Εδώ και πολλά χρόνια, ο πλανήτης μας βιώνει πολλές προκλήσεις οι οποίες απαιτείται να αντιμετωπιστούν. Μία από αυτές, είναι η ελάττωση της χρήσης ορυκτών πόρων αντικαθιστώντας τους με ανανεώσιμες πηγές άνθρακα. Η σταδιακή μετάβαση στην κυκλική οικονομία και η ανάγκη αξιοποίησης παράπλευρων ρευμάτων μπορούν να οδηγήσουν στην παραγωγή βιογενών προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας. Τα μικροβιακά λιπίδια (Single Cell Oils, SCOs) αποτελούν μια τέτοια κατηγορία προϊόντων, η παραγωγή των οποίων ήταν το αντικείμενο της παρούσας μελέτης.
Πιο συγκεκριμένα, μελετήθηκε η παραγωγή μικροβιακών λιπιδίων με τη χρήση του μικροοργανισμού Cryptococcus curvatus ATCC 20509, μιας ελαιογόνου ζύμης που χρησιμοποιείται ευρέως για την παραγωγή βιοκαυσίμων λόγω της ικανότητάς της να αναπτύσσεται σε πληθώρα υποστρωμάτων και να παράγει τριακυλογλυκερόλες σε υψηλές αποδόσεις. Ο μικροοργανισμός αυτός καλλιεργήθηκε σε υπόστρωμα με πηγή άνθρακα τη γλυκόζη, εξετάζοντας διαφορετικές πηγές αζώτου ώστε να διαπιστωθεί η επίδραση στην ανάπτυξή του. Χρησιμοποιήθηκαν τόσο οργανικές πηγές αζώτου (ουρία, corn steep liquor, πεπτόνη, εκχύλισμα ζύμης) όσο και ανόργανες (θειικό αμμώνιο, χλωριούχο αμμώνιο, νιτρικό κάλιο, νιτρώδες νάτριο) σε ασυνεχείς ζυμώσεις και κατόπιν, ακολούθησε ένα δεύτερο στάδιο ασυνεχών ζυμώσεων, όπου ο μικροοργανισμός καλλιεργήθηκε αρχικά σε μίγμα εμπορικών σακχάρων κατ’ αναλογίαν αυτών του υδρολύματος αποβλήτου καφέ και στη συνέχεια σε υπόστρωμα που προέκυψε από την ενζυμική υδρόλυση του αποβλήτου αυτού. Σε αυτή την περίπτωση, ως πηγή αζώτου χρησιμοποιήθηκαν η ουρία, το corn steep liquor (CSL) και το θειικό αμμώνιο. Τέλος, το στέλεχος C. curvatus ATCC 20509 αναπτύχθηκε σε ημι-συνεχή ζύμωση με εμπορικά σάκχαρα σε ποσοστό ανάλογο με αυτά της σύστασης του υδρολύματος αποβλήτου καφέ και πηγή αζώτου την ουρία.
Μεταξύ των διαφορετικών πηγών αζώτου στις ασυνεχείς ζυμώσεις με πηγή άνθρακα τη γλυκόζη παρατηρήθηκε ικανοποιητική ανάπτυξη του μικροοργανισμού στις περισσότερες πηγές ενώ στην περίπτωση των νιτρικών αλάτων (νιτρικό κάλιο,
νιτρώδες νάτριο) δεν υπήρξε κατανάλωση. Σε όλα τα παραπάνω πειράματα, πραγματοποιήθηκε ανάκτηση του μικροβιακού λίπους με τη μέθοδο Folch, με τα καλύτερα αποτελέσματα να εντοπίζονται στις ζυμώσεις με το υδρόλυμα αποβλήτου καφέ, με εύρος τιμών μεταξύ 11-15 g/L μικροβιακών λιπιδίων και λιποσυσσώρευση 26-38%. Τα λιπαρά οξέα από τα οποία αποτελούνταν τα μικροβιακά λιπίδια ήταν κυρίως τα C16:0, C18:0, C18:1, C18:2.
For many years, our planet has been facing numerous challenges that need to be
addressed. One of these is the reduction of fossil resource usage by replacing them with
renewable carbon sources. The gradual transition to a circular economy and the need to
utilize by-products could lead to the production of high-value bio-based products.
Microbial lipids (Single Cell Oils, SCOs) represent such a category of products, and
their production was the subject of this study.
More specifically, SCOs production by oleaginous yeast Cryptococcus curvatus
ATCC 20509 was carried out, a lipid-producing yeast that is widely used for biofuel
production due to its ability to grow on a variety of substrates and produce
triacylglycerols at high yields. Firstly, C. curvatus was cultivated on a substrate with
glucose as the carbon source, examining different nitrogen sources to determine their
effect on its growth. Both organic sources (urea, corn steep liquor, peptone, yeast
extract) and inorganic sources (ammonium sulfate, ammonium chloride, potassium
nitrate, sodium nitrite) were used in batch fermentations. Subsequently, a second stage
of batch fermentations was conducted, where the microorganism was initially cultivated
in a mixture of commercial sugars that simulated the hydrolysate from spent coffee
grounds, followed by the substrate derived from the enzymatic hydrolysis of the
aforementioned by-product. In this case, urea, corn steep liquor and ammonium sulfate
were used as nitrogen sources. Finally, C. curvatus ATCC 20509 was cultivated in fed
batch fermentation with commercial sugars at a ratio corresponding to that of spent
coffee grounds hydrolysate and urea as the nitrogen source.
Among the different nitrogen sources that were used in batch fermentations with
glucose as carbon source, it was observed significant microbial growth while in the case
of nitrates (potassium nitrate, sodium nitrite), no consumption was detected. In all the
above experiments, microbial lipids recovery was performed by the Folch method, with
the best results found in fermentations using spent coffee grounds hydrolysate, with
values ranging from 11 to 15 g/L of microbial lipids and 26 to 38% of lipid accumulation. The fatty acids that comprised the microbial lipids were primarily C16:0,
C18:0, C18:1 and C18:2.
