No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την...

52
Λάρισα, 2011 «Αξιοποίηση Τυρογάλακτος με Παραγωγή Μονοκυτταρικής Πρωτεΐνης με Ζύμωση» Υπεύθυνος έργου Δρ. Γούλας Παναγιώτης Τμήμα Ζωικής Παραγωγής Αρ. Κουπονιού: 7231322201000095 Εργαστήριο Προϊόντων Ζωικής Παραγωγής

Transcript of No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την...

Page 1: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

Λάρισα 2011

laquoΑξιοποίηση

Τυρογάλακτος

με

Παραγωγή

Μονοκυτταρικής

Πρωτεΐνης

με

Ζύμωσηraquo

Υπεύθυνος

έργου

Δρ Γούλας

Παναγιώτης

Τμήμα

Ζωικής

Παραγωγής

Αρ Κουπονιού 72313222‐01‐000095

Εργαστήριο

Προϊόντων

Ζωικής

Παραγωγής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

1

Τίτλος έργου Αξιοποίηση Τυρογάλακτος με Παραγωγή

Μονοκυτταρικής Πρωτεΐνης με Ζύμωση

1 Εισαγωγή

Η εταιρεία Γ Α ΝΟΥΣΙΑΣ ΟΕ δραστηριοποιείται στην παραγωγή φέτας και

άλλων τυριών ποιότητας στην περιοχή της Ν Λεύκης της Λάρισας Όπως και άλλες

επιχειρήσεις του κλάδου αντιμετωπίζει πρόβλημα με την διαχείριση του

τυρογάλακτος που παράγεται σαν υποπροϊόν της τυροκόμισης Στα πλαίσια της

παρούσας ερευνητικής πρότασης η εταιρεία με την βοήθεια του εργαστηρίου

προϊόντων ζωικής παραγωγής του Τμήματος Ζωικής Παραγωγής του ΤΕΙ Λάρισας

δοκίμασε μία καινοτόμο ιδέα παραγωγής μονοκυταρρικής πρωτεΐνης με απευθείας

ζύμωση της λακτόζης του τυρογάλακτος σε βιοαντιδραστήρα πλήρους ανάδευσης

τύπου STR Mε τον παραπάνω τρόπο θεωρείται ότι η επιχείρηση θα μπορέσει να

αντιμετωπίσει το πρόβλημα του αποβλήτου της Μεταφέροντας σε βιομηχανική

κλίμακα τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης θεωρείται επίσης ότι η επιχείρηση

θα λύσει με ορθολογιστικό τρόπο το πρόβλημα του τυρογάλακτος κερδίζοντας

προστιθέμενη αξία από την πώληση της παραγόμενης μονοκυτταρικής πρωτεΐνης και

από την διακοπή λειτουργίας του βιολογικού καθαρισμού της που επί του παρόντος

επιβαρύνει την επιχείρηση με μεγάλα λειτουργικά κόστη

11 Παρουσίαση της επιχείρησης Για την εταιρία Γ amp Α ΝΟΥΣΙΑΣ ΟΕ η

άσκηση της τυροκομικής τέχνης είναι οικογενειακή κληρονομιά και ιστορία από τις

ρίζες του γενεαλογικού της δέντρου Από τον τόπο καταγωγής τη Βασιλίτσα της

Πίνδου σημείο αναφοράς και αφετηρία μέχρι τις σημερινές ιδιόκτητες και

υπερσύγχρονες εγκαταστάσεις της εταιρίας στη Νέα Λεύκη Λάρισας μεσολάβησαν

πολλά χρόνια φροντίδας και ποιοτικής τυροκόμησης Το 1967 εμφανίζεται για πρώτη

φορά στην αγορά της Γερμανίας η φέτα της εταιρίας laquoΓ amp Α ΝΟΥΣΙΑΣ ΟΕraquo και

από τότε με την επωνυμία laquoΒΑΣΙΛΙΤΣΑraquo κυριαρχεί στην ευρωπαϊκή αγορά

laquoΣυνταγήraquo επιτυχία η συλλογή μεταφορά αποθήκευση και επεξεργασία του

γάλακτος στο σωστό χρόνο και μόνο με την καλύτερη δυνατή τεχνολογία για

ακέραιη διατήρηση και εξασφάλιση όλων των οργανοληπτικών του στοιχείων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

2

Γεγονός που σε συνδυασμό με τις συνεχείς επενδύσεις της εταιρίας σε ανθρώπινο

δυναμικό και μηχανήματα έφερε την φέτα laquoΒΑΣΙΛΙΤΣΑraquo σε κορυφαία θέση

προτίμησης

12 Εισαγωγή

Ένας από τους κοινοτικούς στόχους είναι η ανάπτυξη της Γεωργίας και Βιομηχανίας

χωρίς επιβάρυνση του περιβάλλοντος για το γενικό σύνολο Δυστυχώς σε πολλές

ευρωπαϊκές χώρες όπως και στην Ελλάδα γεωργικά παραπροϊόντα και υπολείμματα

γεωργικών βιομηχανιών και δραστηριοτήτων συνήθως απορρίπτονται σαν άχρηστα

και πολλές φορές αποτελούν σοβαρά προβλήματα ρυπάνσεως και μόλυνσης του

περιβάλλοντος Θα μπορούσαν όμως πολλά από αυτά μετά από κατάλληλη

επεξεργασία να αποτελέσουν νέο οικονομικό πόρο υπακούοντας ταυτόχρονα στους

κανόνες περιβαλλοντικής προστασίας Η αξιοποίηση αυτών των πρώτων υλών

αποβλήτων ή παραπροϊόντων που συνήθως είναι χαμηλού ή και αρνητικού κόστους

μπορεί να μειώσει το κόστος παραγωγής ανά μονάδα και ταυτόχρονα να

δημιουργήσει νέες θέσεις εργασίας που θα προκύψουν από την αξιοποίηση αυτή

Μεταξύ των οργανικών στερεών ή ημι-στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών

αποβλήτων που παρουσιάζουν ενδιαφέρον από πλευράς ποσοτήτων για τον Ελλαδικό

χώρο μπορούμε να αναφέρουμε τα εξής Άχυρα δημητριακών καλαμποκιού και

βάμβακος υποπροϊόντα ελαιουργείων και τυροκομείων υπολείμματα βιομηχανιών

χυμών εσπεριδοειδών και στέμφυλα οινοποιίας Η αξιοποίηση και η διαχείριση

τέτοιων αγροτοβιομηχανικών υπολειμμάτων και παραπροϊόντων αποβλέπει και στην

έκδοση οικολογικού σήματος (Eco-label) των προϊόντων το οποίο σήμα θα δίνεται σε

εκείνα τα οποία προέρχονται από διαδικασίες με μικρή ή καθόλου περιβαλλοντική

επίπτωση

13 Οργάνωση και στόχοι της έρευνας και βιομηχανικής εφαρμογής

Η ένταση της βιομηχανικής παραγωγής τροφίμων ως ανάγκη της αύξηση του

πληθυσμού της γης και η ταυτόχρονη αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας από τη

γενικότερη παγκόσμια οικονομική ανάπτυξη έχουν δημιουργήσει προβλήματα

απόρριψης και διάθεσης των οργανικών-γεωργικών αποβλήτων στο περιβάλλον

καθώς έντονη ανάγκη για ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Από τις αρχές του 1980 η

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

3

σχέση μεταξύ της ενεργειακής χρήσης και περιβαλλοντικών επιπτώσεων έχει

τραβήξει το παγκόσμιο ενδιαφέρον και ένας μεγάλος αριθμός διεθνών δράσεων έχει

επικεντρωθεί προς αυτήν την κατεύθυνση

Τα τυροκομεία παράγουν απόβλητα των οποίων το τυρόγαλο (cheese whey) είναι το

κύριο απόβλητο με υψηλό οργανικό φορτίο (μέχρι και 70 g CODL) το οποίο ωστόσο

είναι βιοαποκοδομήσιμο πλούσιο σε πρωτεΐνη λακτόζη άλατα κλπ Γιrsquo αυτό το

λόγο η χρήση ή η διάθεση του είναι σημαντική Αν διατεθεί ακατέργαστο σε

υδροφόρους ορίζοντες μπορεί να προκαλέσει σοβαρές περιβαλλοντικές επιπτώσεις

(φαινόμενα υπερτροφισμού εξάντληση οξυγόνου σε λίμνες ποτάμια εξόντωση της

υδρόβιας ζωής) Επίσης διαθέτει σημαντική φυτοξικότητα (μείωση της σοδειάς αν

χρησιμοποιηθεί ως υγρό λίπασμα) ενώ αλλοιώνει και τα φυσικοχημικά

χαρακτηριστικά του εδάφους Ωστόσο το τυρόγαλο μπορεί να επεξεργασθεί και να

αξιοποιηθεί κατάλληλα ώστε να μειωθούν αφενός τα προβλήματα αποικοδόμησης

του αποβλήτου (σε βιολογικούς καθαρισμούς) και διάθεσης στο περιβάλλον και

αφετέρου να παραχθούν αρκετά προϊόντα υψηλής προστιθέμενης αξίας που μπορούν

να αποβούν εις όφελος των γαλακτοπαραγωγικών μονάδων Τα κύρια αυτά προϊόντα

είναι τα εξής

- Πρωτείνη ορού γάλακτος (τυρογάλακτος) έπειτα από θέρμανση

(μετουσίωση-καθίζηση πρωτείνης μαζί με ελάχιστο λίπος και άλατα)

- Καθαρή πρωτείνη τυρογάλακτος έπειτα από υπερδιήθιση

- Γαλακτικό οξύ ως προϊόν ζύμωσης τους τυρογάλακτος

- Μονοκυτταρική πρωτείνη (μικροβιακή βιομάζα) ως προϊόν ζύμωσης τους

τυρογάλακτος

- Αιθανόλη ως προϊόν ζύμωσης τους τυρογάλακτος

- Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής ζύμωσης του τυρογάλακτος

Σήμερα σε βιομηχανική κλίμακα το πλήρες τυρόγαλα χρησιμοποιείται για την

παραγωγή τυριών τυρογάλακτος όπως μυζύθρα ανθότυρο μανούρι τυρί τύπου

cottagePhiladelphia κλπ ή για παραγωγή οροπρωτείνης έπειτα από υπερδιήθιση η

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

4

οποία χρησιμοποιείται ως πρόσθετο σε διάφορα τρόφιμα (ικανότητα

γαλακτωματοποίσης-σταθεροποίησης γαλακτωμάτων αύξησης συγκράτησης νερού

σε γαλακτώματα-διαλύματα αύξηση συγκέντρωσης σε πρωτείνη κλπ) Επίσης το

πλήρες υγρό τυρόγαλα ή έπειτα από ξήρανση μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ζωοτροφή

(κυρίως σε χοίρους) Στη χειρίστη περίπτωση απορρίπτεται ως έχει παράνομα σε

υδροφόρους ορίζοντες

Το αποπρωτεϊνομένο τυρόγαλα (μετά και την απομάκρυνση-αξιοποίηση των

οροπρωτεϊνών του) είναι το κύριο απόβλητο που παραμένει συνήθως αδιάθετο και

εξακολουθεί να περιέχει υψηλό ρυπαντικό φορτίο λόγο της υψηλής συγκέντρωσης

σακχάρων και κυρίως λακτόζης που περιέχει (~ 47-50 ) Αυτό το σάκχαρο μαζί

με άλατα και χαμηλού μοριακού βάρους αζωτούχες ενώσεις που μπορεί να περιέχει

το αποπρωτείνωμένο τυρόγαλο (πρωτεόζες-πεπτόνες-αμινοξέα) είναι ένα αρκετά

καλό υπόστρωμα ζύμωσης για μικροοργανισμούς που μπορούν να μεταβολίσουν τη

λακτόζη και να παράγουν με βιοτεχνολογικό τρόπο ουσίες υψηλής προστιθέμενης

αξίας μειώνοντας παράλληλα σημαντικά το COD-BOD του απομένοντος υγρού

αποβλήτου μετά το τέλος της ζύμωσης Η βιομάζα άλλωστε που καλλιεργείται για

την κάθε ζύμωση μπορεί έπειτα από αποστείρωση-ξήρανση να χρησιμοποιηθεί ως

μονοκυτταρική πρωτείνη και διατροφικό συμπλήρωμα για ζωοτροφές ή ανθρώπινη

διατροφή Αυτός είναι και ο βασικός στόχος της παρούσας εφαρμοσμένης έρευνας

και μελέτης

14 Βιβλιογραφική Ανασκόπηση

141 Το τυρόγαλα Τυρόγαλα είναι το προϊόν το οποίο λαμβάνεται με τη χρήση

οξέων πυτιάς ή και φυσικοχημικών μεθόδων κατά την παραγωγή τυριών και

καζεΐνης (Κανονισμός 62530-3-1978 ΕΕ) Κατά την τυροκόμηση αγελαδινού

γάλακτος το 10-20 (ββ) των συνολικών συστατικών του γάλακτος μεταφέρεται

στο τυρί και το υπόλοιπο στο τυρόγαλα Τα ποσοστά αυτά ποικίλουν ανάλογα με το

είδος του τυριού που παρασκευάζεται και την τεχνολογία που εφαρμόζεται Ως γενική

προσέγγιση μπορούμε να πούμε ότι το τυρόγαλα είναι ιδιαίτερα πλούσιο σε λακτόζη

η οποία συνιστά το κύριο ρυπαντικό συστατικό του αποβλήτου ενώ περιέχει μεγάλη

ποικιλία ανόργανων και οργανικών ουσιών Στις αζωτούχες ενώσεις του

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

5

τυρογάλακτος κυριαρχούν οι αλβουμίνες και γλοβουλίνες του γάλακτος που δεν

πήζουν με την πυτιά ή με την οξίνιση του Πέρα αυτών υπάρχουν πρωτεόζες-

πεπτόνες και πλήθος άλλων υδατοδιαλυτών αζωτούχων ουσιών Θα πρέπει να

τονιστεί επίσης ότι το τυρόγαλα έχει πλήθος αλάτων και βιταμινών Κατά την

τυροκόμιση του γάλακτος μεταφέρεται στο τυρόγαλα περίπου το 40-50 (ββ) των

στερεών συστατικών του γάλακτος και προκαλεί σημαντική ρύπανση όταν

απορρίπτεται στο περιβάλλον Σε πολλές χώρες απαγορεύεται η απόρριψη του στο

αποχετευτικό δίκτυο των πόλεων εάν πριν δεν έχει προηγηθεί κάποια επεξεργασία

μείωσης της οργανικής του ουσίας Σήμερα παράγονται περίπου 120 εκατομμύρια

τόνοι τυρογάλακτος σε όλο τον κόσμο (Peters 2006) Από την παραγωγή αυτή

αξιοποιείται μόνο το 55 περίπου Το υπόλοιπο απορρίπτεται ως απόβλητο

142 Σύσταση Τυρογάλακτος Το τυρόγαλα περιέχει μεγάλη ποικιλία στερεών

συστατικών η αναλογία των οποίων προσδιορίζεται κατά κύριο λόγο από τη

σύσταση του γάλακτος από το οποίο προέρχεται αλλά και από τις τεχνολογικές

επεμβάσεις που γίνονται κατά την διάρκεια της επεξεργασίας του Όλοι οι

παράγοντες που επηρεάζουν τη σύσταση του γάλακτος επηρεάζουν και αυτή του

τυρογάλακτος που λαμβάνεται από αυτό Επίσης η θερμική μεταχείριση του

γάλακτος πριν από την πήξη του ο τρόπος πήξης του - ένζυμα βιολογική οξίνιση

προσθήκη οξέων ο βαθμός διαίρεσης του πήγματος καθώς και ο τρόπος και η

θερμοκρασία αναθέρμανσης επηρεάζουν τη σύσταση του τυρογάλακτος Από τα

συστατικά του τυρογάλακτος το λίπος είναι δυνατόν να απομακρυνθεί εύκολα με

φυγοκέντρηση και να χρησιμοποιηθεί με διαφόρους τρόπους ενώ τα άλλα για να

παραληφθούν και να αξιοποιηθούν θα πρέπει αυτό να υποβληθεί σε ειδική κατά

περίπτωση επεξεργασία Κατά τη φυγοκέντρηση του τυρογάλακτος πέραν του

λίπους απομακρύνονται και μικρά τεμαχίδια πήγματος που περιέχει

Παραπλήσια σύσταση με αυτήν του αγελαδινού τυρογάλακτος έχει και το

αποκορυφωμένο τυρόγαλα από την παρασκευή διάφορων τύπων τυριών του

εξωτερικού με εξαίρεση το λίπος που αφαιρείται

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

6

Χαρακτηριστικό των αζωτούχων ουσιών του τυρογάλακτος είναι ότι σε αυτές η

καζεΐνη υπάρχει σε ίχνη Δεσπόζουν στην περίπτωση αυτή οι αλβουμίνες και

γλοβουλίνες του γάλακτος που δεν πήζουν με την πυτιά ή με την οξίνισή του Πέραν

αυτών υπάρχουν πρωτεόζες-πεπτόνες και πλήθος άλλων υδατοδιαλυτών αζωτούχων

ουσιών Δε μεταφέρονται όμως στο τυρόγαλα μόνον κύρια συστατικά του γάλακτος

αλλά και άλατα και βιταμίνες και μάλιστα σε σημαντικές ποσότητες

Ιδιαίτερα σημαντικό για το τυρόγαλα είναι ότι στη δομή των πρωτεϊνών του

συμμετέχουν όλα τα απαραίτητα αμινοξέα στην ενδεδειγμένη αναλογία και μεταξύ

τους σχέσεις για τη διατροφή του ανθρώπου γεγονός που τους προσδίδει εξαιρετική

βιολογική αξία Ενδεικτικές τιμές για τη θρεπτική αξία και σύσταση τυρογάλακτος

δίδονται στον Πίνακα 1

Πίνακας 1 Θρεπτική αξία και Σύσταση Τυρογάλακτος( Venetsaneas et al 2009

e s 1996)

Συστατικό Τιμή Βιβλιογραφία

Διαλύτες 06-08 wv Venetsaneas et al 2009

e s 1996

Πρωτεΐνες 8-10 wv

Λιπίδια 04-05 wv Venetsaneas et al 2009

e s 1996

Μεταλλικά άλατα 8-10 του ξηρού

εκχυλίσματος

Venetsaneas et al 2009

e s 1996

BOD5 30000-50000 ppm e so 1996

COD 60000-80000 ppm e s 1996

143 Η λακτόζη Η λακτόζη ή γαλακτοσάκχαρο είναι χαρακτηριστικός

υδατάνθρακας του γάλακτος ο μόνος που υπάρχει ελεύθερος και σε σημαντικές

ποσότητες To κανονικό γάλα περιέχει συνήθως 44 έως 52 και κατά μέσο όρο

48 λακτόζη που αντιπροσωπεύει το 50-52 των στερεών συστατικών του άπαχου

γάλακτος Στο γάλα της γυναίκας η λακτόζη απαντά σε μεγαλύτερη αναλογία

περίπου 7 Τα διάφορα είδη γάλακτος παρουσιάζουν πολλές φορές σημαντικές

διαφορές μεταξύ τους στην περιεκτικότητά τους σε λακτόζη Αν εξετάσουμε όμως τη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

7

σύσταση του γάλακτος των περισσοτέρων θηλαστικών διαπιστώνουμε ότι η λακτόζη

παρουσιάζει πάντοτε πολύ μικρότερη διακύμανση από ότι το λίπος και τα

λευκώματα πράγμα που οδηγεί στην άποψη ότι η ενζυματική διεργασία που αφορά

τη σύνθεση της λακτόζης είναι παρόμοια σε τελείως διαφορετικά είδη Από βιολογική

άποψη η λακτόζη χρησιμεύει στον οργανισμό ως πηγή ενέργειας πλην όμως για να

απορροφηθεί πρέπει πρώτα να διασπαστεί σε γλυκόζη και γαλακτόζη Σ αυτό βοηθά

το ένζυμο λακτάση που αφθονεί στο πεπτικό σύστημα των βρεφών Σήμερα έχει

διαπιστωθεί ότι η δράση της λακτάσης παρουσιάζεται αυξημένη κατά τις πρώτες

ημέρες μετά τη γέννηση πλην όμως ελαττώνεται με την πάροδο του χρόνου Ο

βαθμός ανοχής της λακτόζης του σιτηρεσίου από τα διάφορα είδη θηλαστικών μπορεί

να λεχθεί ότι είναι ανάλογος της περιεκτικότητας του γάλακτός τους στο σάκχαρο

αυτό Η παρουσία της λακτόζης στο γάλα και στα προϊόντα του παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον γιατί

α) Είναι πρωταρχικός παράγοντας στον έλεγχο των ζυμώσεων σε διάφορα

γαλακτοκομικά προϊόντα

β) Προσδίδει θρεπτική αξία στο γάλα και στα γαλακτοκομικά προϊόντα

γ) Η γεύση και η διαλυτότητα αποθηκευμένων γαλακτοκομικών προϊόντων

επηρεάζονται out αυτή

δ) Παίζει βασικό ρόλο στην εμφάνιση του χρώματος και της γεύσεως στα

υπερθερμασμένα γαλακτοκομικά προϊόντα

ε) Για τον άνθρωπο και αρκετά ζώα δεν αποτελεί μόνο πηγή ενέργειας αλλά

και πηγή γαλακτόζης που αποτελεί συστατικό των νευρικών ιστών

1431 Δομή της Λακτόζης Η λακτόζη είναι δισακχαρίτης που σχηματίζεται από

την ένωση ενός μορίου d-γλυκόζης και ενός μορίου d-γαλακτόζης κατά τρόπο ώστε

να μένει ελεύθερη μια αλδεϋδική ομάδα Σχηματίζεται από τη γλυκόζη του αίματος

και γι αυτό η περιεκτικότητα του τελευταίου στο σάκχαρο αυτό κατά τη διάρκεια της

γαλακτικής περιόδου είναι μικρότερη εκείνης της ξηράς περιόδου Κατά το άρμεγμα

παρατηρείται επίσης πτώση της γλυκόζης του αίματος που επανέρχεται όμως σε

κανονικό επίπεδο λίγο μετά το άρμεγμα Η λακτόζη υπάρχει σε δύο ισομερείς μορφές

την α και β που διακρίνονται μεταξύ τους από τη θέση του υδροξυλίου της γλυκόζης

(σχήμα 1)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

8

Σχήμα 1 Ισομερείς μορφές λακτόζης

Η λακτόζη απαντά στη φύση και στα γαλακτοκομικά προϊόντα είτε στις δύο

κρυσταλλικές μορφές α-ένυδρη και β-άνυδρη ή σαν άμορφη ιλυώδης μάζα που

είναι μίγμα α και β λακτόζης Κάτω από ειδικές συνθήκες λαμβάνονται και άλλες

μορφές που διαφέρουν μεταξύ τους κυρίως σε ότι αφορά τις φυσικές τους ιδιότητες

Η μορφή α-λακτόζης που απαντά σε συνήθεις θερμοκρασίες είναι η ενυδατωμένη με

ένα μόριο νερού mdash C12H22OMH2O H λακτόζη του εμπορίου είναι η μορφή αυτή και

λαμβάνεται από υπερκορεσμένα υδατικά διαλύματα λακτόζης με βραδεία

κρυστάλλωση σε θερμοκρασίες μικρότερες των 935 C Έχει σημείο τήξεως 2016deg

C Η α-άνυδρη λακτόζη σχηματίζει κρυστάλλους διαφόρων μορφών που

καθορίζονται από τις συνθήκες κρυσταλλώσεως Ο παράγοντας που κατά κύριο

λόγο ρυθμίζει τη μορφή των κρυστάλλων είναι ο λόγος μεταξύ της πραγματικής

συγκεντρώσεως προς τη διαλυτότητα Όταν είναι μεγάλος η κρυστάλλωση

προχωρεί γρήγορα και σχηματίζονται μόνο πρίσματα Όσο ο λόγος αυτός μειώνεται

τόσο η κρυστάλλωση γίνεται με βραδύτερο ρυθμό ενώ η μορφή των κρυστάλλων

αλλάζει Στη συνέχεια δίδονται οι διάφορες μορφές κρυστάλλων της α-ένυδρης

λακτόζης Οι Α Β και C λαμβάνονται όταν ο ρυθμός κρυσταλλώσεως είναι

γρήγορος ενώ οι Ε F και G όταν είναι βραδύς Ο κρύσταλλος Η δίδει την άλλη όψη

του G ενώ η μορφή D έχει σχήμα πυραμίδας που προκύπτει από την εξέλιξη του

κρυστάλλου C Η κρυστάλλωση στα γαλακτοκομικά προϊόντα είναι συχνά πιο

πολύπλοκοo φαινόμενο Τα άλλα συστατικά του επηρεάζουν την κρυστάλλωση της

λακτόζης με αποτέλεσμα να δημιουργούνται ακανόνιστοι κρύσταλλοι που

διαφέρουν εκείνων που λαμβάνονται από καθαρά διαλύματά της σε ορισμένες

περιπτώσεις μάλιστα είναι δυνατό να παρεμποδίσουν το σχηματισμό πυρήνων

κρυσταλλώσεως και να καθυστερήσουν την κρυστάλλωση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

9

Οι κρύσταλλοι της α-ένυδρης λακτόζης είναι σκληροί και δυσκολοδιάλυτοι (σχήμα

2)

Σχήμα 2 Κρυσταλλικές μορφές λακτόζης

1432 Βιοσύνθεση της Λακτόζης Κατά την υδρόλυσή της η λακτόζη δίδει ένα

μόριο γλυκόζης και ένα μόριο γαλακτόζης Ο τρόπος συνθέσεως της λακτόζης στο

μαστό των ζώων έχει κατά καιρούς απασχολήσει ερευνητές διαφόρων χωρών

Σήμερα είναι γνωστό ότι η κατ εξοχήν πρόδρομη ουσία για τη σύνθεση της είναι η

D-γλυκόζη του αίματος

Σε πρώτη φάση μετατρέπεται στο μαστό ένα μέρος της D-γλυκόζης σε D-γαλακτόζη

Στη συνέχεια ένα μόριο D-γλυκόζης ενώνεται με ένα μόριο D-γαλοκτόζης και

δημιουργείται η λακτόζη

Αναλυτικότερα ο σχηματισμός της λακτόζης στο μαστό περιλαμβάνει τα εξής στάδια

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

10

Από τα ένζυμα που συμμετέχουν στο σχηματισμό της λακτόζης η συνθετάση της

λακτόζης (UDP mdash γαλακτόζη mdash d mdash γλυκόζη I mdash γαλακτοζυλοτρανφεράση)

απαντά μόνο στο μαστό ενώ τα άλλα ανευρίσκονται και σε άλλα σημεία του

σώματος των ζώων όπου λαμβάνουν μέρος σε διάφορους μεταβολικούς κύκλους

Διαπιστώθηκε ότι η συνθετάση της λακτόζης αποτελείται από δύο πρωτεΐνες που

ονομάστηκαν Α και Β To τμήμα Β του ενζύμου βρέθηκε ότι είναι ταυτόσημο με την

α-γαλακταλβουμίνη που είναι προϊόν της συνθετικής δραστηριότητας των

γαλακτικών κυττάρων και απαντά μόνο στο μαστό ενώ το Α υπάρχει σε διάφορους

ιστούς και μόνο του καταλύει διαφορετική αντίδραση

1433 Ισορροπία λακτόζης σε διάλυμα Ο ρυθμός μετατροπής της α-λακτόζης προς

β και αντίστροφα μέχρι να επιτευχθεί η ισορροπία μεταξύ τους επηρεάζεται

σημαντικά από τη θερμοκρασία του διαλύματος Είναι μικρή σε χαμηλές

θερμοκρασίες και αυξάνει με την αύξησή της Στους 70 C η ισορροπία επιτυγχάνεται

αμέσως To pH επηρεάζει επίσης το φαινόμενο αυτό Σε τιμές ρΗ γύρω από 50 ο

ρυθμός μετατροπής της μιας μορφής προς την άλλη είναι πολύ μικρός πλην όμως

αυξάνει με τη μεταβολή του Σε ρΗ 90 η ισορροπία επιτυγχάνεται σε λίγα λεπτά Η

παρουσία αλάτων μπορεί να επηρεάσει την ταχύτητα μετατροπής της α-λακτόζης

προς β και αντίστροφα Η επίδραση είναι περιορισμένη σε αραιά διαλύματα αλάτων

πλην όμως σε συγκεντρώσεις παραπλήσιες με αυτές του γάλακτος η ταχύτητα σχεδόν

διπλασιάζεται

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

11

Παρόμοια επίδραση με τα άλατα έχει και η παρουσία σακχάρων σε χαμηλές

συγκεντρώσεις Αντίθετα οι υψηλές συγκεντρώσεις μειώνουν την ταχύτητα

μετατροπής της μιας μορφής λακτόζης προς την άλλη (σχήμα 3)

Σχήμα 3 Σχέση μεταξύ των διαφόρων μορφών λακτόζης (Τ=C)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

12

144 Πλεονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Μερικά από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα του τυρογάλακτος ως υπόστρωμα

ζύμωσης είναι τα εξής

Υψηλό ποσοστό πρωτεϊνών και σακχάρων

Χαμηλό κόστος υποστρώματος

145 Μειονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Για την αξιοποίηση του τυρογάλακτος αντιμετωπίζονται διάφορες δυσκολίες από τις

οποίες οι πιο σημαντικές είναι

Το μεγάλο μικροβιακό φορτίο που το καθιστά ευπαθές Αν δεν παστεριωθεί ή

ψυχθεί αμέσως μετά την παραγωγή του αλλοιώνεται σε σύντομο χρονικό

διάστημα

Η σύστασή του δεν είναι σταθερή Κυμαίνεται ανάλογα με τον τύπο του

τυριού και το είδος του γάλακτος από τα οποία προέρχεται

Περιέχει χαμηλό σχετικά ποσοστό στερεών συστατικών πράγμα που

επιβραδύνει το κόστος επεξεργασίας του

Θεωρείται σαν προϊόν ευτελούς αξίας για αυτό και συχνά δεν αξιοποιείται Η

άποψη αυτή αναθεωρήθηκε τελευταία

146 Αξιοποίηση τυρογάλακτος Το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν

ζωοτροφή για χοίρους ή πτηνά σαν προσθήκη στο ψωμί για αύξηση της θρεπτικής

του αξίας σαν προσθήκη (πρωτεϊνών) σε διαιτητικές παιδικές τροφές Επίσης

χρησιμοποιείται για την παρασκευή αεριούχων ποτών ή άλλων ζυμωθέντων ποτών

αλβουμίνης και σφαιρίνης για προσθετικά τροφίμων αλκοόλης λακτόζης σιροπιών

γαλακτόζης και γλυκόζης και για την παρασκευή ριβοφλαμίνης

Ακόμη χρησιμοποιείται για την παραγωγή γαλακτικού οξέος για την παρασκευή

υποστρωμάτων ζυμώσεως για παραγωγή αντιβιοτικών μεθανίου ακετόνης και

βιομάζας (πρωτεΐνες SCP) και τέλος για την παρασκευή τυριών (Ricotta μανούρι

μυζήθρα)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

13

147 Χρήση των αποβλήτων τυροκομείου ως υπόστρωμα ζύμωσης Μια από τις

κύριες οδούς αξιοποίησης του τυρογάλακτος σχετίζεται με τη ζύμωση αυτού προς

παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας (γαλακτικό οξύ αιθυλική

αλκοόλη βιταμίνες β- γαλακτοσιδάση ξύδι βιομάζα μικροβιακό λίπος) (Αγγελής

2007) Ειδικότερα το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θρεπτικό μέσο για την

ανάπτυξη μικροοργανισμών (πχ γένη Kluyveromyces Candida Trichosporum

Torula) που δίδουν βιομάζα που περιέχει πρωτείνη υψηλής βιολογικής αξίας

(πλούσια σε απαραίτητα αμινοξέα) την αποκαλούμενη laquoμονοκυτταρική πρωτείνηraquo

Σε σύγκριση με τα φυτά οι μικροοργανισμοί εμφανίζουν σημαντικά υψηλότερους

ειδικούς ρυθμούς ανάπτυξης και υψηλότερη συγκέντρωση πρωτεΐνης στην

παραγόμενη βιομάζα που σε πολλές περιπτώσεις φτάνει το 80 (ββ) επί ξηρής

μάζας (Αγγελής 2007) Ενδεικτικά αναφέρεται ότι ήδη στη Γαλλία (Εταιρεία

laquoFr mager es Le Be raquo) παράγεται υψηλής αξίας μονοκυτταρική πρωτεΐνη κατά την

ανάπτυξη μυκήτων του είδους Kluyveromyces fragilis σε τυρόγαλα σε βιομηχανική

κλίμακα το δε παραγόμενο προϊόν χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία στη διατροφή

του ανθρώπου (Αγγελής 2007) Η χρησιμοποίηση των δυνάμενων να παράξουν

ενδοκυτταρικό λίπος μικροοργανισμών ( eag us ή -bearing microorganisms)

έχει ήδη αναφερθεί από το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο επισταμένη όμως μελέτη των

μικροοργανισμών αυτών πραγματοποιείται τα τελευταία 35 χρόνια (Agge s κλπ

1987 1988 1990 Ratledge 1994 2002 Certik and Shimizu 1999 Ratledge κλπ

2005 Αγγελής 2007) Το ενδιαφέρον για την παραγωγή των λιπιδίων αυτών

καλουμένων και μικροβιακών ή μονοκυτταρικών λιπιδίων (m cr b a s ή s g e ce

s) είναι μεγάλη καθώς αποτελούν πηγή σημαντικών λιπαρών οξέων που δεν

συναντάμε συχνά στη φύση Αυτά τα λιπαρά οξέα χρησιμοποιούνται στην κλινική

διατροφή και ως πρώτες ύλες για την παρασκευή ειδικών τροφών και καλλυντικών

(Rat edge 1994 Rat edge κλπ 2005 Αγγελής 2007)

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον εστιάζεται στο γ-λινολενικό οξύ ( LA Δ6912C183) ένα

λιπαρό οξύ το οποίο παράγεται κατά κύριο λόγο ως μεταβολικό προϊόν από τους

ελαιογόνους ζυγομύκητες (Agge s κλπ 1987 1988 1990 Rat edge 1994 2002

Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) και παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον λόγω των αντικαρκινικών και αντιφλεγμονωδών ιδιοτήτων που έχει

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

14

βρεθεί ότι περιέχει (Cert k a d h m u 1999 Ke y κλπ 2000) Παρά το γεγονός

ότι έχει αναφερθεί χρησιμοποίηση πληθώρας ανανεώσιμων υποστρωμάτων ή

υποστρωμάτων τύπου laquoαποβλήτωνraquo ως πηγών άνθρακα από ελαιογόνους

ζυγομύκητες προκειμένου να παραχθεί λίπος και γ-λινολενικό οξύ (Certik and

Shimizu 1999 Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) το τυρόγαλα

μέχρι στιγμής δεν έχει χρησιμοποιηθεί από μικροοργανισμούς αυτής της κατηγορίας

πιθανώς λόγω της μη-ικανοποιητικής ανάπτυξης αυτών στη λακτόζη (Cert k a d

h m u 1999) Αντίθετα ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 είχε παραχθεί

μικροβιακό λίπος που προσομοίαζε με αυτό του λίπους του κακάο (c c a- butter

subst tute) σε βιομηχανική κλίμακα χρησιμοποιώντας ελαιοπαραγωγούς ζύμες του

είδους Apiotrichum curvatum κατά την καλλιέργεια τους στο τυρόγαλα (Ykema κλπ

1988 1990 Davies κλπ 1990 Davies and Holdsworth 1992 Ratledge 1994

Αγγελής 2007)

148 Χρήσεις της Μονοκυτταρικής Πρωτεΐνης στην ανθρώπινη διατροφή και

στις ζωοτροφές Στη διατροφή των ζώων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται για την πάχυνση των μόσχων για την πάχυνση πουλερικών και

χοίρων Επίσης χρησιμοποιείται στις ζωοτροφές για όρνιθες ωοπαραγωγής καθώς και

για την καλλιέργεια ψαριών Τέλος η μονοκυτταρική πρωτεΐνη χρησιμοποιείται ως

τροφή κατοικίδιων ζώων Στον τομέα των τροφίμων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται ως φορέας αρωμάτων βιταμινών και ως ενισχυτικό

γαλακτωματοποιητών Επίσης χρησιμοποιείται για την βελτίωση της θρεπτικής αξίας

των ψημένων προϊόντων σε σούπες σε έτοιμα γεύματα για σερβίρισμα και σε

συνταγές δίαιτας

149 Παραγωγή Μονοκυτταρικής Πρωτείνης (SCP) Ο όρος laquo πρωτεΐνες μονο-

κυττάρωνraquo (SCP) επινοήθηκε από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης το

1966 και συνηθίζεται σήμερα να αναφέρεται ως μικροβιακή βιομάζα

χρησιμοποιούμενη ως τρόφιμο και ως πρόσθετο τροφίμων Ακόμα η απομονωμένη

κυτταρική πρωτεΐνη ή τα ολικά κυτταρικά συστατικά μπορούν να καλούνται SCP

Επίσης ο όρος μονοκυτταρική πρωτεΐνη αναφέρεται σε αποξηραμένα κύτταρα

μικροοργανισμών όπως πλαγκτόν ακτινομυκήτων βακτηρίων ζυμομυκήτων και

μυκήτων που αναπτύσσονται σε μεγάλη κλίμακα για να χρησιμοποιηθούν ως πηγές

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

15

πρωτεϊνών στην τροφή των ανθρώπων ή ζώων Αν και οι μικροοργανισμοί αυτοί

αναπτύσσονται για τις πρωτεΐνες τους τα κύτταρά τους περιέχουν επίσης

υδατάνθρακες λιπίδια βιταμίνες ιχνοστοιχεία και νουκλεiumlκά οξέα

Δεν είναι παράξενο ότι οι μικροοργανισμοί έχουν χρησιμοποιηθεί ως συστατικά

τροφών από τους αρχαίους χρόνους Για παράδειγμα οι ζυμομύκητες

χρησιμοποιούνται εδώ και πολλούς αιώνες για την παρασκευή του ψωμιού Επίσης

τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιούνται γα την παρασκευή τυριού και

αλλαντικών Γύρω από το 1900 στην Αμερική η φυγοκέντρηση χρησιμοποιήθηκε για

τον διαχωρισμό των κυττάρων της ζύμης από το μέσον καλλιέργειας

Η πρώτη παραγωγή πρωτεϊνών από μονοκύτταρους οργανισμούς έγινε στη Γερμανία

κατά την διάρκεια του Αrsquo παγκοσμίου πολέμου όταν ο ζυμομύκητας Saccharomyces

cerevisiae αναπτύχθηκε με μελάσα για πηγή άνθρακα και άλατα αμμωνίου για πηγή

αζώτου Κατά τη διάρκεια του Βrsquo παγκοσμίου πολέμου η τεχνολογία των

βιοαντιδραστήρων είχε αρχίσει να αναπτύσσεται με άμεση εφαρμογή στη μαζική

παραγωγή μικροβιακών κυττάρων Σήμερα με τις τεχνικές διήθησης του υγρού

καλλιέργειας από ειδικά φίλτρα έχει ελαττωθεί κατά πολύ το κόστος μια και η

φυγοκέντρηση δεν είναι πλέον αναγκαία

Πολλά ακατέργαστα υλικά θεωρήθηκαν ως πηγή τροφής των κυττάρων για την

παραγωγή των πρωτεϊνών μονοκυττάρων Στις περισσότερες περιπτώσεις τα

ακατέργαστα υλικά πρέπει να τροποποιηθούν με φυσικούς χημικούς ή ενζυμικούς

τρόπους

Πηγή κυτταρίνης όπως τα ξύλα και άχυρα που αποτελούνται από το σύμπλοκο

λιγνίνης-κυτταρίνης δεν υδρολύονται εύκολα με ένζυμα ή οξέα για να

απελευθερώσουν σάκχαρα Στο παρακάτω σχήμα 5 περιγράφεται σχηματικά η

διαδικασία παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτείνης από κόκκους κεφίρ (μίγμα

γαλακτικών βακτηρίων και ζυμών Kluyveromyces)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

16

Σχήμα 5 Διάγραμμα παραγωγής SCP από κόκκους κεφίρ

1410 Σύσταση και διατροφική αξία της Μονοκυτταρικής πρωτείνης Η

θρεπτική αξία των τροφίμων από μονοκυτταρική πρωτεΐνη ποικίλει ανάλογα με την

χρήση των μικροοργανισμών Η μέθοδος της συγκομιδής της αποξήρανσης και της

επεξεργασίας έχει επίδραση στην θρεπτική αξία του τελικού προϊόντος Η θρεπτική

αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι η εξής

1 Μπορεί να καλλιεργηθεί σε μη τρόφιμα (υπόστρωμα)

2 Το ξηρό βάρος των μικροοργανισμών περιέχει 60-70 πρωτεΐνη

3 Έχει εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα αναπαραγωγής δηλαδή έχει

γρήγορο ρυθμό πολλαπλασιασμού

4 Έχει υψηλή περιεκτικότητα στο σύμπλεγμα βιταμινών Β

5 Περιέχει θειαμίνη ριβοφλαβίνη γλουταθειόνη φολικό οξύ κλπ

Η ενδεικτική σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτείνης

περιγράφεται στους πίνακες 2-4

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

17

Πίνακας 2 Σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης σε

διαφορετικά είδη μικροοργανισμών(Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Συστατικά Μύκητες Άλγη Ζύμες Βακτήρια

Πρωτεΐνες 30-45 40-60 45-55 50-65

Λιπίδια 2-8 7-20 2-6 15-3

Τέφρα 9-14 8-10 5-95 3-7

Νουκλεΐκό οξύ 7-10 3-8 6-12 8-12

Πίνακας 3 Αμινοξέα της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida utilis

(g αμινοξέων100g πρωτεΐνης) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Αμινοξέα Candida utilis

Ασπαρτικό οξύ 132 plusmn 012

Θρεονίνη 060 plusmn 005

Σερίνη 064 plusmn 004

Γλουταμινικό οξύ 320 plusmn 02

Προλίνη 074 plusmn 0045

Γλυκίνη 075 plusmn 006

Αλανίνη 118 plusmn 012

Βαλίνη 054 plusmn 004

Μεθειονίνη 044 plusmn 0032

Ισολευκίνη 081 plusmn 0045

Λευκίνη 144 plusmn 012

Τυροσίνη 086 plusmn 0054

Φαινυλαλανίνη 098 plusmn 0057

Λυσίνη 124 plusmn 011

Ιστιδίνη 019 plusmn 0012

Αργινίνη 082 plusmn 0045

Πίνακας 4 Περιεκτικότητα βιταμινών μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida

utilis (mg100g ξηρού βάρους) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Βιταμίνες Candida utilis

Θειαμίνη 053

Ριβοφλαβίνη 450

Νιασίνη 4173

Πυριδοξίνη 334

Παντοθενικό οξύ 372

Χολίνη -

Φολικό οξύ 215

Ινοσιτόλη -

Βιοτίνη 023

Βιταμίνη Β12 0

Ρ-αμινοβενζοiumlκό οξύ 17

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 2: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

1

Τίτλος έργου Αξιοποίηση Τυρογάλακτος με Παραγωγή

Μονοκυτταρικής Πρωτεΐνης με Ζύμωση

1 Εισαγωγή

Η εταιρεία Γ Α ΝΟΥΣΙΑΣ ΟΕ δραστηριοποιείται στην παραγωγή φέτας και

άλλων τυριών ποιότητας στην περιοχή της Ν Λεύκης της Λάρισας Όπως και άλλες

επιχειρήσεις του κλάδου αντιμετωπίζει πρόβλημα με την διαχείριση του

τυρογάλακτος που παράγεται σαν υποπροϊόν της τυροκόμισης Στα πλαίσια της

παρούσας ερευνητικής πρότασης η εταιρεία με την βοήθεια του εργαστηρίου

προϊόντων ζωικής παραγωγής του Τμήματος Ζωικής Παραγωγής του ΤΕΙ Λάρισας

δοκίμασε μία καινοτόμο ιδέα παραγωγής μονοκυταρρικής πρωτεΐνης με απευθείας

ζύμωση της λακτόζης του τυρογάλακτος σε βιοαντιδραστήρα πλήρους ανάδευσης

τύπου STR Mε τον παραπάνω τρόπο θεωρείται ότι η επιχείρηση θα μπορέσει να

αντιμετωπίσει το πρόβλημα του αποβλήτου της Μεταφέροντας σε βιομηχανική

κλίμακα τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης θεωρείται επίσης ότι η επιχείρηση

θα λύσει με ορθολογιστικό τρόπο το πρόβλημα του τυρογάλακτος κερδίζοντας

προστιθέμενη αξία από την πώληση της παραγόμενης μονοκυτταρικής πρωτεΐνης και

από την διακοπή λειτουργίας του βιολογικού καθαρισμού της που επί του παρόντος

επιβαρύνει την επιχείρηση με μεγάλα λειτουργικά κόστη

11 Παρουσίαση της επιχείρησης Για την εταιρία Γ amp Α ΝΟΥΣΙΑΣ ΟΕ η

άσκηση της τυροκομικής τέχνης είναι οικογενειακή κληρονομιά και ιστορία από τις

ρίζες του γενεαλογικού της δέντρου Από τον τόπο καταγωγής τη Βασιλίτσα της

Πίνδου σημείο αναφοράς και αφετηρία μέχρι τις σημερινές ιδιόκτητες και

υπερσύγχρονες εγκαταστάσεις της εταιρίας στη Νέα Λεύκη Λάρισας μεσολάβησαν

πολλά χρόνια φροντίδας και ποιοτικής τυροκόμησης Το 1967 εμφανίζεται για πρώτη

φορά στην αγορά της Γερμανίας η φέτα της εταιρίας laquoΓ amp Α ΝΟΥΣΙΑΣ ΟΕraquo και

από τότε με την επωνυμία laquoΒΑΣΙΛΙΤΣΑraquo κυριαρχεί στην ευρωπαϊκή αγορά

laquoΣυνταγήraquo επιτυχία η συλλογή μεταφορά αποθήκευση και επεξεργασία του

γάλακτος στο σωστό χρόνο και μόνο με την καλύτερη δυνατή τεχνολογία για

ακέραιη διατήρηση και εξασφάλιση όλων των οργανοληπτικών του στοιχείων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

2

Γεγονός που σε συνδυασμό με τις συνεχείς επενδύσεις της εταιρίας σε ανθρώπινο

δυναμικό και μηχανήματα έφερε την φέτα laquoΒΑΣΙΛΙΤΣΑraquo σε κορυφαία θέση

προτίμησης

12 Εισαγωγή

Ένας από τους κοινοτικούς στόχους είναι η ανάπτυξη της Γεωργίας και Βιομηχανίας

χωρίς επιβάρυνση του περιβάλλοντος για το γενικό σύνολο Δυστυχώς σε πολλές

ευρωπαϊκές χώρες όπως και στην Ελλάδα γεωργικά παραπροϊόντα και υπολείμματα

γεωργικών βιομηχανιών και δραστηριοτήτων συνήθως απορρίπτονται σαν άχρηστα

και πολλές φορές αποτελούν σοβαρά προβλήματα ρυπάνσεως και μόλυνσης του

περιβάλλοντος Θα μπορούσαν όμως πολλά από αυτά μετά από κατάλληλη

επεξεργασία να αποτελέσουν νέο οικονομικό πόρο υπακούοντας ταυτόχρονα στους

κανόνες περιβαλλοντικής προστασίας Η αξιοποίηση αυτών των πρώτων υλών

αποβλήτων ή παραπροϊόντων που συνήθως είναι χαμηλού ή και αρνητικού κόστους

μπορεί να μειώσει το κόστος παραγωγής ανά μονάδα και ταυτόχρονα να

δημιουργήσει νέες θέσεις εργασίας που θα προκύψουν από την αξιοποίηση αυτή

Μεταξύ των οργανικών στερεών ή ημι-στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών

αποβλήτων που παρουσιάζουν ενδιαφέρον από πλευράς ποσοτήτων για τον Ελλαδικό

χώρο μπορούμε να αναφέρουμε τα εξής Άχυρα δημητριακών καλαμποκιού και

βάμβακος υποπροϊόντα ελαιουργείων και τυροκομείων υπολείμματα βιομηχανιών

χυμών εσπεριδοειδών και στέμφυλα οινοποιίας Η αξιοποίηση και η διαχείριση

τέτοιων αγροτοβιομηχανικών υπολειμμάτων και παραπροϊόντων αποβλέπει και στην

έκδοση οικολογικού σήματος (Eco-label) των προϊόντων το οποίο σήμα θα δίνεται σε

εκείνα τα οποία προέρχονται από διαδικασίες με μικρή ή καθόλου περιβαλλοντική

επίπτωση

13 Οργάνωση και στόχοι της έρευνας και βιομηχανικής εφαρμογής

Η ένταση της βιομηχανικής παραγωγής τροφίμων ως ανάγκη της αύξηση του

πληθυσμού της γης και η ταυτόχρονη αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας από τη

γενικότερη παγκόσμια οικονομική ανάπτυξη έχουν δημιουργήσει προβλήματα

απόρριψης και διάθεσης των οργανικών-γεωργικών αποβλήτων στο περιβάλλον

καθώς έντονη ανάγκη για ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Από τις αρχές του 1980 η

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

3

σχέση μεταξύ της ενεργειακής χρήσης και περιβαλλοντικών επιπτώσεων έχει

τραβήξει το παγκόσμιο ενδιαφέρον και ένας μεγάλος αριθμός διεθνών δράσεων έχει

επικεντρωθεί προς αυτήν την κατεύθυνση

Τα τυροκομεία παράγουν απόβλητα των οποίων το τυρόγαλο (cheese whey) είναι το

κύριο απόβλητο με υψηλό οργανικό φορτίο (μέχρι και 70 g CODL) το οποίο ωστόσο

είναι βιοαποκοδομήσιμο πλούσιο σε πρωτεΐνη λακτόζη άλατα κλπ Γιrsquo αυτό το

λόγο η χρήση ή η διάθεση του είναι σημαντική Αν διατεθεί ακατέργαστο σε

υδροφόρους ορίζοντες μπορεί να προκαλέσει σοβαρές περιβαλλοντικές επιπτώσεις

(φαινόμενα υπερτροφισμού εξάντληση οξυγόνου σε λίμνες ποτάμια εξόντωση της

υδρόβιας ζωής) Επίσης διαθέτει σημαντική φυτοξικότητα (μείωση της σοδειάς αν

χρησιμοποιηθεί ως υγρό λίπασμα) ενώ αλλοιώνει και τα φυσικοχημικά

χαρακτηριστικά του εδάφους Ωστόσο το τυρόγαλο μπορεί να επεξεργασθεί και να

αξιοποιηθεί κατάλληλα ώστε να μειωθούν αφενός τα προβλήματα αποικοδόμησης

του αποβλήτου (σε βιολογικούς καθαρισμούς) και διάθεσης στο περιβάλλον και

αφετέρου να παραχθούν αρκετά προϊόντα υψηλής προστιθέμενης αξίας που μπορούν

να αποβούν εις όφελος των γαλακτοπαραγωγικών μονάδων Τα κύρια αυτά προϊόντα

είναι τα εξής

- Πρωτείνη ορού γάλακτος (τυρογάλακτος) έπειτα από θέρμανση

(μετουσίωση-καθίζηση πρωτείνης μαζί με ελάχιστο λίπος και άλατα)

- Καθαρή πρωτείνη τυρογάλακτος έπειτα από υπερδιήθιση

- Γαλακτικό οξύ ως προϊόν ζύμωσης τους τυρογάλακτος

- Μονοκυτταρική πρωτείνη (μικροβιακή βιομάζα) ως προϊόν ζύμωσης τους

τυρογάλακτος

- Αιθανόλη ως προϊόν ζύμωσης τους τυρογάλακτος

- Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής ζύμωσης του τυρογάλακτος

Σήμερα σε βιομηχανική κλίμακα το πλήρες τυρόγαλα χρησιμοποιείται για την

παραγωγή τυριών τυρογάλακτος όπως μυζύθρα ανθότυρο μανούρι τυρί τύπου

cottagePhiladelphia κλπ ή για παραγωγή οροπρωτείνης έπειτα από υπερδιήθιση η

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

4

οποία χρησιμοποιείται ως πρόσθετο σε διάφορα τρόφιμα (ικανότητα

γαλακτωματοποίσης-σταθεροποίησης γαλακτωμάτων αύξησης συγκράτησης νερού

σε γαλακτώματα-διαλύματα αύξηση συγκέντρωσης σε πρωτείνη κλπ) Επίσης το

πλήρες υγρό τυρόγαλα ή έπειτα από ξήρανση μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ζωοτροφή

(κυρίως σε χοίρους) Στη χειρίστη περίπτωση απορρίπτεται ως έχει παράνομα σε

υδροφόρους ορίζοντες

Το αποπρωτεϊνομένο τυρόγαλα (μετά και την απομάκρυνση-αξιοποίηση των

οροπρωτεϊνών του) είναι το κύριο απόβλητο που παραμένει συνήθως αδιάθετο και

εξακολουθεί να περιέχει υψηλό ρυπαντικό φορτίο λόγο της υψηλής συγκέντρωσης

σακχάρων και κυρίως λακτόζης που περιέχει (~ 47-50 ) Αυτό το σάκχαρο μαζί

με άλατα και χαμηλού μοριακού βάρους αζωτούχες ενώσεις που μπορεί να περιέχει

το αποπρωτείνωμένο τυρόγαλο (πρωτεόζες-πεπτόνες-αμινοξέα) είναι ένα αρκετά

καλό υπόστρωμα ζύμωσης για μικροοργανισμούς που μπορούν να μεταβολίσουν τη

λακτόζη και να παράγουν με βιοτεχνολογικό τρόπο ουσίες υψηλής προστιθέμενης

αξίας μειώνοντας παράλληλα σημαντικά το COD-BOD του απομένοντος υγρού

αποβλήτου μετά το τέλος της ζύμωσης Η βιομάζα άλλωστε που καλλιεργείται για

την κάθε ζύμωση μπορεί έπειτα από αποστείρωση-ξήρανση να χρησιμοποιηθεί ως

μονοκυτταρική πρωτείνη και διατροφικό συμπλήρωμα για ζωοτροφές ή ανθρώπινη

διατροφή Αυτός είναι και ο βασικός στόχος της παρούσας εφαρμοσμένης έρευνας

και μελέτης

14 Βιβλιογραφική Ανασκόπηση

141 Το τυρόγαλα Τυρόγαλα είναι το προϊόν το οποίο λαμβάνεται με τη χρήση

οξέων πυτιάς ή και φυσικοχημικών μεθόδων κατά την παραγωγή τυριών και

καζεΐνης (Κανονισμός 62530-3-1978 ΕΕ) Κατά την τυροκόμηση αγελαδινού

γάλακτος το 10-20 (ββ) των συνολικών συστατικών του γάλακτος μεταφέρεται

στο τυρί και το υπόλοιπο στο τυρόγαλα Τα ποσοστά αυτά ποικίλουν ανάλογα με το

είδος του τυριού που παρασκευάζεται και την τεχνολογία που εφαρμόζεται Ως γενική

προσέγγιση μπορούμε να πούμε ότι το τυρόγαλα είναι ιδιαίτερα πλούσιο σε λακτόζη

η οποία συνιστά το κύριο ρυπαντικό συστατικό του αποβλήτου ενώ περιέχει μεγάλη

ποικιλία ανόργανων και οργανικών ουσιών Στις αζωτούχες ενώσεις του

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

5

τυρογάλακτος κυριαρχούν οι αλβουμίνες και γλοβουλίνες του γάλακτος που δεν

πήζουν με την πυτιά ή με την οξίνιση του Πέρα αυτών υπάρχουν πρωτεόζες-

πεπτόνες και πλήθος άλλων υδατοδιαλυτών αζωτούχων ουσιών Θα πρέπει να

τονιστεί επίσης ότι το τυρόγαλα έχει πλήθος αλάτων και βιταμινών Κατά την

τυροκόμιση του γάλακτος μεταφέρεται στο τυρόγαλα περίπου το 40-50 (ββ) των

στερεών συστατικών του γάλακτος και προκαλεί σημαντική ρύπανση όταν

απορρίπτεται στο περιβάλλον Σε πολλές χώρες απαγορεύεται η απόρριψη του στο

αποχετευτικό δίκτυο των πόλεων εάν πριν δεν έχει προηγηθεί κάποια επεξεργασία

μείωσης της οργανικής του ουσίας Σήμερα παράγονται περίπου 120 εκατομμύρια

τόνοι τυρογάλακτος σε όλο τον κόσμο (Peters 2006) Από την παραγωγή αυτή

αξιοποιείται μόνο το 55 περίπου Το υπόλοιπο απορρίπτεται ως απόβλητο

142 Σύσταση Τυρογάλακτος Το τυρόγαλα περιέχει μεγάλη ποικιλία στερεών

συστατικών η αναλογία των οποίων προσδιορίζεται κατά κύριο λόγο από τη

σύσταση του γάλακτος από το οποίο προέρχεται αλλά και από τις τεχνολογικές

επεμβάσεις που γίνονται κατά την διάρκεια της επεξεργασίας του Όλοι οι

παράγοντες που επηρεάζουν τη σύσταση του γάλακτος επηρεάζουν και αυτή του

τυρογάλακτος που λαμβάνεται από αυτό Επίσης η θερμική μεταχείριση του

γάλακτος πριν από την πήξη του ο τρόπος πήξης του - ένζυμα βιολογική οξίνιση

προσθήκη οξέων ο βαθμός διαίρεσης του πήγματος καθώς και ο τρόπος και η

θερμοκρασία αναθέρμανσης επηρεάζουν τη σύσταση του τυρογάλακτος Από τα

συστατικά του τυρογάλακτος το λίπος είναι δυνατόν να απομακρυνθεί εύκολα με

φυγοκέντρηση και να χρησιμοποιηθεί με διαφόρους τρόπους ενώ τα άλλα για να

παραληφθούν και να αξιοποιηθούν θα πρέπει αυτό να υποβληθεί σε ειδική κατά

περίπτωση επεξεργασία Κατά τη φυγοκέντρηση του τυρογάλακτος πέραν του

λίπους απομακρύνονται και μικρά τεμαχίδια πήγματος που περιέχει

Παραπλήσια σύσταση με αυτήν του αγελαδινού τυρογάλακτος έχει και το

αποκορυφωμένο τυρόγαλα από την παρασκευή διάφορων τύπων τυριών του

εξωτερικού με εξαίρεση το λίπος που αφαιρείται

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

6

Χαρακτηριστικό των αζωτούχων ουσιών του τυρογάλακτος είναι ότι σε αυτές η

καζεΐνη υπάρχει σε ίχνη Δεσπόζουν στην περίπτωση αυτή οι αλβουμίνες και

γλοβουλίνες του γάλακτος που δεν πήζουν με την πυτιά ή με την οξίνισή του Πέραν

αυτών υπάρχουν πρωτεόζες-πεπτόνες και πλήθος άλλων υδατοδιαλυτών αζωτούχων

ουσιών Δε μεταφέρονται όμως στο τυρόγαλα μόνον κύρια συστατικά του γάλακτος

αλλά και άλατα και βιταμίνες και μάλιστα σε σημαντικές ποσότητες

Ιδιαίτερα σημαντικό για το τυρόγαλα είναι ότι στη δομή των πρωτεϊνών του

συμμετέχουν όλα τα απαραίτητα αμινοξέα στην ενδεδειγμένη αναλογία και μεταξύ

τους σχέσεις για τη διατροφή του ανθρώπου γεγονός που τους προσδίδει εξαιρετική

βιολογική αξία Ενδεικτικές τιμές για τη θρεπτική αξία και σύσταση τυρογάλακτος

δίδονται στον Πίνακα 1

Πίνακας 1 Θρεπτική αξία και Σύσταση Τυρογάλακτος( Venetsaneas et al 2009

e s 1996)

