Αξιοποίηση αποβλήτων ζυθοποιίας για την ανάπτυξη βιοδιυλιστηρίου και την παραγωγή προϊόντων προστιθέμενης αξίας

Abstract

Η μελέτη αποβλέπει στην δημιουργία βιοδιυλιστηρίου μέσω της αξιοποίησης αποβλήτων ζυθοποιίας που παράγονται καθημερινά σε μεγάλες πόσοτητες και παραγωγή προϊόντων προστιθέμενης αξίας με την χρήση μικροοργανισμού. Ειδικότερα, σκοπός της μελέτης είναι η παραγωγή μικροβιακού λίπους, αξιοποιώντας τα υπολείμματα βύνης μέσω ζύμωσης με τη χρήση του μικροοργανισμού Lipomyces starkeyi. Ακόμα, προσδιορίστηκε η σύσταση των αποβλήτων σε πρωτεΐνη, λιπίδια και αντιοξειδωτικά και ακολούθησε η εξαγωγή τους. Αρχικά, έχοντας στόχο την δημιουργία ενός βιοδιυλιστηρίου, πραγματοποιήθηκε η εκχύλιση των συστατικών προστιθέμενης αξίας από το απόβλητο όπως τα αντιοξειδωτικά, οι πρωτεΐνες και τα λιπίδια. Για τη βέλτιστη εκχύλιση των αντιοξειδωτικών χρησιμοποιήθηκε υδατόλουτρο υπερήχων και διάλυμα EtOH-HCl. Όσον αφορά στην παραλαβή των πρωτεϊνών, αυτή έγινε με την κατακρήμνιση τους ρυθμίζοντας το pH στο ισοηλεκτρικό τους σημείο και τέλος η εκχύλιση λίπους έγινε με τη μέθοδο Soxhlet χρησιμοποιόντας ως διαλύτη το εξάνιο. Το υπολειπόμενο στερεό, αφού υδρολύθηκε χημικά και ενζυμικά, έδωσε ένα κλάσμα πλούσιο σε σάκχαρα, που αποτέλεσε το υπόστρωμα για τη μικροβιακή ζύμωση ώστε να παραχθεί το επιθυμητό προϊόν. Απαραίτητη για την διεξαγωγή της ζύμωσης ήταν η καλλιέργεια του μικροοργανισμού Lipomyces starkeyi σε διάλυμα σακχάρων μέχρι τη λογαριθμική του φάση. Η ζύμωση πραγματοποιήθηκε σε βιοαντιδραστήρα με σύστημα fed-batch, ρυθμισμένος στις ιδανικές συνθήκες για την ανάπτυξη του μικροοργανισμού στο υπόστρωμα. Η αρχική συγκέντρωση του υποστρώματος ήταν 64,37 g/L και κατά την διάρκεια της ζύμωσης γινόταν τροφοδοσία του μέσου με διάλυμα σακχάρων, όπου αυτό θεωρούταν απαραίτητο. Η ζύμωση διήρκησε 218 ώρες με τη μέγιστη παραγωγή λίπους να φτάνει τα 11,56 g/L. Τέλος, πραγματοποιήθηκε εκχύλιση του λίπους από τα κύτταρα της ζύμης με τη μέθοδο Folch, ακολούθησε μετεστεροποίηση των λιπαρών οξέων του λίπους και προσδιορισμός τους με τη μέθοδο αέριας χρωματογραφίας.

The study aims to create a biorefinery by exploiting the brewery waste that is produced daily in large quantities and the production of added value products with the use of a microorganism. More specifically, the purpose of the study is to produce microbial oil, utilizing brewer’s spent grain by fermentation using the microorganism Lipomyces starkeyi. In addition, the waste composition of protein, lipid and antioxidant was determined, followed by their extraction. Initially, with the aim of creating a biorefinery, extraction of added value ingredients from waste, such as antioxidants, proteins and lipids, took place. EtOH-HCl solution and an ultrasonic water bath were used to optimally extract the antioxidants. As far as the proteins are concerned, they were precipitated by adjusting the pH to their isoelectric point and finally oil extraction was performed using the Soxhlet method and hexane as the solvent. The residual solid, after being chemically and enzymatically hydrolyzed, gave a sugar-rich fraction, which was used as the substrate for microbial fermentation to produce the desired product. The cultivation of Lipomyces starkeyi in sugar solution up to its log phase was necessary in order for the fermentation to be successful. The fermentation was carried out in a bioreactor with a fed-batch system, adjusted to the ideal conditions for the growth of the micro-organism on the substrate. The initial concentration of the substrate was 64.37 g / L, and during the fermentation the medium was supplied with a sugar solution, where this was considered necessary. The fermentation lasted 218 hours with maximum oil production reaching 11.56 g / L. Finally, extraction of oil from the yeast cells was performed using the Folch method, followed by transesterification of the oil fatty acids and their determination using gas chromatographic method.