Χρήση των αποβλήτων της ζυθοποιίας για παραγωγή ακινητοποιημένων ξηρών ζυμών
Authors: Τσαούση Κωνσταντίνα 
Published: August 2021

Η διδακτορική διατριβή έχει ως στόχο την αξιοποίηση των αποβλήτων της ζυθοποιίας για τη δημιουργία προστιθέμενης αξίας. Στη βιβλιογραφική ανασκόπηση της διατριβής περιγράφονται η σύσταση και οι μέχρι τώρα χρήσεις των αποβλήτων της ζυθοποιίας, καθώς και οι καινοτόμες μέθοδοι παραγωγής και οι μέθοδοι ξήρανσης των αρχικών καλλιεργειών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην οινοποιία και ζυθοποιία. Στο πειραματικό μέρος και στη συζήτηση των αποτελεσμάτων εξετάζονται (i) η παραγωγή θερμικά ξηρανθέντων βιοκαταλυτών με χρήση των αποβλήτων της ζυθοποιίας, (ii) η σακχαροποίηση του αμύλου και η ζύμωση με συγκαλλιέργεια, των στερεών αποβλήτων της ζυθοποιίας και (iii) ο εμπλουτισμός με πρωτεΐνες των στερεών αποβλήτων. Αναλυτικότερα, στην παρούσα διατριβή εξετάστηκε η εφαρμογή απλών μεθόδων θερμικής ξήρανσης σε χαμηλές θερμοκρασίες. Η ξήρανση πραγματοποιήθηκε σε λεπτό στρώμα, σε γυάλινες πλάκες ώστε η απομάκρυνση της υγρασίας να είναι ταχύτερη και επομένως η διατήρηση της βιωσιμότητας των κυττάρων να είναι η μέγιστη δυνατή. Η ξήρανση σε θερμοθάλαμο εξετάστηκε αρχικά σε ελεύθερα κύτταρα S. cerevisiae και η ικανότητα ζύμωσης των θερμικά ξηρανθέντων κυττάρων σε σύγκριση με τα λυοφιλιωμένα κύτταρα ήταν υψηλότερη και όμοια με εκείνη της πιεστής ζύμης αρτοποιίας. Αυτό δείχνει ότι η ξήρανση σε θερμοθάλαμο μπορεί να είναι ανταγωνιστική της λυοφιλίωσης, που είναι η μέθοδος ξήρανσης που εφαρμόζεται κυρίως στη βιομηχανία. Στη συνέχεια εξετάστηκαν βιοκαταλύτες που παρασκευάστηκαν με ακινητοποίηση κυττάρων S. cerevisiae σε απολιγνινοποιημένα υπολείμματα κριθαριού της ζυθοποιίας που υπέστησαν ξήρανση λεπτής στιβάδας σε θερμοθάλαμο, σε ρεύμα αέρα και υπό κενό σε χαμηλές και υψηλές θερμοκρασίες. Οι θερμικά ξηρανθέντες ακινητοποιημένοι βιοκαταλύτες, κυρίως σε θερμοθάλαμο και ρεύμα αέρα, παρουσίασαν υψηλή ικανότητα ζύμωσης και μικρότερους χρόνους ζύμωσης σε σχέση με τα θερμικά ξηρανθέντα ελεύθερα κύτταρα. Η επίδραση της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια της ξήρανσης δεν επηρέασε τη δραστικότητα των βιοκαταλυτών. Οι θερμικά ξηρανθέντες βιοκαταλύτες είναι ανθεκτικοί στις υψηλότερες θερμοκρασίες έως 70°C. Τα θερμικά ξηρανθέντα ελεύθερα κύτταρα που ξηράνθηκαν σε θερμοκρασίες μέχρι 45°C, πραγματοποίησαν ζυμώσεις στους 15°C, ωστόσο οι χρόνοι ζύμωσης ήταν πολύ μεγαλύτεροι από εκείνους των ακινητοποιημένων κυττάρων στην ίδια θερμοκρασία. Επίσης η αποθήκευση για 4 μήνες των θερμικά ξηρανθέντων βιοκαταλύτων δεν επηρέασε ιδιαίτερα την ικανότητα ζύμωσης τους. Μετά οι ακινητοποιημένοι βιοκαταλύτες που ξηράνθηκαν σε χαμηλές θερμοκρασίες χρησιμοποιήθηκαν για την παραγωγή οίνου σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες. Οι θερμικά ξηρανθέντες βιοκαταλύτες έδειξαν σταθερότητα κατά τις επαναλαμβανόμενες ζυμώσεις. Οι χρόνοι ζύμωσης ακόμη και στους 5°C ήταν μικρότεροι από τους χρόνους των φυσικών ζυμώσεων που πραγματοποιούνται στους 25-30°C. Η ποιότητα του οίνου που παράγεται είναι καλή, αφού ο σχηματισμός των πτητικών παραπροϊόντων είναι εντός των επιθυμητών ορίων. Συνεπώς οι θερμικά ξηρανθέντες βιοκαταλύτες αποτελούν καλές οινοποιητικές ζύμες, χαμηλού κόστους παραγωγής. Σύμφωνα με τα παραπάνω αποτελέσματα είναι φανερό ότι τα υπολείμματα κριθαριού της ζυθοποιίας αποτελούν καλό φορέα ακινητοποίησης για την παρασκευή θερμικά ξηρανθέντων βιοκαταλύτων. Για την αξιοποίηση των υγρών αποβλήτων της ζυθοποιίας έγινε ανάκτηση της ζύμης και παρασκευάστηκαν θερμικά ξηρανθέντες ακινητοποιημένοι βιοκαταλύτες με βάση το μοντέλο βιοκαταλυτών που εξετάστηκαν προηγουμένως. Οι θερμικά ξηρανθέντες βιοκαταλύτες από υγρά και στερεά απόβλητα της ζυθοποιίας χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή οίνου και ζύθου. Η δραστικότητα των βιοκαταλυτών αυτών εξαρτάται από την καθαρότητα και ζωτικότητα της απορριπτόμενης ζύμης ζυθοποιίας. Τα αποτελέσματα των επαναλαμβανόμενων ζυμώσεων γλεύκους και ζυθογλεύκους δείχνουν ότι η δραστικότητα των βιοκαταλυτών αυτών είναι υψηλή ιδιαίτερα στις πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, αντίστοιχη με εκείνη των ξηρανθέντων βιοκαταλυτών που προκύπτουν με ακινητοποίηση κυττάρων S. cerevisiae. Συνεπώς οι θερμικά ξηρανθέντες βιοκαταλύτες που παρασκευάζονται από απόβλητα της ζυθοποιίας μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αρχικές καλλιέργειες οινοποίησης και ζυθοποίησης, δίνοντας προϊόντα καλής ποιότητας. Είναι χαμηλού κόστους λόγω του σχεδόν μηδενικού κόστους της πρώτης ύλη και του χαμηλού κόστους της μεθόδου παρασκευής. Στη συνέχεια εξετάστηκε η χρήση των υπολειμμάτων κριθαριού της ζυθοποιίας για σακχαροποίηση του αμύλου από τον Aspergillus awamori, καθώς επίσης και για παραγωγή βιοαιθανόλης με συγκαλλιέργεια A. awamori- S. cerevisiae. Η μικρή περιεκτικότητα αμύλου των υπολειμμάτων κριθαριού της ζυθοποιίας έδωσε μικρές συγκεντρώσεις σακχάρου και βιοαιθανόλης. Ωστόσο η σύσταση των υπολειμμάτων εξαρτάται από πολλούς παράγοντες και γι’ αυτό υπάρχουν αναφορές για μεγαλύτερες συγκεντρώσεις αμύλου στα υπολείμματα, όπου η μέθοδός θα ήταν πιο αποδοτική. Τέλος, τα υπολείμματα κριθαριού της ζυθοποιίας χρησιμοποιήθηκαν σε ζυμώσεις στερεάς κατάστασης για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης. Εξετάστηκαν διάφοροι παράγοντες, όπως η χαμηλή θερμοκρασία, το χαμηλό pH και η συγκέντρωση του A. awamori. Παρατηρήθηκε ότι ο μικροοργανισμός, που είναι αερόβιος, αναπτύσσεται στην επιφάνεια των υπολειμμάτων. Όταν λοιπόν χρησιμοποιήθηκε πολύ λεπτό στρώμα υπολειμμάτων κριθαριού, η παραγωγή των πρωτεϊνών ήταν μεγάλη. Έτσι τα υπολείμματα κριθαριού της ζυθοποιίας μετά τον εμπλουτισμό τους σε πρωτεΐνες δίνουν ένα νέο προϊόν με προστιθέμενη αξία, που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ζωοτροφή, αφού ο μικροοργανισμός που χρησιμοποιείται, παρόλο που ανήκει στην οικογένεια Aspergillus, δεν είναι τοξικός.