomasy (v Tab. 14 je vyhodnocena SD) a obsahu železa (Tab. 16 i Tab. 17 uvádí SD)? Biologické duplikáty byly uvedeny pouze při kultivaci (str. 32)
4) Jak přesně byla provedena kvantifikace metabolitů analyzovaných pomocí HPLC? Byly stanovovány nějaké analytické replikáty?
5) Proč byl ke kvasince R. toruloides přidáváno železo pouze ve formě FeCl3?
6) Máte nějaké vysvětlení pro odlišnou distribuci v zastoupení skupin mastných kyselin (SFA, MFA, PUFA)  na různých substrátech bez železa – obr. 12?

Závěrem lze konstatovat, že student Bc. Vladimir Ustiuzhanin předložil kvalitní diplomovou práci obsahující cenné výsledky pro potenciální aplikaci v průmyslové praxi. Na základě výše uvedených skutečností doporučuji diplomovou práci k obhajobě a hodnotím výslednou známkou „výborně“ (A).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace B
Úroveň jazykového zpracování B
Formální úroveň práce – celkový dojem B
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. Uveďte prosím podrobněji, jaký je vliv železa na růst a různé metabolické systémy kvasinek?
  2. Můžete stručně shrnout a srovnat, jak se lišil růst kvasinek R. toruloides a Y. lipolytica v přítomnosti zvyšující se koncentrace přidaného železa?
  3. Lze na základě výsledků Vaší práce najít nějakou obecnější souvislost mezi typem substrátu/odpadu, akumulací přidaného železa a růstem/kvalitou biomasy kvasinek?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová