Bachelor's Thesis

Study of the Influence of Food Waste Substrates on the Production of Bioactive Compounds by Yeasts

Final Thesis 4.51 MB

Author of thesis: Dominik Hübsch

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jiří Holub, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jan Obračaj

Abstract:

This bachelor thesis investigates the potential biotechnological use of selected food-industry
waste substrates for yeast cultivation. Cheese whey and a hydrolysate prepared from spent
coffee grounds were used as model substrates. Their effects on the growth of the yeast
strains Rhodotorula toruloides, Metschnikowia pulcherrima and Cystofilobasidium
infirmominiatum were evaluated together with biomass production, extracellular polymeric
substances, beta-glucan content and selected lipid compounds determined by HPLC analysis.
The effects of different proportions of the waste substrates and adjustment of the carbon-to-
nitrogen ratio to C/N 13 were also assessed.
The results showed that both substrates could be utilised for yeast cultivation, although
their effects depended on the particular strain and cultivation conditions. Cheese whey was
generally more suitable for stable cell growth and biomass production, with favourable results
often observed when it partially replaced the mineral medium. The spent coffee grounds
hydrolysate created more demanding cultivation conditions; however, under selected
conditions, it promoted the production of extracellular polymeric substances. Beta-glucan
production and the profile of compounds determined by HPLC analysis were strongly strain-
specific. The strain R. toruloides showed the most pronounced production of carotenoid
pigments, whereas ubiquinone or ergosterol were more prominent in the other strains.
The obtained results confirm that cheese whey and spent coffee grounds can serve
as accessible secondary raw materials for the production of microbial biomass and value-added
compounds. However, the optimal cultivation conditions depend on the target product
and the yeast strain used.

Keywords:

food-industry waste, cheese whey, spent coffee grounds, yeasts, biomass, extracellular
polymeric substances, beta-glucan, bioactive compounds

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

1. Student seznámil členy komise s náplní a cílem bakalářské práce. 2. Byly přečteny posudky na bakalářskou práci. 3. Student akceptoval všechny připomínky oponenta a na všechny otázky odpověděl v plné šíři. Diskuse: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. Jaký objem měly jamky používané pro kultivace na mikrotitračních destičkách? doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. Co vyjadřují 2 g/l fenolických látek? prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. Jakým způsobem byly měřeny exopolysacharidy? Testovali jste na obsah polysacharidů i samostatný substrát? Upravovali jste syrovátkový substrát? Odstraňovali jste z něj proteiny? Student odpověděl na doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. Student prokázal dobré odborné znalosti, ale i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Chemistry and Technology of Foodstuffs (BPCP_CHTPO)

Specialization

Biochemical Technology (BT)

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. Jiří Holub, Ph.D.

Bakalářská práce Dominika Hübsche se zabývá problematikou biotechnologického zpracování potravinářských odpadů, konkrétně syrovátky a kávové sedliny. Cílem práce bylo experimentálně zhodnotit produkční vlastnosti vybraných kmenů kvasinek kultivovaných na uvedených odpadních substrátech. Práce je logicky členěna na teoretickou, experimentální a výsledkovou část.
Teoretická část představuje přehledně a systematicky zpracovanou literární rešerši zaměřenou jak na charakteristiku zvolených odpadních materiálů, tak na jejich možné využití v rámci biotechnologických procesů za využití vybraných kmenů kvasinek. Součástí je rovněž shrnutí produkčního potenciálu jednotlivých kmenů z hlediska tvorby významných metabolitů. Student zde prokazuje schopnost práce s odbornou literaturou a výběru relevantních informací, čímž vytváří kvalitní základ pro navazující experimentální část.
Experimentální část je zaměřena na úpravu odpadních materiálů do podoby vhodné pro využití jako substrátu pro mikroorganismy, jejich charakterizaci a následnou aplikaci při kultivacích. Student úspěšně realizoval kultivace kvasinek za využití různých kultivačních postupů, připravil kvasničnou biomasu a izoloval extracelulární polymerní substance (EPS) ze supernatantu. Získanou biomasu následně charakterizoval pomocí vhodných analytických metod, zejména HPLC a spektrofotometrických stanovení. V této části student prokázal schopnost samostatné laboratorní práce, dodržování metodických postupů i pečlivé dokumentace získaných dat.
Výsledky práce jsou prezentovány přehledně formou grafů a jsou doplněny odpovídající diskusí, v níž student vhodně interpretuje získaná data. Z výsledků vyplývá, že zvolené experimentální podmínky významně ovlivňují sledované produkční vlastnosti kvasinkových kultur. Práce tak přináší relevantní poznatky, které mohou sloužit jako podklad pro další výzkum i potenciální praktické využití.
Student během řešení práce prokázal schopnost samostatné a systematické práce a zodpovědný přístup k plnění zadaných úkolů. Aktivně využíval konzultací a na připomínky vedoucího reagoval konstruktivně.
Předloženou bakalářskou práci hodnotím jako kvalitní a splňující požadavky kladené na tento typ prací. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji známkou A.
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. Jan Obračaj

Bakalářská práce studenta Dominika Hübsche se zabývala kultivací kvasinkové biomasy za využití vybraných odpadů potravinářského průmyslu. Jako tyto kultivační substráty byly zvoleny kávová sedlina a mléčná syrovátka. Výsledná biomasa byla sledována z hlediska produkce betaglukanů, exopolysacharidů a antioxidantů.
Teoretická část práce je obsáhlá, podrobně popisuje zadané téma práce a obsahuje podrobný popis zkoumané problematiky. V experimentální části práce jsou podrobně popsány kultivační a analytické metody pro studium dané problematiky. Ke zpracování teoretické a experimentální části bylo použito více než dostatečné množství citovaných zdrojů (104).
Výsledková část obsahuje velké množství výstupů, které jsou patřičně komentovány. Nicméně na stránkách 49 a 50 nesedí popisované hodnoty ke komentovaným grafům 17 a 18. Dále by bylo vhodné doplnit lepší komentář ke kolísavým hodnotám výtěžků ubichinonu u jednotlivých kmenů a rozšířit diskuzi u produkce exopolysacharidů například o srovnání s literaturou. I přes tyto drobné nedostatky v diskuzní části je nutné vyzdvihnout opravdu velké množství výsledků, které více než bohatě splňují rozsah bakalářské práce.
Závěr obsahuje přehledné shrnutí celé zkoumané problematiky, jakožto i návrhy produkčních podmínek pro nejvyšší výtěžky jednotlivých zkoumaných metabolitů.
Práce splňuje zadání a obsahuje dobře diskutované výstupy. Hodnotím proto tuto práci celkovou známkou A („výborně“) a doporučuji práci k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse C
Využití literatury a její citace B
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. Jak by se dala vysvětlit korelace mezi produkcí Beta-glukanů a exopolysacharidů u jednotlivých kmenů?
  2. Jak mohlo být ovlivněno složení kávového hydrolyzátu z hlediska polyfenolických látek předúpravami substrátu? Jak by kultivaci vámi vybraných mikroorganismů mohlo ovlivnit, kdyby se v odpadním substrátu zachovalo větší množství fenolických látek?
  3. Proč nebyly pro baňkové kultivace použity optimální poměry odpadního substrátu s médiem dle výsledků z experimentu na kultivačních destičkách? Vysvětlete rozdíl vlivu aeračních podmínek u těchto dvou typů kultivací na buněčný metabolismus mikroorganismu. Je tento rozdíl patrný z hlediska produkce metabolitů dle výsledků ve vaší práci?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová