Παραγωγή βακτηριακής κυτταρίνης από υποπροϊόντα οινοποιίας και ζυθοποιίας
Authors: Καραμπίνη Χαρούλα 
Published: March 2024

Ο τομέας τροφίμων είναι υπεύθυνος για τη δημιουργία τεράστιας ποσότητας απορριμμάτων και υποπροϊόντων, που εκτιμάται περίπου 95 έως 98 εκατομμύρια τόνοι ετησίως. Συγκεκριμένα οι οινολάσπες, που αποτελούν το 2 με 6% του συνολικού όγκου του οίνου, είναι πλούσιες σε αιθανόλη, τρυγικό οξύ, κύτταρα ζύμης, σύμπλοκα πολυσακχαριτών, πολυφαινόλες και ανόργανη ύλη. Το συγκεκριμένο απόβλητο αποτελεί πρόκληση για τις χώρες όπου η οινοποίηση κατέχει καίρια θέση στην οικονομία τους, καθώς η αποτελεσματική διαχείριση και αξιοποίηση του, είναι υψίστης σημασίας. Ο συνολικός όγκος οινολάσπης που παρήχθη παγκοσμίως το 2023, ανέρχεται στα 10,32 εκατομμύρια εκατόλιτρα. Ο στόχος της συγκεκριμένης διατριβής είναι η ενδελεχή μελέτη της δυνατότητας του βακτηριακού στελέχους Komagataeibacter sucrofermentans DSM 15973 να συνθέσει βακτηριακή κυτταρίνη αξιοποιώντας ως υπόστρωμα άνθρακα τα υποπροϊόντα εννιά διαφορετικών ελληνικών ερυθρών και λευκών ποικιλιών στεμφύλων καθώς και τα υποπροϊόντα ζυθοποιίας. Μέσω προσεκτικά ελεγχόμενων ζυμώσεων διαλειπόντος έργου, που διεξήχθησαν σε μέσο καλλιέργειας Hestrin-Schramm (HS-γλυκόζη) ως βάση, διατηρήθηκε σταθερή η συγκέντρωση σακχάρου 20 g/L και το επίπεδο συγκέντρωσης αζώτου σε αμινοξέα και πεπτίδια, ειδικά στις ελεύθερες αμινομάδες, στα 385 χιλιοστόγραμμα ανά λίτρο. Στο αρχικό στάδιο, μελετήθηκαν οι εμπορικοί μονοσακχαρίτες, γλυκόζη, φρουκτόζη, γαλακτόζη, του δισακχαρίτη λακτόζη, και η δυνατότητά τους στη σύνθεση βακτηριακής κυτταρίνης. Ο πρωταρχικός στόχος κατά τη διάρκεια αυτής της κρίσιμης φάσης ήταν να προσδιοριστεί η αποτελεσματικότερη πηγή άνθρακα που θα μπορούσε να μεταβολιστεί επαρκώς από το μικροβιακό στέλεχος. Μετά από προσεκτική ανάλυση, διαπιστώθηκε ότι το υπόστρωμα γλυκόζης επέδειξε τη μεγαλύτερη απόδοση σε σύγκριση με τα υπόλοιπα εμπορικά διαθέσιμα σάκχαρα. Στο δεύτερο μέρος της πειραματικής μελέτης, εξετάστηκε ο αντίκτυπος έξι διαφορετικών αναλογιών άνθρακα – άζωτο, σε αλεσμένους κόκκους ζυθοποιίας (BSG), ως προς την ποσότητα της παραγομένης βακτηριακής κυτταρίνης. Η αναλογία C/FAN=32,8 παρουσίασε τη μέγιστη παραγωγή του βιοπολυμερούς και την εξάρτηση της διαθεσιμότητας άνθρακα και αζώτου. Αξιοσημείωτο είναι ότι τη 13η ημέρα της ζύμωσης, επιτεύχθηκε η υψηλότερη συγκέντρωση βακτηριακής κυτταρίνης με τιμή 1,79 g/L, και η κατανάλωση σακχάρου άγγιξε το ποσοστό των 82%.Η ρύθμιση του pH είναι ο κρισιμότερος παράγοντας ελέγχου της οξειδωτικής ζύμωσης της σύνθεσης της βακτηριακής κυτταρίνης (BC). Για την επιτυχή παραγωγή BC, είναι απαραίτητη η σταθεροποίηση του pH σε ελαφρώς όξινες ή σχεδόν ουδέτερες τιμές. Για αυτό το λόγο στο τρίτο μέρος μελετήθηκε η απόδοση της βακτηριακής κυτταρίνης σε διαφορετικό εύρος τιμών pH που κυμαίνονταν από 3 έως 8 και διαπιστώθηκε πως η τιμή pH=5 δημιουργεί τις βέλτιστες συνθήκες για την ανάπτυξη μικροοργανισμών και τη ζύμωση των σακχάρων για την παραγωγή βακτηριακής κυτταρίνης και είχε ως αποτέλεσμα την υψηλότερη απόδοση και παραγωγικότητα. Πιο συγκεκριμένα το φιλμ που προέκυψε παρουσίασε συμπαγή δομή και διατήρησε την αδιαφάνειά του ακόμη και μετά τη διαδικασία ξήρανσης. Στο τέλος της ζύμωσης, ο μικροοργανισμός είχε καταναλώσει σημαντικό ποσό του ελεύθερου αζώτου της αμινομάδας, και κατέγραψε απόδοση 0,13 (g/g).Τελικά μετά από εκτεταμένη έρευνα, διαπιστώθηκε ότι η παραγωγή βακτηριακής κυτταρίνης στα υποπροϊόντα της οινοποίησης επηρεάζεται κυρίως από το pH των υποπροϊόντων και το είδος σταφυλιού που χρησιμοποιήθηκε. Κατά την ανάλυση των δεδομένων που συλλέχθηκαν, παρατηρήθηκε ότι υπήρξε σταθερή κατανάλωση σακχάρων στις δημοφιλείς ερυθρές ποικιλίες Cabernet Sauvignon, Merlot και Ξινόμαυρο που διέθεταν pH μεταξύ του 5,1 και 5,4. Αξιοσημείωτο είναι ότι η χρήση σακχάρων σε αυτό το εύρος pH παρουσίασε εξαιρετικά υψηλά ποσοστά, που κυμαίνονταν από 81% έως 83%. Επιπλέον, τα επίπεδα αζώτου παρουσίασαν σημαντική μείωση κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ζύμωσης, η οποία τελικά οδήγησε στο σχηματισμό σταθερών μεμβρανών.