Μείωση ρυπαντικών παραμέτρων υγρών αποβλήτων ελαιουργείων μέσω της αξιοποίησης του ενζυμικού δυναμικού του βασιδιομύκητα Abortiporus biennis

Abstract

Τα απόβλητα που παράγονται κατά την εξαγωγή του ελαιολάδου αποτελούν μείζον περιβαλλοντικό πρόβλημα για τις περιοχές γύρω από την Μεσόγειο όπου βρίσκεται το κέντρο καλλιέργειας του είδους Olea europea. Οι λόγοι που καθιστούν τα υγρά απόβλητα ελαιοτριβείων (Υ.Α.Ε.) δύσκολα στη διαχείρισή τους. είναι η τοξικότητά, ο μεγάλος όγκος και οι πολλές και διάσπαρτες ελαιουργικές μονάδες. Στη χώρα μας, μέχρι σήμερα, συνήθως τα Υ.Α.Ε. εναποθέτονται σε υδάτινους ή χερσαίους αποδέκτες ή λιγότερο συχνά σε δεξαμενές ώστε να εξατμιστούν μέσω της ηλιακής ακτινοβολίας. Οι τρόποι αυτοί δεν θεωρούνται αποτελεσματικοί και κατ’ επέκταση φιλικοί στο περιβάλλον. Η έρευνα γύρω από τη διαχείριση του συγκεκριμένου είδους αποβλήτου είναι εκτενής και αναφέρεται τόσο σε φυσικοχημικές όσο και σε βιολογικές προσεγγίσεις. Στις τελευταίες ανήκει και η χρήση μυκήτων λευκής σήψης οι οποίοι χρησιμοποιούνται και για την διαχείριση-αποτοξικοποίηση άλλων αγρο-βιομηχανικών αποβλήτων. Η δράση τους οφείλεται σε λιγνολυτικά ένζυμα που παράγουν εξωκυτταρικά, τα οποία είναι ικανά να αποδομήσουν το σύνθετο μόριο της λιγνίνης αλλά και μεγάλο εύρος ξενοβιοτικών ενώσεων ανάλογης σύστασης. Το αρχικό σκέλος του πειράματος, αφορούσε στην μείωσης του ρυπαντικού φορτίου των Υ.Α.Ε. με τη χρήση επιλεγμένου στελέχους βασιδιομύκητα του είδους Abortiporus biennis και τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας μέσω της προσθήκης διαφόρων συγκεντρώσεων αζώτου και μετάλλων-συνενζύμων στο υπόστρωμα ανάπτυξης. Η διάρκεια της επώασης ήταν 35 ημέρες σε 27οC υπό συνθήκες συνεχούς ανάδευσης. Από αυτή τη διαδικασία η μείωση των φαινολικών έφτασε το 91,5% και ο αποχρωματισμός ξεπέρασε το 50% σε σχέση με τον μάρτυρα. Κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης του μύκητα μετρήθηκε επίσης η ενεργότητα των ενζύμων, λακκάση, υπεροξειδάση εξαρτημένη του Mn και υπεροξειδάση ανεξάρτητη του Mn ενώ επίσης εξετάστηκε και η παραγωγή των ενζύμων υπεροξειδάση της λιγνίνης και οξειδάση της βερατρύλ-αλκοόλης (χωρίς όμως να ανιχνευτεί η παρουσία τους). Η παραγωγή τους φάνηκε να επηρεάζεται από την προσθήκη αζώτου και μετάλλων. Την τελευταία μέρα (35η) των μετρήσεων οι ενεργότητες των ενζύμων ήταν κατά κύριο λόγο χαμηλές. Την ίδια μέρα, η μείωση των φαινολικών συνέχιζε να βαίνει αυξανόμενη ενώ ο αποχρωματισμός είχε σταματήσει. Με το πέρας των 35 ημερών, μετρήθηκαν η βιομάζα του μύκητα, το pH, η αγωγιμότητα και η μείωση της φυτοτοξικότητας των Υ.Α.Ε. μέσω της μέτρησης του δείκτη βλαστικότητας σπόρων φυτών μαρουλιού. Ειδικότερα η βιομάζα ήταν μεγαλύτερη στην επέμβαση όπου είχαν προστεθεί οι υψηλότερες συγκεντρώσεις τόσο αζώτου (3,2 g/L) όσο και μετάλλων (16 mg/L). Παρά τη σημαντική μείωση των ολικών φαινολικών και την υψηλή παραγωγικότητα βιομάζας, η φυτοτοξικότητα του αποβλήτου δεν μειώθηκε σημαντικά. Στο δεύτερο σκέλος του πειράματος παραλαμβανόταν κάθε εβδομάδα (δηλαδή μετά την έλευση 7, 14, 21, 28 και 35 ημερών) υγρό από το μέσω καλλιέργειας του μύκητα το οποίο προστέθηκε σε διαλύματα μη αποστειρωμένου Υ.Α.Ε. (25% v/v). Ακολούθησε επώασή τους υπό συνεχή ανακίνηση στους 37οC και λαμβάνονταν μετρήσεις κάθε 4, 24 και 48 h από τις οποίες διαπιστώθηκε ότι το φαινολικό φορτίο μειώθηκε μέχρι και 53,6% (από δείγμα που λήφθηκε μετά την ολοκλήρωση της 3ης εβδομάδας ανάπτυξης του μύκητα) ενώ το χρώμα έως και 23,4% (από δείγμα που λήφθηκε μετά την ολοκλήρωση της 1ης εβδομάδας). Συμπερασματικά φαίνεται πως όχι μόνο η αποτοξικοποίηση των Υ.Α.Ε. είναι δυνατή με την καλλιέργειας του είδους A. biennis αλλά, σε ένα βαθμό, και μέσω της χρήσης του υγρού μέσου καλλιέργειας μετά την ανάπτυξη του μύκητα. Επιπλέον, επιβεβαιώνεται η επίδραση των λιγνολυτικών ενζύμων του A. biennis στη μείωση των φαινολικών ενώσεων και στον αποχρωματισμό των ΥΑΕ. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η περαιτέρω εκτενέστερη μελέτη της χρήσης υγρού μέσου καλλιέργειας επιλεγμένων μυκήτων λευκής σήψης στην αποτοξικοποίηση των Υ.Α.Ε. και η εν γένει βελτιστοποίηση της συγκεκριμένης μεθόδου βιοεπεξεργασίας.

Olive-mill-wastewater (OMW) is the main by-product of the olive oil extraction process, and it is considered as a major pollution factor especially in the Mediterranean basin where most of olive tree cultivaton takes place. Treatment of OMW is particularly difficult because of its huge volume of producton within a limited time period, its high organic content and the large number and scattered distribution of olive oil mills. To date, no method of OMW treatment or disposal has been widely adopded in Greece; hence, large quantities of this effluent are still led either to soil or water receptors, and to lesser degree to open evaporation ponds. The use of efficient and environmentally friendly methodologies based on physicochemical and/or biological approaches could provide viable solutions. The use of white rot fungi (WRF) for the treatment for several agro-industrial effluents is gaining in popularity thanks to the ligninolytic enzymes they excrete. These enzymes are able to degrade not only lignin but also other recalcitrant molecules of similar structure. The first part of the experiments focused on the study of the effect that the growth of Abortiporus biennis (phylum Basidiomycota) in OMW (25% v/v) had on the total phenolic content, decolorization and phytotoxisity of the effluent when supplemented with nitrogen and co-enzymes (Cu & Mn). The cultures were maintained for 35 days under a continuous agitation regime at 27oC. Every week, measurements of the total phenolic content, decolorization and lignolytic enzyme activities were taking place. The maximum phenolic reduction was 91.5% and decolorization over 50%. The enzymes measured were laccase, MnP and MnIP, while the presence of LiP and VaOX was not detected. The enzyme activity was affected either positively either negatively by the presence of nitrogen, manganese and copper. The final day of measurements, the activity of laccase, MnP and MnIP was rather low. Moreover, at the end of the incubation period (35 days), the fungal biomass, pH, electrical conductivity and germination index of lettuce seeds were estimated. The largest fungal biomass was recorded in the OMW medium with the highest concetrations of nitrogen and metals. Despite the relatively large biomass production and the high level of phenolic degradation, the phytotoxicity did not seem to improve significantly. The second part of the experiments focused on the assessment of the effect of the liquid culture medium (obtained after 7, 14, 21, 28 and 35 days of A. biennis growth in OMW) on raw OMW (25% v/v), which was further subjected to incubation under agitation for 4, 24 and 48 h at 37oC. The maximum reduction of total phenolic content was 53.6% (with liquid culture medium obtained after 21 days od fungal growth), whereas the decolorization was reached the 23.4% (with liquid culture medium obtained after 7 days of fungal growth). In conclusion, not only A. biennis comfims its ability to degrade OMW, but also its growth medium has similar effects. Furthermore, the excretion of lignolytic enzymes related to reduction of phenolic content and decolorization of OMW. These experiments could be a motivation to investigate the mode of action of growth medium extract and if it would contitude an alternative OMW treatment method.