Στερεά απορρίμματα γεωργικών προϊόντων και γεωργικών βιομηχανιών σαν υποστρώματα ακινητοποίησης κυττάρων για ζύμες αρτοποιίας
Authors: Πλέσσας Σταύρος 
Published: August 2021

Οι έρευνες για την εκμετάλλευση γεωργικών και αγροτοβιομηχανικών απορριμμάτων έχουν ενταθεί τα τελευταία χρόνια. Η τάση, που επικρατεί είναι η χρήση αυτών των απορριμμάτων ως υποστρωμάτων ζύμωσης για ανάπτυξη και παραγωγή μικροοργανισμών, καθώς και για παραγωγή νέων τροφίμων υψηλής προστιθέμενης αξίας και χαμηλού κόστους. Η χρήση της μεθόδου της ακινητοποίησης είναι πολύ ελκυστική, επειδή συνδυάζει και τα δύο. Πολλές αναφορές υπάρχουν για την εκμετάλλευση απορριμμάτων σαν υποστρώματα ακινητοποίησης για την παραγωγή αλκοόλης, μπύρας και κρασιού. Aναφορές για χρήση της μεθόδου ακινητοποίησης στην παρασκευή άρτου δεν υφίστανται στην βιβλιογραφία. Για το λόγο αυτό, η παρούσα διατριβή επικεντρώθηκε στην εκμετάλλευση των στερεών του πορτοκαλιού, που προέρχονται από τα απορρίμματα των εργοστασίων χυμοποίησης και των στερεών απορριμμάτων ζυθοποιίας στην παρασκευή άρτου. Συγχρόνως παρασκευάστηκε πρωτότυπος ακινητοποιημένος βιοκαταλύτης υψηλής διατροφικής αξίας, με ακινητοποίηση κυττάρων σε τραχανά, για.να χρησιμοποιηθεί ως νέα ζύμη αρτοποιίας. Ο βιοκαταλύτης αυτός παρουσιάζει πολλά πλεονεκτήματα. Τα σημαντικότερα εκ των οποίων, είναι η παρουσία γαλακτικών βακτηρίων και ζυμών, η μεγάλη διατροφική συγγένεια με το αλεύρι, που είναι η βασική πρώτη ύλη στην παρασκευή άρτου, καθώς και η υψηλή διατροφική του αξία, επειδή αποτελείται από άμυλο, γλουτένη και γάλα. Παράλληλα, εξετάστηκαν τα μήλα και τα πορτοκάλια, τα οποία απορρίπτονται στις χωματερές, σαν νέα υποστρώματα στην αερόβια παραγωγή κυτταρικής βιομάζας. Τέλος μελετήθηκε η επίδραση των στερεών πορτοκαλιού στις κινητικές παραμέτρους των αερόβιων ζυμώσεων μελάσας για παραγωγής ζύμης αρτοποιίας σε συνεχές και ασυνεχές σύστημα. Σε πρώτη φάση έγινε η παρασκευή νέου πρωτότυπου βιοκαταλύτη από ξυνισμένο γάλα και αλεύρι, σύμφωνα με την μέθοδο παρασκευής του παραδοσιακού τραχανά. Ο παραπάνω βιοκαταλύτης ήταν ακινητοποιημένος με ζύμη αρτοποιίας που προστέθηκε κατά την διαδικασία της ακινητοποίησης, αλλά και με γαλακτικά βακτήρια, που φέρει ο ίδιος προερχόμενα από το ξυνισμένο γάλα που παρασκευάστηκε. Η ακινητοποίηση αποδείχθηκε μέσω φωτογραφιών ηλεκτρονικού μικροσκοπίου και μέσω επαναλαμβανόμενων παρτίδων αλκοολικής και γαλακτικής ζύμωσης. Οι χρόνοι ζύμωσης ήταν μικροί και η παραγωγικότητα αλκοόλης σχετικά υψηλή και σταθερή σε όλες τις θερμοκρασίες ζύμωσης. Ο νέος βιοκαταλύτης παρουσίασε ικανοποιητική λειτουργική σταθερότητα και παρήγαγε σημαντικές ποσότητες γαλακτικού οξέος και πτητικών παραπροϊόντων σε όλες τις παρτίδες ζύμωσης. Τα παραπάνω απέδειξαν την καταλληλότητά του στην παραγωγή ζυμώσιμων τροφίμων, καθώς και στην πιθανή χρήση του ως πρόσθετο για την αύξηση της διατροφικής αξίας, του αρώματος και του χρόνου συντήρησης των τροφίμων. Επιπρόσθετα δύο ακόμα βιοκαταλύτες παρασκευάστηκαν με ακινητοποίηση κυττάρων ζύμης αρτοποιίας σε στερεά του πορτοκαλιού και σε στερεά απορρίμματα ζυθοποιίας αντίστοιχα και εξετάστηκε η απόδοσή τους στην αλκοολική ζύμωση. Η ακινητοποίηση των κυττάρων αποδείχθηκε μέσω φωτογραφιών ηλεκτρονικού μικροσκοπίου και από επαναλαμβανόμενες παρτίδες ζύμωσης συνθετικού θρεπτικού μέσου γλυκόζης. Στην περίπτωση χρήσης των ακινητοποιημένων κυττάρων σε στερεά του πορτοκαλιού μελετήθηκε επιπλέον η ζύμωση μελάσας και εκχυλίσματος σταφίδας. Όλα τα συστήματα των ακινητοποιημένων βιοκαταλυτών παρουσίασαν ικανοποιητικά αποτελέσματα στις ζυμώσεις, με υψηλές τιμές σε μετατροπή και παραγωγικότητα σε αιθανόλη, καθώς και αποδεκτά ποσοστά πτητικών παραπροϊόντων. Αναφορικά με τις κινητικές παραμέτρους των ζυμώσεων, καλύτερος φορέας ακινητοποίησης αποδείχθηκαν τα στερεά του πορτοκαλιού. Η δεύτερη φάση της διατριβής εστιάσθηκε στην παραγωγή κυτταρικής βιομάζας. Αρχικά εξετάστηκαν αραιωμένοι πολτοί πορτοκαλιού και μήλου για παραγωγή κυτταρικής βιομάζας. Οι μικροοργανισμοί, που χρησιμοποιήθηκαν ήταν κύτταρα ζύμης αρτοποιίας και kefir. Τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με αυτά, που προέκυψαν από αερόβιες ζυμώσεις μελάσας, που είναι το κλασσικό υπόστρωμα για την βιομηχανική παραγωγή ζύμης αρτοποιίας. Τα αποτελέσματα κρίθηκαν ικανοποιητικά. Συγκεκριμένα, μεγαλύτερες συγκεντρώσεις, αποδόσεις και παραγωγικότητες βιομάζας επιτεύχθηκαν στην περίπτωση χρήσης των φρούτων σε σύγκριση με την μελάσα. Ο πολτός πορτοκαλιού έδωσε υψηλότερες παραγωγικότητες βιομάζας από το μήλο. Από την άλλη μεριά ο πολτός μήλου έδωσε το υψηλότερες αποδόσεις βιομάζας. Συγκεκριμένα, στην περίπτωση χρήσης του πολτού πορτοκαλιού με προσθήκη ζύμης αρτοποιίας, η παραγωγικότητα βιομάζας ήταν σχεδόν διπλάσια από αυτήν, που έδωσε η χρήση της μελάσας. Όταν χρησιμοποιήθηκε πολτός μήλου με ζύμη αρτοποιίας η απόδοση βιομάζας ήταν περίπου διπλάσια συγκριτικά με τη μελάσα. Σε όλες τις περιπτώσεις, η χρήση ζύμης αρτοποιίας έδωσε καλύτερα αποτελέσματα από το kefir. Παράλληλα, από πειραματικές παρατηρήσεις προέκυψε, ότι σε αερόβιες ζυμώσεις μελάσας παρουσία στερεών του πορτοκαλιού, παρατηρήθηκε αύξηση της τελικής συγκέντρωσης, της παραγωγικότητας και της απόδοσης βιομάζας, καθώς και του εκατοστιαίου ποσοστού μετατροπής. Επιπλέον τα στερεά του πορτοκαλιού δοκιμάστηκαν ως προωθητές σε συνεχή ζύμωση μελάσας για παραγωγή ζύμης αρτοποιίας. Ο βιοαντιδραστήρας λειτούργησε για 12 ημέρες, αποθηκεύτηκε στους 100C και επαναλειτούργησε για άλλες 13 ημέρες, χωρίς μείωση της παραγωγικότητας της βιομάζας. Το τρίτο μέρος της διατριβής εστιάζεται στην παρασκευή άρτων από τους προαναφερθέντες βιοκαταλύτες, αλλά και από ελεύθερα κύτταρα ζύμης αρτοποιίας. Επιπρόσθετα χρησιμοποιήθηκε kefir, καθώς και ακινητοποιημένα κύτταρα kefir σε στερεά του πορτοκαλιού και σε στερεά απορρίμματα ζυθοποιίας. Αξιολογήθηκε η διογκωτική ικανότητα και η αποδοτικότητα των βιοκαταλυτών στην παραγωγή άρτου καλής ποιότητας, αναφορικά με τον όγκο, το άρωμα, την υφή και τον χρόνο συντήρησης. Οι άρτοι παρασκευάστηκαν με την άμεση μέθοδο και τη μέθοδο του προζυμιού. Τα αποτελέσματα έδειξαν, ότι οι άρτοι, που παρασκευάστηκαν με την άμεση μέθοδο από ακινητοποιημένα κύτταρα είχαν περίπου τα ίδια ποιοτικά χαρακτηριστικά με αυτά του εμπορικού άρτου, με εξαίρεση την περίπτωση των ακινητοποιημένων κύτταρων ζύμης αρτοποιίας και kefir σε στερεά απορρίμματα ζυθοποιίας. Τα αποτελέσματα αυτά επιβεβαιώθηκαν από οργανοληπτικούς ελέγχους και με ανάλυση των πτητικών ενώσεων των άρτων με SPME-GC-MS. Ο ακινητοποιημένος τραχανάς και το ελεύθερο kefir έδωσαν τα πιο ικανοποιητικά αποτελέσματα. Οι άρτοι, που παρασκευάστηκαν με την μέθοδο του προζυμιού ήταν ανώτερης ποιότητας, όπως φάνηκε και από τους οργανοληπτικούς ελέγχους, που διεξάχθηκαν, είχαν καλύτερη υφή, γεύση και έδωσαν περισσότερες πτητικές ενώσεις από όλους τους άρτους, που παρασκευάστηκαν με την άμεση μέθοδο. Τα προζύμια, που είχαν παρασκευαστεί από ακινητοποιημένα κύτταρα σε τραχανά και από kefir έδωσαν τους ποιοτικότερους άρτους με τους μεγαλύτερους χρόνους συντήρησης. Συμπερασματικά, τα ακινητοποιημένα κύτταρα ζύμης αρτοποιίας σε τραχανά και τα ακινητοποιημένα κύτταρα ζύμης αρτοποιίας και kefir σε στερεά πορτοκαλιού αντίστοιχα, καθώς και το kefir εξετάστηκαν επιτυχημένα στην παραγωγή άρτου. Παράλληλα αξιοποιώντας υποστρώματα, όπως τα στερεά πορτοκαλιού και τα στερεά απορρίμματα ζυθοποιίας για παρασκευή νέων ζυμών αρτοποιίας, δίνεται συγχρόνως λύση στα τεράστια οικολογικά προβλήματα, που προκαλεί η απόρριψή τους στο περιβάλλον.