Bachelor's Thesis

Integration of Protein Isolation into Carrageenan Production

Final Thesis 1.93 MB

Author of thesis: Bc. Tetiana Petrachkova

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Zuzana Slavíková, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jaromír Pořízka, Ph.D.

Abstract:

This thesis evaluates technologies for isolating carrageenan from the red seaweed Chondrus crispus and proposes an integrated method for protein extraction. The relevance of this research is underscored by the growing emphasis on the comprehensive utilization of biomaterials, consistent with circular economy principles. The objective is to analyze technological processes for extracting protein components during carrageenan production and to assess their potential for subsequent applications. The thesis outlines the types and physicochemical properties of carrageenan and algal proteins, describes the characteristics of the selected seaweed genus, reviews available extraction methods, and presents procedures for determining protein fractions. To integrate protein isolation into carrageenan production, five extraction methods were evaluated: pH shift, pH shift with ultrasound, pH shift with an ice bath, pH shift with ultrasound and freezing, and salting out. Protein content was measured using the Hartree–Lowry spectrophotometric method at 650 nm. The highest protein yield resulted from the pH-shift method with ultrasound and freezing, while the greatest carrageenan yield was obtained with the pH-shift method using an ice bath and subsequent extraction with distilled water. The main obstacles to effective protein isolation are insufficient disruption of cell walls, protein binding to polysaccharides, and the release of carrageenan during extraction.

Keywords:

Carrageenan, Irish moss, proteins, carrageenan isolation, protein isolation, pH-shift

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

1. Studentka seznámila členy komise s náplní a cílem bakalářské práce. 2. Byly přečteny posudky na bakalářskou práci. 3. Studentka akceptovala všechny připomínky oponenta a na všechny otázky odpověděla v plné šíři. Diskuse: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. Jaké uspořádání ve velkém měřítku by bylo vhodné, aby bylo možné souběžně izolovat, jak protein, tak karagenan? doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. Bylo sledováno ovlivnění izolace proteinů přítomností karagenanu? Bylo uvažováno o opačném postupu? Jaké byly ztráty proteinů v průběhu izolačního postupu? Docházelo k znečišťování izolovaného proteinu karagenanem? doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. Studentka odpověděla na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. V diskusi studentka prokázala výbornou orientaci v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Studentka prokázala nejen výborné odborné znalosti, ale i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry and Technology of Foodstuffs (BPCP_CHTPO)

Specialization

Food Chemistry and Technology (PCH)

Composition of Committee

prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (místopředseda)
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Zuzana Slavíková, Ph.D.

Tetiana Petrachkova se ve své bakalářské práci zabývala možnostmi zvýšení přidané hodnoty technologie produkce karagenanu prostřednictvím integrace izolace bílkovin do procesu zpracování. Práce přispívá k rozvoji udržitelných výrobních postupů, neboť vedle produkce karagenanu umožňuje také získávání hodnotných proteinových izolátů z vedlejších produktů procesu. Současně reflektuje principy cirkulární ekonomiky a bezodpadové výroby a zohledňuje aspekty technologické robustnosti a budoucího průmyslového škálování.
Studentka přistupovala k řešení práce velmi aktivně, zodpovědně a s vysokým osobním nasazením. V krátké době si osvojila potřebné extrakční a analytické metody a po úvodním zaškolení pracovala samostatně, systematicky a spolehlivě. Experimentální práci prováděla pečlivě a s důrazem na reprodukovatelnost výsledků. Osvojila si rovněž sestavování materiálových bilancí jednotlivých technologických variant a aktivně se podílela na návrhu experimentů, včetně některých realizovaných nad rámec původního zadání. Tyto experimenty přinesly cenné poznatky a rozšířily informační hodnotu práce.
Přestože laboratorně ověřené varianty navržené technologie v současné době nevykazují bezprostřední aplikační potenciál, práce přinesla významné poznatky v oblasti valorizace vedlejších produktů mořských řas. Získané výsledky představují kvalitní základ pro navazující výzkum a naznačují perspektivní směry dalšího rozvoje této problematiky.
Evaluation criteria Grade
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
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jaromír Pořízka, Ph.D.

