Επίδραση συνθηκών στο ρυθμό πρόσληψης λακτόζης από το kefir στη ζύμωση τυρογάλακτος με χρήση 14C-επισημασμένης λακτόζης
Authors: Γκολφινόπουλος Αριστείδης 
Published: August 2021

Η διατριβή αυτή μελετά τη σχέση μεταξύ της ζυμωτικής ικανότητας του κεφίρ και του ρυθμού πρόσληψης της λακτόζης από αυτό. Αυτή η σχέση εξετάστηκε σε ένα σύστημα ζυμώσεων συνθετικών μέσων λακτόζης με κεφίρ όπου δηλαδή συμμετέχουν ταυτόχρονα και ζύμες και βακτήρια. Ο ρυθμός πρόσληψης της λακτόζης από το κεφίρ παρακολουθήθηκε με την χρήση 14C-λακτόζης και εξετάστηκε η επίδραση της συγκέντρωσης λακτόζης, της θερμοκρασίας, του pH και της συγκέντρωσης βιομάζας σε αυτόν. Τα αποτελέσματα έδειξαν αύξηση του ρυθμού πρόσληψης της λακτόζης από το κεφίρ στις χαμηλότερες συγκεντρώσεις κυττάρων οδηγώντας στο συμπέρασμα ότι η αύξηση στο ρυθμό της ζύμωσης, που παρατηρείται από ακινητοποιημένα κύτταρα, μπορεί να οφείλεται επίσης και στις χαμηλότερες συγκεντρώσεις των κυττάρων στην επιφάνεια του υποστρώματος ή του προωθητή. Επιπλέον, φαίνεται ότι η επίδραση του pH στις βιοχημικές αντιδράσεις, οι οποίες πραγματοποιούνται από ενδοκυτταρικά ένζυμα, οφείλονται και στην επηρεασμό του ρυθμού πρόσληψης της λακτόζης εκτός της δραστικότητας των ενζύμων. Αυτά τα αποτελέσματα χρησιμοποιήθηκαν για να μελετηθούν οι συνθήκες της μετατροπής του τυρογάλακτος από το κεφίρ σε χρήσιμα προϊόντα. Το τυρόγαλα αποτελείται από πρωτεΐνες, λίπος και κυρίως από υδατάνθρακες (λακτόζη 5%) και συνιστά για την Ελλάδα ένα σημαντικό περιβαλλοντικό ρύπο. Εξαιτίας του γεγονότος ότι ο ρυθμός της ζύμωσης της λακτόζης εξαρτάται από το ρυθμό πρόσληψης αυτής από το κεφίρ στη διατριβή προσδιορίσθηκε η επίδραση της θερμοκρασίας, του pH και της συγκέντρωσης της βιομάζας στο ρυθμό πρόσληψης της λακτόζης κατά την διάρκεια της ζύμωσης του τυρογάλακτος με κεφίρ χρησιμοποιώντας 14C-λακτόζη. Η διατριβή αυτή μελετά τη σχέση μεταξύ της ζυμωτικής ικανότητας του κεφίρ και του ρυθμού πρόσληψης της λακτόζης από αυτό. Αυτή η σχέση εξετάστηκε σε ένα σύστημα ζυμώσεων συνθετικών μέσων λακτόζης με κεφίρ όπου δηλαδή συμμετέχουν ταυτόχρονα και ζύμες και βακτήρια. Ο ρυθμός πρόσληψης της λακτόζης από το κεφίρ παρακολουθήθηκε με την χρήση 14C-λακτόζης και εξετάστηκε η επίδραση της συγκέντρωσης λακτόζης, της θερμοκρασίας, του pH και της συγκέντρωσης βιομάζας σε αυτόν. Τα αποτελέσματα έδειξαν αύξηση του ρυθμού πρόσληψης της λακτόζης από το κεφίρ στις χαμηλότερες συγκεντρώσεις κυττάρων οδηγώντας στο συμπέρασμα ότι η αύξηση στο ρυθμό της ζύμωσης, που παρατηρείται από ακινητοποιημένα κύτταρα, μπορεί να οφείλεται επίσης και στις χαμηλότερες συγκεντρώσεις των κυττάρων στην επιφάνεια του υποστρώματος ή του προωθητή. Επιπλέον, φαίνεται ότι η επίδραση του pH στις βιοχημικές αντιδράσεις, οι οποίες πραγματοποιούνται από ενδοκυτταρικά ένζυμα, οφείλονται και στην επηρεασμό του ρυθμού πρόσληψης της λακτόζης εκτός της δραστικότητας των ενζύμων. Αυτά τα αποτελέσματα χρησιμοποιήθηκαν για να μελετηθούν οι συνθήκες της μετατροπής του τυρογάλακτος από το κεφίρ σε χρήσιμα προϊόντα. Το τυρόγαλα αποτελείται από πρωτεΐνες, λίπος και κυρίως από υδατάνθρακες (λακτόζη 5%) και συνιστά για την Ελλάδα ένα σημαντικό περιβαλλοντικό ρύπο. Εξαιτίας του γεγονότος ότι ο ρυθμός της ζύμωσης της λακτόζης εξαρτάται από το ρυθμό πρόσληψης αυτής από το κεφίρ στη διατριβή προσδιορίσθηκε η επίδραση της θερμοκρασίας, του pH και της συγκέντρωσης της βιομάζας στο ρυθμό πρόσληψης της λακτόζης κατά την διάρκεια της ζύμωσης του τυρογάλακτος με κεφίρ χρησιμοποιώντας 14C-λακτόζη. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο υψηλότερος ρυθμός πρόσληψης της λακτόζης από το κεφίρ παρατηρήθηκε σε pH 5,5 θερμοκρασία 30 0C και συγκέντρωση κυττάρων 40 g/L. Επίσης, στις ίδιες συνθήκες παρατηρήθηκε η μεγαλύτερη παραγωγικότητα και συγκέντρωση της αιθανόλης. Έτσι, είναι φανερό ότι η καλλιέργεια του κεφίρ είναι κατάλληλη για τη ζύμωση του τυρογάλακτος με σκοπό να μειωθεί το ρυπαντικό του φορτίο και να παραχθούν χρήσιμα προϊόντα όπως η αιθανόλη. Περαιτέρω μελετήθηκε ο ρυθμός πρόσληψης της λακτόζης από κύτταρα κεφίρ ακινητοποιημένα σε σωληνωτή κυτταρίνη και γλουτένη κατά την διάρκεια της ζύμωσης συνθετικών μέσων λακτόζης και τυρογάλακτος χρησιμοποιώντας 14C-λακτόζη.Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι σε όλες τις περιπτώσεις ο ρυθμός πρόσληψης της λακτόζης ήταν συσχετισμένος με τον ρυθμό της ζύμωσης και ότι οι κινητικές παράμετροι ήταν βελτιωμένοι όταν το κεφίρ ήταν ακινητοποιημένο σε σωληνωτή κυτταρίνη. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα οι ζυμώσεις αυτές να γίνονται δύο φορές γρηγορότερα σε σχέση με τις ζυμώσεις με κεφίρ ακινητοποιημένο σε γλουτένη. Αυτό πιθανόν οφείλεται στο σύμπλεγμα και στους δεσμούς υδρογόνου που σχηματίζονται μεταξύ της κυτταρίνης και των αναστολέων της ζύμωσης, όπως το ασβέστιο και το παραγόμενο γαλακτικό οξύ και τα οποία με αυτό τον τρόπο εγκαταλείπουν το υγρό της ζύμωσης. Ο αντίκτυπος από αυτά τα ευρήματα στην έρευνα και στην ανάπτυξη είναι: (i) εφαρμογή της προωθητικής αυτής ικανότητας των φορέων ακινητοποίησης στην ζύμωση του τυρογάλακτος, ii) την ανάπτυξη του ερευνητικού προγράμματος για τη μελέτη βιοχημικών διεργασιών με την παρουσία προωθητικών βιοπολυμερών, (iii) τη χρήση των βιοπολυμερών για την παραγωγή νέων νάνο-και μικρο-υλικών και (iv ) ανάπτυξη Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο υψηλότερος ρυθμός πρόσληψης της λακτόζης από το κεφίρ παρατηρήθηκε σε pH 5,5 θερμοκρασία 30 0C και συγκέντρωση κυττάρων 40 g/L. Επίσης, στις ίδιες συνθήκες παρατηρήθηκε η μεγαλύτερη παραγωγικότητα και συγκέντρωση της αιθανόλης. Έτσι, είναι φανερό ότι η καλλιέργεια του κεφίρ είναι κατάλληλη για τη ζύμωση του τυρογάλακτος με σκοπό να μειωθεί το ρυπαντικό του φορτίο και να παραχθούν χρήσιμα προϊόντα όπως η αιθανόλη. Περαιτέρω μελετήθηκε ο ρυθμός πρόσληψης της λακτόζης από κύτταρα κεφίρ ακινητοποιημένα σε σωληνωτή κυτταρίνη και γλουτένη κατά την διάρκεια της ζύμωσης συνθετικών μέσων λακτόζης και τυρογάλακτος χρησιμοποιώντας 14C-λακτόζη.Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι σε όλες τις περιπτώσεις ο ρυθμός πρόσληψης της λακτόζης ήταν συσχετισμένος με τον ρυθμό της ζύμωσης και ότι οι κινητικές παράμετροι ήταν βελτιωμένοι όταν το κεφίρ ήταν ακινητοποιημένο σε σωληνωτή κυτταρίνη. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα οι ζυμώσεις αυτές να γίνονται δύο φορές γρηγορότερα σε σχέση με τις ζυμώσεις με κεφίρ ακινητοποιημένο σε γλουτένη. Αυτό πιθανόν οφείλεται στο σύμπλεγμα και στους δεσμούς υδρογόνου που σχηματίζονται μεταξύ της κυτταρίνης και των αναστολέων της ζύμωσης, όπως το ασβέστιο και το παραγόμενο γαλακτικό οξύ και τα οποία με αυτό τον τρόπο εγκαταλείπουν το υγρό της ζύμωσης. Ο αντίκτυπος από αυτά τα ευρήματα στην έρευνα και στην ανάπτυξη είναι: (i) εφαρμογή της προωθητικής αυτής ικανότητας των φορέων ακινητοποίησης στην ζύμωση του τυρογάλακτος, ii) την ανάπτυξη του ερευνητικού προγράμματος για τη μελέτη βιοχημικών διεργασιών με την παρουσία προωθητικών βιοπολυμερών, (iii) τη χρήση των βιοπολυμερών για την παραγωγή νέων νάνο-και μικρο-υλικών και (iv ) ανάπτυξη νέων μεθόδων για την παραγωγή νάνο-και μικρο-σωλήνων από βιοπολυμερή.