Παραγωγή αρωματικών υλών από φλοιούς πορτοκαλιού με ελευθέρα και ακινητοποιημένα κύτταρα S. cerevisiae
Creators: name: Λάλου, Σοφία Χρήστου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2012
Subjects: Φλοιοί πορτοκαλιού
Αρωματικές ύλες
Ακινητοποίηση μικροβιακών κυττάρων
Orange peel
Flavour - Active Compounds
Immobilized yeast cells

description: Στην παρούσα εργασία έγινε προσπάθεια για την αξιοποίηση των φλοιών πορτοκαλιού στην παραγωγή αρωματικών υλών με τον food grade ζυμομύκητα Saccharomyces cerevisiae. Ανασταλτικός παράγοντας στην εκμετάλλευση του υποπροϊόντος αυτού είναι η παρουσία λεμονενίου, κύριου συστατικού του αιθέριου ελαίου του, με ισχυρή αντιμικροβιακή δράση. Λόγω πιθανής διαφοροποίησης της χημικής σύστασης της πρώτης ύλης, αρχικά έγινε προσαρμογή κατάλληλων πρωτοκόλλων της διεθνούς βιβλιογραφίας με σκοπό τον χαρακτηρισμό της. Οι φλοιοί του πορτοκαλιού (περιεκτικότητα σε νερό 73,49 ± 0,23 %w/w) αποδείχθηκαν ένα πλούσιο σε θρεπτικά συστατικά υπόστρωμα, ιδίως σε υδατοδιαλυτά στερεά (σάκχαρα, πηκτίνη, βιταμίνες ιχνοστοιχεία) (50,05 ± 1,15%w/w ξηρής ύλης) και πρωτεϊνικό άζωτο (12,50 ± 0,10 %w/w ξηρής ύλης). Το πτητικό κλάσμα των φλοιών πορτοκαλιού χαρακτηρίστηκε με χρήση GC/Ms και GC/FID και βρέθηκε πλούσιο σε τερπένια με κυριότερο το λεμονένιο (93,44% στο σύνολο των κυριότερων πτητικών συστατικών). Στην εργασία εξετάστηκε η επίδραση του εγκλεισμού των κυττάρων σε πλέγμα αλγινικού ασβεστίου στη βιωσιμότητα του μικροοργανισμού και στην ικανότητά του για de novo σύνθεση ή βιομετατροπή πρόδρομων ενώσεων σε επιθυμητές αρωματικές ύλες. Πραγματοποιήθηκε μία σειρά προκαταρκτικών πειραμάτων όπου έγινε ζύμωση στερεής κατάστασης σε θερμικά αποστειρωμένους και ακατέργαστους φλοιούς πορτοκαλιού, με ελεύθερα και ακινητοποιημένα κύτταρα του ζυμομύκητα. Διαπιστώθηκε η εξαιρετική ικανότητα της ακινητοποίησης στην προστασία έναντι αντιμικροβιακών παραγόντων και γηγενών μικροβιακών πληθυσμών μέσω της εκτίμησης του τελικού πληθυσμού των κυττάρων και της κατανάλωσης των σακχάρων. Με βάση τον αντικειμενικό σκοπό της εργασίας, διερευνήθηκε η ικανότητα των ελεύθερων και των ακινητοποιημένων κυττάρων να παράγουν αρωματικές ύλες με εμπορικό ενδιαφέρον σε επιλεγμένες χρονικές στιγμές (τέλος πρωτογενή (48h) και δευτερογενή (120h) μεταβολισμού). Με βάση τα αποτελέσματα των προκαταρκτικών πειραμάτων έγινε κινητική μελέτη (12, 24, 48, 72, 96 120 h) της ζύμωσης στερεής κατάστασης με τη χρήση θερμικά αποστειρωμένων φλοιών πορτοκαλιού μόνο με ελεύθερα κύτταρα και η παρακολούθηση της παραγωγής των αρωματικών υλών και της κατανάλωσης των θρεπτικών συστατικών κατά τις της ζύμωσης. Φάνηκε ότι η ζύμωση στερεής κατάστασης ευνοεί την παραγωγή οσμηρών πτητικών εστέρων με εμπορικό ενδιαφέρον σε αξιόλογες συγκεντρώσεις (mg/ kg υγρής ύλης) όπως του οξικού ισοαμυλεστέρα (48,69), εξανοϊκού αιθυλεστέρα (154,17), οκτανοϊκού αιθυλεστέρα (6,33), δεκανοϊκού αιθυλεστέρα (9,31), του οξικού φαινυλαιθυλεστέρα (4,61) και του δωδεκανοϊκού αιθυλεστέρα (25,21). Παράλληλα, για την πλήρη εκμετάλλευση των θρεπτικών συστατικών των φλοιών πορτοκαλιού, έγινε ζύμωση βυθού στο προϊόν που προέκυψε μετά από κατεργασία των φλοιών με αραιό θειικό οξύ, με χρήση τόσο ελεύθερων όσο και ακινητοποιημένων κυττάρων του ζυμομύκητα. Το προϊόν όξινης κατεργασίας βρέθηκε να είναι πλούσιο σε θρεπτικά συστατικά με περιεκτικότητα σε σάκχαρα που ανέρχονταν στα 73,13 ± 2,22 %w/w. Η περιεκτικότητα του σε πρωτεΐνη δεν μεταβλήθηκε σε σχέση με την πρώτη ύλη. Χαρακτηρίστηκε επίσης η σύσταση του σε πτητικά συστατικά, η οποία διέφερε αρκετά από αυτή των φλοιών πορτοκαλιού (μειωμένη περιεκτικότητα σε λεμονένιο και εμφάνιση προϊόντων υδρόλυσης με αντιμικροβιακή δράση όπως η υδροξυμεθυλοφουρφουράλη, το οξικό οξύ και η φουρφουράλη). Επιβεβαιώθηκε και σε αυτήν την περίπτωση η προστασία που παρέχει η ακινητοποίηση στα κύτταρα έναντι των αντιμικροβιακών παραγόντων. Στην ζύμωση βυθού τα ακινητοποιημένα κύτταρα επέδειξαν ικανότητα de novo σύνθεσης των εστέρων- στόχων σε επίπεδα σχεδόν ανάλογα με αυτά της στερεής ζύμωσης.
description: The aim of the present work was the valorization of an agro-industrial waste, orange peel, for the production of flavour-active compounds by the food grade yeast Saccharomyces cerevisiae. The main obstacle in the utilization of this waste via yeast is the presence of D-limonene in the peel oil, a component with high antimicrobial activity. To achieve our goal, at the first stage it was considered useful to characterize the compositions of orange peel. The raw material was found rich in fermentable sugars and insoluble polysaccharides which makes it suitable for solid state fermentation. Immobilized cell technology by encapsulating yeast cells in alginate calcium beads was used for investigating the viability of cells in the presence of high levels of limonene and their ability to produce flavour-active compounds via de novo synthesis or biotransformation of precursors. In preliminary experiments, solid state fermentation of autoclaved and untreated orange peels with free and immobilized cells was conducted. In order to fully exploit the waste, the orange peel was treated by acid and this hydrolysate was subjected to submerged fermentation with the use of free and immobilized cells. To evaluate the production of aroma compounds the main components of the volatile fraction of the substrate before and at the end of the different fermentation processes were characterized by GC/MS and GC/FID. In all cases, the fermentation ability of the cells was monitored at short intervals with the use of colony forming units method, residual sugars and protein estimation. The protective effect of immobilization was confirmed by the better growth performance of encapsulated cells compared to free cells. Immobilized cells were found to have a higher ability for de novo synthesis of isoamyl acetate, phenylethyl acetate and ethyl esters (hexanoate, octanoate, decanoate, dodecanoate) in submerged fermentation of hydrolysate. This was not the case of solid state fermentation, where free cells were found to produce higher amounts of the above compound.