Tetiana Petrachkova se ve své bakalářské práci zabývá integrací izolace bílkovin do produkce karagenanu z červené mořské řasy Chondrus crispus. Téma práce považuji za aktuální a relevantní, zejména s ohledem na snahu o komplexní využití řasové biomasy, principy cirkulární ekonomiky a hledání alternativních zdrojů nutričně hodnotných složek.

Teoretická část je zpracována v rozsahu přibližně 15 stran, což lze pro bakalářskou práci považovat za odpovídající. Rešerše se věnuje cirkulární ekonomice v potravinářství, charakteristice karagenanu, jeho zdrojům, produkci, chemickým a fyzikálním vlastnostem, bezpečnosti a využití. Dále jsou popsány bílkoviny mořských řas, jejich nutriční význam, možnosti izolace a základní analytické metody použité v experimentální části. Tematický záběr je poměrně široký a většina kapitol má přímou návaznost na praktické zaměření práce.
Pozitivně hodnotím zejména kapitoly věnované karagenanu, mechanismu gelace, bílkovinám mořských řas a možnostem jejich izolace. Tyto části poskytují vhodný odborný základ pro následnou experimentální práci. Za přínosné považuji také zařazení problematiky cirkulární ekonomiky, která dobře zdůvodňuje celkový záměr práce, tedy snahu o efektivnější a komplexnější využití řasové biomasy.
U metod izolace bílkovin by bylo možné doplnit systematičtější srovnání jednotlivých postupů z hlediska výtěžnosti, čistoty izolátu, vlivu na následnou extrakci karagenanu a technologické proveditelnosti. Podrobněji by mohl být rozpracován také vztah mezi strukturou buněčné stěny červených řas, vazbou bílkovin na polysacharidy a obtížností jejich separace, protože právě tato oblast je pro praktické řešení práce klíčová.
Autorka využila celkem 53 literárních zdrojů, což je pro bakalářskou práci početně dostačující. Zdroje jsou převážně tematicky relevantní a zahrnují odborné články, přehledové práce, metodické zdroje, internetové zdroje i patent. Pozitivně hodnotím aktuálnost literatury, protože značná část zdrojů pochází z posledních let, zejména z období 2020–2026. V seznamu jsou zastoupeny i velmi recentní práce z let 2024 a 2025.
Z hlediska kvality literatury lze konstatovat, že významná část odborných článků pochází z časopisů běžně indexovaných v databázích Web of Science a/nebo Scopus. Vedle kvalitních recenzovaných zdrojů jsou zařazeny také obecnější internetové zdroje a starší práce.
Po formální stránce je text teoretické části srozumitelný. Přehlednost členění kapitol je však místy snížena tím, že nadpisy různých úrovní jsou vizuálně zpracovány velmi podobným stylem. Není zcela zřejmé, zda jde o formální nedostatek původního dokumentu, nebo o důsledek převodu do PDF, přesto tato skutečnost mírně zhoršuje orientaci v textu.
Celkově hodnotím teoretickou část jako rozsahově i tematicky dostačující. Poskytuje použitelný odborný základ pro experimentální část práce a opírá se o poměrně aktuální a odborně relevantní literaturu. Její úroveň by bylo možné zvýšit hlubším propojením metod izolace bílkovin s technologií produkce karagenanu a pečlivějším formálním zpracováním některých literárních citací.

Experimentální část práce hodnotím pozitivně. Autorka realizovala poměrně široké spektrum experimentů zahrnující charakterizaci vstupní suroviny, extrakci karagenanu, integraci různých postupů izolace bílkovin do technologie produkce karagenanu a následnou analytickou charakterizaci získaných frakcí. Rozsah experimentální práce je pro bakalářskou práci velmi dobrý a odpovídá komplexnosti řešeného tématu. Pozitivně hodnotím zejména dobře popsaný experimentální design, což je u práce tohoto typu nezbytné. Jednotlivé varianty postupu jsou logicky členěny, navazují na sebe a je uvedeno, že experimenty byly provedeny paralelně. Popis postupů obsahuje klíčové parametry, jako jsou navážky, objemy, koncentrace, teploty a časy, což umožňuje základní reprodukovatelnost práce. Za přínosné považuji také zařazení schémat pracovních postupů, která výrazně zvyšují přehlednost experimentální části a usnadňují orientaci v jednotlivých variantách izolace bílkovin a následné extrakce karagenanu.
Celkově lze experimentální část považovat za koncepčně dobře navrženou a přehledně zpracovanou. Autorka prokázala schopnost realizovat komplexnější laboratorní postup zaměřený na kombinované získávání polysacharidové a bílkovinné frakce z jedné suroviny.

Výsledková část je zpracována přehledně a navazuje na experimentální uspořádání práce. Autorka nejprve charakterizuje vstupní surovinu, následně hodnotí samostatnou extrakci karagenanu a poté porovnává jednotlivé varianty integrace izolace bílkovin do tohoto procesu. Výsledky jsou prezentovány pomocí tabulek a grafů a jsou doplněny slovním komentářem, který usnadňuje orientaci v získaných datech.
Za zajímavý výsledek považuji zejména porovnání různých extrakčních činidel při izolaci karagenanu. Nejvyšší výtěžek byl dosažen při použití vody, což je významné nejen technologicky, ale také z hlediska environmentálního a ekonomického. Autorka zároveň správně upozorňuje, že alkalická extrakce může podle literatury vést ke kvalitnějším gelům, a výtěžek tedy není jediným rozhodujícím parametrem hodnocení technologie.
Přínosné je také porovnání pěti variant izolace bílkovin před následnou extrakcí karagenanu. Nejvyšší výtěžek bílkovin byl dosažen metodou pH-shift v kombinaci s ultrazvukem a zmrazením, zatímco nejvyšší výtěžek karagenanu po integrované izolaci bílkovin byl získán při použití pH-shift metody s ledovou lázní a následnou vodnou extrakcí. Tyto výsledky ukazují, že postup vhodný pro maximální izolaci bílkovin nemusí být současně optimální pro následnou produkci karagenanu.
Pozitivně hodnotím, že autorka dokázala identifikovat hlavní technologická omezení navrženého procesu. Mezi ně patří zejména obtížné narušení buněčných stěn řas, vazba bílkovin na polysacharidy a uvolňování karagenanu již během extrakce bílkovin. Tyto poznatky jsou důležité pro další optimalizaci procesu a ukazují, že integrace izolace bílkovin do produkce karagenanu je technologicky možná, ale není triviální.
Zajímavé je rovněž celkové zhodnocení praktické proveditelnosti technologie. Autorka uvádí, že i přes dílčí úspěšnost laboratorního postupu není technologie v navrženém uspořádání ekonomicky příliš perspektivní pro průmyslové využití, zejména kvůli náročnosti některých kroků, jako je použití ultrazvuku, zmrazení na velmi nízkou teplotu a časová náročnost procesu. Toto hodnocení považuji za věcné a důležité, protože práce se nesoustředí pouze na laboratorní výtěžky, ale zohledňuje i širší technologickou použitelnost.

Celkově na mě práce udělala dobrý dojem. Je vědecky přínosná a z formálního hlediska dobře zpracovaná. Jistě splňuje nároky na VŠKP, hodnotím ji známkou A a doporučuji k obhajobě.
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 A
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. Při integraci izolace bílkovin do produkce karagenanu se ukázalo, že postup s nejvyšším výtěžkem bílkovin nemusí být současně nejvhodnější pro dosažení nejvyššího výtěžku karagenanu. Jak byste navrhla optimalizovat technologii tak, aby byl nalezen vhodný kompromis mezi výtěžkem obou frakcí?
  2. Je z dostupné literatury možné určit, jaké další druhy mořských řas by se mohly hodit pro tuto technologii?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová