Doctoral Thesis

Fractionation and valorization of selected food industry wastes

Final Thesis 4.61 MB Summary of Thesis 1001.04 kB

Author of thesis: Ing. Vendula Hrabalová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D.

Reviewers: doc. Ing. Barbora Branská, PhD., doc. Mgr. Pavel Dvořák, Ph.D.

Abstract:

The doctoral thesis focuses on the use of lignocellulosic waste materials for the production of value-added substances. In the first part, the composition of lignocellulose, its pretreatment and processing options, and microbial inhibitors that slow down fermentation processes are described in detail. Among these inhibitors is ferulic acid, which some microorganisms can biotransform into sensory active substances such as vanillin, vanillyl alcohol, vanillic acid, and others. Furthermore, the thesis focuses on polyhydroxyalkanoates (PHAs): their biosynthesis, biodegradation, utilization, and the possibility of cheapening the production process of these biopolymers. The experimental part focuses on optimizing the hydrolysis process of lignocellulosic materials, specifically wheat bran and brew spent grains. Neutral hydrolysis followed by enzymatic hydrolysis was selected to achieve high saccharide concentration and to minimize the content of phenolic compounds (microbial inhibitors). Selected bacterial strains were subsequently cultivated on the hydrolysates. The highest PHA production was observed in halophilic bacterial strains (Halomonas halophila and Halomonas organivorans). The work's second part focuses on the biotransformation of ferulic acid to sensory active substances (mainly vanillic acid and vanillyl alcohol) using different bacterial strains. The highest biotransformation potential was observed with the thermophilic bacterium Caldimonas thermodepolymerans and the halophilic bacterium Halomonas neptunia, and further detailed experiments were performed with these strains.

Keywords:

Lignocellulose, wheat bran, brew spent grain, polyhydroxyalkanoates, hydrolysis, biotransformation, ferulic acid, vanillic acid, vanillyl alcohol, 4-vinylguaiacol.

Date of defence

22.01.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Process of defence

Předsedkyně komise představila doktorandku a předala jí slovo. Ing. Hrabalová v roce 2023 absolvovala pedagogické minimum. Již nyní má poměrně velké množství pracovních zkušeností. Doktorandka má tři recenzované publikace v časopisech, z toho ve dvou případech je první autorkou. Je také spoluautorkou velkého množství konferenčních příspěvků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Biophysical Chemistry (DKCP_BCH)

Composition of Committee

prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
doc. Mgr. Pavel Dvořák, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Barbora Branská, PhD. (člen)
prof. RNDr. Zbyněk Zdráhal, Dr. (člen)
prof. Mgr. Marek Koutný, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Sedláček, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (člen)

Ing. Vendula Hrabalová vypracovala svou disertační práci v rámci prezenčního studia doktorského studijního programu Biofyzikální chemie na Fakultě chemické VUT v Brně. Doktorské studium zahájila v září 2020 a disertační práci odevzdala v červenci 2025.

V průběhu doktorského studia doktorandka absolvovala všechny předepsané zkoušky a úspěšně složila státní doktorskou zkoušku. Součástí studia byla také zahraniční stáž - v roce 2022 absolvovala tříměsíční pobyt na Department of Biotechnology and Food Microbiology, Poznań University of Life Sciences v Polsku.

Kromě práce na disertaci se studentka během doktorského studia aktivně zapojovala do řešení řady projektů základního i aplikovaného výzkumu (např. TAČR, několik projektů GAČR, projekt H2020). Dále se významně podílela na pedagogické činnosti na FCH VUT, zejména formou konzultací a vedení řady bakalářských a diplomových prací.

Dosažené výsledky byly publikovány formou tří článků v renomovaných mezinárodních časopisech s vysokým impakt faktorem. U dvou publikací je disertantka první autorkou, u třetí práce je autorkou druhou. Ing. Vendula Hrabalová je dále spoluautorkou jednoho patentu a řady konferenčních příspěvků prezentovaných na národních i mezinárodních konferencích.

V rámci disertační práce se studentka věnovala valorizaci odpadů potravinářského průmyslu, především prostřednictvím jejich konverze na polyhydroxyalkanoáty. Zároveň věnovala značné experimentální úsilí mikrobiální biotransformaci kyseliny ferulové na látky s vysokou přidanou hodnotou. Je vhodné poznamenat, že uvedená témata byla součástí širších výzkumných projektů a rozsáhlejších experimentálních celků. Zejména výsledky v oblasti biotransformace kyseliny ferulové považuji za vysoce originální a přínosné, s výrazným potenciálem pro transfer do průmyslové praxe. Patent, který je z velké části výsledkem práce studentky, může navíc představovat dobrý základ pro komercializaci souvisejícího duševního vlastnictví.

Studentka shrnula nejdůležitější experimentální výsledky dosažené během doktorského studia ve zdařilé disertační práci, která je zpracována v českém jazyce. Výsledková a diskusní část práce je rozdělena do několika tematických kapitol a je doplněna částmi shrnujícími přínos předložené práce k současnému stavu poznání i budoucí perspektivy dané oblasti výzkumu.

Ing. Vendula Hrabalová je komplexní osobností, která během studia a absolvované zahraniční stáže dosáhla vysokého stupně odborné nezávislosti a prokázala schopnost samostatné i týmové tvůrčí vědecké práce. Opakovaně prokázala vysokou motivaci, pracovní nasazení a odpovědný přístup k řešení zadaných úkolů. Za zmínku stojí také její přátelský a pozitivní přístup ke kolegům i studentům a ochota pomoci.

Vzhledem k výše uvedeným skutečnostem a v souladu s platnou legislativou doporučuji, aby byla disertační práce přijata k obhajobě a po jejím úspěšném obhájení byla Ing. Vendule Hrabalové udělena vědecká hodnost Ph.D.
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 228,33 kB

File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta 47,42 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová