Βιοτεχνολογική επεξεργασία των εμπλουτισμένων με σάκχαρα υγρών αποβλήτων ελαιουργίας προς παραγωγή μυκηλιακών προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας

Abstract

Η διαχείριση των παραπροϊόντων από την ελαιουργία είναι δύσκολη λόγω της ποικιλομορφίας τους και της σύστασης τους. Σκοπός της παρούσας ερευνητικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης του υγρού αποβλήτου ελαιουργίας (ΥΑΕ), το οποίο αποτελεί κύριο παραπροϊόν της βιομηχανίας παραγωγής ελαιόλαδου, στην κυτταρική αύξηση και την παραγωγή δευτερογενών μεταβολιτών (ενδοπολυσακχαρίτες, αντιοξειδωτικές ουσίες) του εδώδιμου μύκητα Pleurotus pulmonarius AMRL 177 όπως και η ικανότητα του μελετώμενου αυτού στελέχους να αποφαινολώσει και αποχρωματίσει το ΥΑΕ στο θρεπτικό υπόστρωμα της καλλιέργειας. Πραγματοποιήθηκε κινητική μελέτη του P. pulmonarius, σε υγρές καλλιέργειας κλειστού τύπου, σε συνθετικό υπόστρωμα με κύρια πηγή άνθρακα την εμπορική γλυκόζη (40 g/L και 60 g/L) και με συγκεντρώσεις ΥΑΕ 0%, 10%, 20% και 30%, σε μη ανακινούμενες συνθήκες και σε θερμοκρασία 26±1 oC για 43 ημέρες, όπου μετρήθηκε η παραγωγή μυκηλιακής μάζας και δευτερογενών μεταβολιτών (ενδοκυτταρικών πολυσακχαριτών-IPS, ολικών φαινολικών ενώσεων, αντιοξειδωτικών ουσιών-DPPH), καθώς και ο βαθμός αποφαινόλωσης και αποχρωματισμού του περιεχομένου του ΥΑΕ στα αντίστοιχα θρεπτικά υποστρώματα, το pH και η αγωγιμότητα. Σε ό,τι αφορά την παραγωγή βιομάζας, υψηλές συγκεντρώσεις καταγράφηκαν σε όλα τα θρεπτικά υποστρώματα (μάρτυρας, υποστρώματα με 10%, 20% και 30% ΥΑΕ), παρόλη την μεγάλη τοξικότητα του περιεχόμενου ΥΑΕ. Από τις ζυμώσεις του στελέχους P. pulmonarius, η μέγιστη παραγωγή βιομάζας ήταν 32,76 g/L και παρατηρήθηκε στο θρεπτικό υπόστρωμα με 60 g/L γλυκόζη 30% v/v ΥΑΕ. Επίσης σε όλα τα μελετώμενα θρεπτικά μέσα η παραγωγή ενδοπολυσακχαριτών τόσο ως απόλυτη (g/L) όσο και ως σχετική τιμή (% w/w) ήταν υψηλή. Η μέγιστη τιμή του IPS ήταν 4,38 g/L για το θρεπτικό μέσο με συγκέντρωση γλυκόζης 60 g/L και 20 % v/v ΥΑΕ, ενώ η μέγιστη % w/w ήταν ~ 20%. Στα υποστρώματα με αρχική συγκέντρωση 40 g/L γλυκόζης παρουσιάστηκε μείωση του IPS (g/L) μετά την 37η ημέρα, σε αντίθεση με τα υποστρώματα αρχικής συγκέντρωσης 60 g/L γλυκόζης όπου οι IPS (g/L) αυξήθηκαν μέχρι και το τέλος της ζύμωσης, ανεξαρτήτου της συγκέντρωσης ΥΑΕ σε αυτά. Επιπλέον, σχετικά με τα ολικά φαινολικά της βιομάζας και την αντιοξειδωτική ικανότητα-DPPH, οι μέγιστες τιμές εμφανίστηκαν την 37η ημέρα για όλα τα υποστρώματα και κυμάνθηκαν στα 27- 36 mg/L. Τέλος, όσον αφορά στο βαθμό αποφαινόλωσης και αποχρωματισμού του περιεχόμενου ΥΑΕ, όλα τα μελετώμενα θρεπτικά μέσα, εμφάνισαν υψηλά ποσοστά αποφαινόλωσης, τα οποία κυμαίνονταν μεταξύ 94,68% και 95,12% για το θρεπτικό μέσο με 10% ΥΑΕ, 93,08% και 93,41% για το θρεπτικό μέσο με 20% ΥΑΕ και 92,56% και 93,08% για το θρεπτικό μέσο με 30% ΥΑΕ. Επίσης, σε όλα τα θρεπτικά υποστρώματα της καλλιέργειας παρουσιάστηκαν υψηλά ποσοστά αποχρωματισμού του περιεχόμενου ΥΑΕ, με τιμές οι οποίες κυμαίνονταν μεταξύ 59,79% και 71,40% στο θρεπτικό μέσο με 10% ΥΑΕ, 65,41% και 66,15% στο θρεπτικό μέσο με 10% ΥΑΕ και 85,07% και 85,56% στο θρεπτικό μέσο με 30% ΥΑΕ. Συγκεκριμένα, η μεγαλύτερη μείωση της συγκέντρωσης των φαινολικών ενώσεων (~95%) παρουσιάστηκε στο θρεπτικό υποστρώματα με 10% ΥΑΕ, ενώ το μέγιστο ποσοστό αποχρωματισμού (~85%) στο θρεπτικό υπόστρωμα με 30% ΥΑΕ. Συμπερασματικά, ο μελετώμενος εδώδιμος μύκητας P. pulmonarius μπορεί να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στην βιολογική επεξεργασία των ΥΑΕ με σκοπό την μείωση του ρυπαντικού τους φορτίου και ταυτόχρονη παραγωγή προϊόντων υψηλής διατροφικής και φαρμακευτικής αξίας (βιομάζα, πολυσακχαρίτες, φαινολικές και αντιοξειδωτικές ουσίες).

The by-products of olive cultivation and olive oil production are difficult to manage because of their diversity and their constitution.The purpose of the present research is to study the effect of olive mill wastewater (OMW), which is an elemental by-product of the olive oil industry, on the mycelial growth and production of secondary metabolites (intracellular polysaccharides, antioxidant compounds) of the edible mushroom P. pulmonarius, as well as the ability of the examined strain to detoxify (phenolic content reduction and decolorization) the OMW contained in the nutrient substrate of the culture. Τhe kinetic study of the selected strain P. pulmonarius AMRL 177 in batch- liquid state fermentation culture, in a synthetic substrate with glucose (40 g/L and 60g/L) being the main carbon source and with OMW concentrations of 0%, 10%, 20% and 30%, in non-shaking flask cultures and at a temperature of 26±1 ºC was conducted for 43 Ημέρες. In addition, the physiological parameters of fungal growth were evaluated and the production of mycelial mass and secondary metabolites (intracellular polysaccharides-IPS, total phenolic compound-TPC, antioxidant components-DPPH), as well as the degree of phenolic content reduction and decolorization of OMW, pH and conductivity also measured. In terms of biomass production, all the different substrates examined presented high biomass concentration, in all the (control, substrates with 10%,20% and 30% OMW), despite the high toxicity of the OMW contained in the culture substrate. Specifically, the highest biomass was collected from the substrate in the nutritive substrate with 60 g/L glucose and 30% OMW concentration, reaching 32.76 g/L. Specifically, all the examined substrates presented production of intra-polysaccharides, both as quantities in g/L, as well as concentration % of dry biomass weight. The highest production of g/L intra-polysaccharides 4.38 g/L was presented in the substrate containing 60 g/L glucose and 20% OMW, while the highest % w/w was ~ 20%. Substrates with concentration of 40 g/L glucose presented a decrease in IPS (g/L) after day 37, in contrast to substrates with concentration of 60 g/L glucose IPS (g/L) that increased until the end of fermentation, regardless of the concentration of OMW. Furthermore, as about the total phenolic compounds peak values appeared on day 37 and for antioxidant components-DPPH a similar value for all substrates ranging from 27 to 36 mg/L. Lastly, in regard to the phenolic content reduction and the discoloration of the content of OMW on the nutritive substrates, all the examined substrates, presented high phenol reduction values, ranging between 94.68% and 95.12% for the substrate containing 10% OMW, ranging between 93.08% and 93.41% and between 92.56% and 93.08% for the substrate containing 30% OMW. Furthermore, all the substrates presented also high decolorization values of the OMW contained in the nutrient substrate of the culture, with values ranging between 59.79% and 71.40% for the substrate containing 10% OMW, ranging between 65.41% and 66.15% for the substrate containing 20% OMW and between 85.07% and 85.56% for the substrate containing 30% OMW. Specifically, the substrate that who achieved the greatest reduction in the concentration of phenolic compounds, with ~95% reduction on the nutritive substrates with 10% of OMW concentration. The substrate who exhibited the highest rate of discoloration (~85%) on the nutritive substrate with 30% OMW concentration, while on the one with 20% OMW concentration the maximum discoloration ~66%. In conclusion, the examined mushroom wild species could be used with great success as a mean of biological treatment of OMW with simultaneous production of high nutrition value products (biomass, polysaccharides, phenolic compounds and antioxidants).