Διερεύνηση των δυνατοτήτων αξιοποίησης των στερεών υποπροϊόντων και υπολειμμάτων που προκύπτουν από βιομηχανίες παραγωγής και τυποποίησης ορύζης και οσπρίων

Abstract

Η παρούσα πτυχιακή μελέτη έχει ως σκοπό τη διερεύνηση μέσω βιβλιογραφικής έρευνας των δυνατοτήτων περαιτέρω αξιοποίησης των υποπροϊόντων που προκύπτουν από τις γραμμές παραγωγής βιομηχανιών επεξεργασίας και τυποποίησης ορύζης και οσπρίων, με έμφαση στη χρήση προηγμένων βιοτεχνολογικών μεθόδων, με τελικό στόχο την αύξηση της εμπορικής τους αξίας. Αρχικά θα παρουσιαστούν τα διάφορα εμπορεύσιμα προϊόντα και τα διαγράμματα ροής σε μια τυπική βιομηχανία τυποποίησης ορύζης και οσπρίων, τα οποία σε συνδυασμό δικαιολογούν την ύπαρξη των διαφόρων κατηγοριών υποπροϊόντων, τα οποία και θα περιγραφούν λεπτομερώς. Μέχρι και σήμερα το μεγαλύτερο μέρος των υποπροϊόντων αυτών διατίθεται ως ζωοτροφή με χαμηλό κέρδος για την εταιρεία ενώ το υπόλοιπο (χώμα, πέτρες, κλαδιά, φύλλα κ.α) θεωρείται μη εκμεταλλεύσιμο εμπορικά. Στη συνέχεια χρησιμοποιώντας τη βάση δεδομένων του United States Department of Agriculture (USDA), περιγράφεται η χημική σύσταση ως προς τις πρωτεΐνες, τα σάκχαρα, τα λιπίδια, τις διαιτητικές ίνες, τα ιχνοστοιχεία κλπ. όλων των υποπροϊόντων ενδιαφέροντος. Αυτός ο χημικός χαρακτηρισμός επιτρέπει την κατηγοριοποίησή τους σε υποπροϊόντα πλούσια σε πρωτεΐνες, άλλα πλούσια σε υδατάνθρακες, σε λιπίδια κλπ. και κατ’ επέκταση τον εντοπισμό της ιδανικότερης και πιο αξιόλογης μεθόδου για την αξιοποίησή τους συνυπολογίζοντας και το οικονομικό-εμπορικό κόστος εγκατάστασης αυτής σε μεγάλη κλίμακα καθώς και την απόδοσή της. Τα διάφορα υποπροϊόντα δύνανται να αξιοποιηθούν μέσω της μικροβιακής τεχνολογίας είτε μέσω στερεών είτε μέσω υγρών ζυμώσεων. Θα υπάρξει συνεπώς αναφορά στην τεχνική «SOLID STATE FERMENTATION» (SSF, ζύμωση στερεάς κατάστασης) η οποία ορίζεται ως εκείνη η διαδικασία ζύμωσης κατά την οποία μικροοργανισμοί και κυρίως μύκητες αναπτύσσονται σε στερεά υποστρώματα χωρίς την παρουσία ελεύθερου υγρού όπως στην «SUBMURGED FERMENTATION» (SmF, υγρή ζύμωση), η οποία πραγματοποιείται όταν τα διάφορα υλικά της ζύμωσης βρίσκονται εν διαλύσει σε νερό. Στη συγκεκριμένη μελέτη και δοθείσης της στερεής κατάστασης των υποπροϊόντων, επιλέχτηκε η διερεύνηση της αξιοποίησης των υποπροϊόντων της παραγωγής της εν λόγω εταιρείας με την SSF, γιατί είναι η ιδανική μέθοδος για την επεξεργασία στερεών υποπροϊόντων-αποβλήτων, γιατί έχει μεγαλύτερη απόδοση σε βιοπροϊόντα τα οποία παρουσιάζουν μεγαλύτερη σταθερότητα σε σύγκριση με αυτά της SmF, όπως είναι γενικά αποδεκτό από την υπάρχουσα βιβλιογραφία και τέλος γιατί κοστίζει λιγότερο σε εργασία, χρόνο και αναλώσιμα ενώ παράλληλα είναι φιλική προς το περιβάλλον από τη στιγμή που έχει μικρότερη παραγωγή λυμάτων και ελαχιστοποίηση των απορριμμάτων. Το τελευταίο κεφάλαιο της πτυχιακής αυτής εργασίας κάνει ιδιαίτερη αναφορά σε εκείνα τα υποπροϊόντα που προκύπτουν από τη γραμμή παραγωγής και είναι πλούσια σε κύτταρίνες και ημικυτταρίνες και άρα αποτελούν ένα πολύ καλό υπόστρωμα για την καλλιέργεια μανιταριών. Πράγματι, μεταξύ των διαφόρων εφαρμογών της SSF η καλλιέργεια μανιταριών απέδειξε το οικονομικό δυναμικό, την προσθήκη αξίας και την οικολογική της σημασία στη βιομετατροπή των αγροτο-βιομηχανικών υπολειμμάτων προς προϊόντα και μυκηλιακή μάζα, ενδεχομένως πολύ υψηλής αξίας.

This dissertation study aims to explore, by reviewing the existing literature, the potential of further utilization, mostly through the use of advanced biotechnological methods, of the by-products that arise from the production lines of the industries that process rice and pulses, with the ultimate aim of increasing their commercial value. Initially, the various commercial products and flowcharts in a typical rice and pulses processing industry will be presented, which in combination can justify the existence of the different categories of by-products, which on their turn will be described in detail. Up to date, the majority of these products is sold as feedstock with low profit for this type of companies while the remainder (soil, stones, branches, leaves, etc.) is considered non- exploitable commercially. Then, the database of the United States Department of Agriculture (USDA) is used as the main source of information, for the disclosure of the chemical composition, of all the by-products of interest, in terms of proteins, sugars, lipids, dietary fibers, oligominerals, etc. This chemical characterization permits the categorization of the above, into products rich in proteins, others rich in carbohydrates, lipids, etc. and therefore allowing us to identify the most appropriate-ideal method for their further exploitation, taking into account at the same time the financial-commercial cost of the installation of the method in question in large scale and its performance. The various products can be exploited via microbial technology either through solid or through liquid fermentations. It will be done, therefore, a reference in the laboratory technique «SOLID STATE FERMENTATION» (SSF, solid state fermentation) which is defined as the fermentation process in which microorganisms, particularly fungi grow on solid supports without the presence of free liquid such as in «SUBMURGED FERMENTATION» (SmF liquid fermentation), which takes place when the different ingredients of the fermentation are dissolved in water. In this study and given the solid state of the by-products of interest, it was chosen to investigate their further exploitation with the SSF method, because it is the ideal method for the treatment of solid waste-products and because as it is generally accepted by the existing literature it has higher efficiency in bio-products which are characterized by greater stability in comparison to those of SmF, and finally because it costs less in labor, time and consumables, as well as being environmentally friendly since it has less production of liquid and solid wastes. The last chapter of this dissertation is dedicated to those by-products arising from the production line that are rich in cellulose and hemicelluloses and thus represent a very good substrate for growing mushrooms. Indeed, among the various applications of SSF the mushroom cultivation demonstrated the economic potential, adding value and ecological importance in the biotransformation of agro-industrial residues towards products and mycelial mass, of potentially very high value.