Συστατικό Τιμή Βιβλιογραφία

Διαλύτες 06-08 wv Venetsaneas et al 2009

e s 1996

Πρωτεΐνες 8-10 wv

Λιπίδια 04-05 wv Venetsaneas et al 2009

e s 1996

Μεταλλικά άλατα 8-10 του ξηρού

εκχυλίσματος

Venetsaneas et al 2009

e s 1996

BOD5 30000-50000 ppm e so 1996

COD 60000-80000 ppm e s 1996

143 Η λακτόζη Η λακτόζη ή γαλακτοσάκχαρο είναι χαρακτηριστικός

υδατάνθρακας του γάλακτος ο μόνος που υπάρχει ελεύθερος και σε σημαντικές

ποσότητες To κανονικό γάλα περιέχει συνήθως 44 έως 52 και κατά μέσο όρο

48 λακτόζη που αντιπροσωπεύει το 50-52 των στερεών συστατικών του άπαχου

γάλακτος Στο γάλα της γυναίκας η λακτόζη απαντά σε μεγαλύτερη αναλογία

περίπου 7 Τα διάφορα είδη γάλακτος παρουσιάζουν πολλές φορές σημαντικές

διαφορές μεταξύ τους στην περιεκτικότητά τους σε λακτόζη Αν εξετάσουμε όμως τη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

7

σύσταση του γάλακτος των περισσοτέρων θηλαστικών διαπιστώνουμε ότι η λακτόζη

παρουσιάζει πάντοτε πολύ μικρότερη διακύμανση από ότι το λίπος και τα

λευκώματα πράγμα που οδηγεί στην άποψη ότι η ενζυματική διεργασία που αφορά

τη σύνθεση της λακτόζης είναι παρόμοια σε τελείως διαφορετικά είδη Από βιολογική

άποψη η λακτόζη χρησιμεύει στον οργανισμό ως πηγή ενέργειας πλην όμως για να

απορροφηθεί πρέπει πρώτα να διασπαστεί σε γλυκόζη και γαλακτόζη Σ αυτό βοηθά

το ένζυμο λακτάση που αφθονεί στο πεπτικό σύστημα των βρεφών Σήμερα έχει

διαπιστωθεί ότι η δράση της λακτάσης παρουσιάζεται αυξημένη κατά τις πρώτες

ημέρες μετά τη γέννηση πλην όμως ελαττώνεται με την πάροδο του χρόνου Ο

βαθμός ανοχής της λακτόζης του σιτηρεσίου από τα διάφορα είδη θηλαστικών μπορεί

να λεχθεί ότι είναι ανάλογος της περιεκτικότητας του γάλακτός τους στο σάκχαρο

αυτό Η παρουσία της λακτόζης στο γάλα και στα προϊόντα του παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον γιατί

α) Είναι πρωταρχικός παράγοντας στον έλεγχο των ζυμώσεων σε διάφορα

γαλακτοκομικά προϊόντα

β) Προσδίδει θρεπτική αξία στο γάλα και στα γαλακτοκομικά προϊόντα

γ) Η γεύση και η διαλυτότητα αποθηκευμένων γαλακτοκομικών προϊόντων

επηρεάζονται out αυτή

δ) Παίζει βασικό ρόλο στην εμφάνιση του χρώματος και της γεύσεως στα

υπερθερμασμένα γαλακτοκομικά προϊόντα

ε) Για τον άνθρωπο και αρκετά ζώα δεν αποτελεί μόνο πηγή ενέργειας αλλά

και πηγή γαλακτόζης που αποτελεί συστατικό των νευρικών ιστών

1431 Δομή της Λακτόζης Η λακτόζη είναι δισακχαρίτης που σχηματίζεται από

την ένωση ενός μορίου d-γλυκόζης και ενός μορίου d-γαλακτόζης κατά τρόπο ώστε

να μένει ελεύθερη μια αλδεϋδική ομάδα Σχηματίζεται από τη γλυκόζη του αίματος

και γι αυτό η περιεκτικότητα του τελευταίου στο σάκχαρο αυτό κατά τη διάρκεια της

γαλακτικής περιόδου είναι μικρότερη εκείνης της ξηράς περιόδου Κατά το άρμεγμα

παρατηρείται επίσης πτώση της γλυκόζης του αίματος που επανέρχεται όμως σε

κανονικό επίπεδο λίγο μετά το άρμεγμα Η λακτόζη υπάρχει σε δύο ισομερείς μορφές

την α και β που διακρίνονται μεταξύ τους από τη θέση του υδροξυλίου της γλυκόζης

(σχήμα 1)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

8

Σχήμα 1 Ισομερείς μορφές λακτόζης

Η λακτόζη απαντά στη φύση και στα γαλακτοκομικά προϊόντα είτε στις δύο

κρυσταλλικές μορφές α-ένυδρη και β-άνυδρη ή σαν άμορφη ιλυώδης μάζα που

είναι μίγμα α και β λακτόζης Κάτω από ειδικές συνθήκες λαμβάνονται και άλλες

μορφές που διαφέρουν μεταξύ τους κυρίως σε ότι αφορά τις φυσικές τους ιδιότητες

Η μορφή α-λακτόζης που απαντά σε συνήθεις θερμοκρασίες είναι η ενυδατωμένη με

ένα μόριο νερού mdash C12H22OMH2O H λακτόζη του εμπορίου είναι η μορφή αυτή και

λαμβάνεται από υπερκορεσμένα υδατικά διαλύματα λακτόζης με βραδεία

κρυστάλλωση σε θερμοκρασίες μικρότερες των 935 C Έχει σημείο τήξεως 2016deg

C Η α-άνυδρη λακτόζη σχηματίζει κρυστάλλους διαφόρων μορφών που

καθορίζονται από τις συνθήκες κρυσταλλώσεως Ο παράγοντας που κατά κύριο

λόγο ρυθμίζει τη μορφή των κρυστάλλων είναι ο λόγος μεταξύ της πραγματικής

συγκεντρώσεως προς τη διαλυτότητα Όταν είναι μεγάλος η κρυστάλλωση

προχωρεί γρήγορα και σχηματίζονται μόνο πρίσματα Όσο ο λόγος αυτός μειώνεται

τόσο η κρυστάλλωση γίνεται με βραδύτερο ρυθμό ενώ η μορφή των κρυστάλλων

αλλάζει Στη συνέχεια δίδονται οι διάφορες μορφές κρυστάλλων της α-ένυδρης

λακτόζης Οι Α Β και C λαμβάνονται όταν ο ρυθμός κρυσταλλώσεως είναι

γρήγορος ενώ οι Ε F και G όταν είναι βραδύς Ο κρύσταλλος Η δίδει την άλλη όψη

του G ενώ η μορφή D έχει σχήμα πυραμίδας που προκύπτει από την εξέλιξη του

κρυστάλλου C Η κρυστάλλωση στα γαλακτοκομικά προϊόντα είναι συχνά πιο

πολύπλοκοo φαινόμενο Τα άλλα συστατικά του επηρεάζουν την κρυστάλλωση της

λακτόζης με αποτέλεσμα να δημιουργούνται ακανόνιστοι κρύσταλλοι που

διαφέρουν εκείνων που λαμβάνονται από καθαρά διαλύματά της σε ορισμένες

περιπτώσεις μάλιστα είναι δυνατό να παρεμποδίσουν το σχηματισμό πυρήνων

κρυσταλλώσεως και να καθυστερήσουν την κρυστάλλωση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

9

Οι κρύσταλλοι της α-ένυδρης λακτόζης είναι σκληροί και δυσκολοδιάλυτοι (σχήμα

2)

Σχήμα 2 Κρυσταλλικές μορφές λακτόζης

1432 Βιοσύνθεση της Λακτόζης Κατά την υδρόλυσή της η λακτόζη δίδει ένα

μόριο γλυκόζης και ένα μόριο γαλακτόζης Ο τρόπος συνθέσεως της λακτόζης στο

μαστό των ζώων έχει κατά καιρούς απασχολήσει ερευνητές διαφόρων χωρών

Σήμερα είναι γνωστό ότι η κατ εξοχήν πρόδρομη ουσία για τη σύνθεση της είναι η

D-γλυκόζη του αίματος

Σε πρώτη φάση μετατρέπεται στο μαστό ένα μέρος της D-γλυκόζης σε D-γαλακτόζη

Στη συνέχεια ένα μόριο D-γλυκόζης ενώνεται με ένα μόριο D-γαλοκτόζης και

δημιουργείται η λακτόζη

Αναλυτικότερα ο σχηματισμός της λακτόζης στο μαστό περιλαμβάνει τα εξής στάδια

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

10

Από τα ένζυμα που συμμετέχουν στο σχηματισμό της λακτόζης η συνθετάση της

λακτόζης (UDP mdash γαλακτόζη mdash d mdash γλυκόζη I mdash γαλακτοζυλοτρανφεράση)

απαντά μόνο στο μαστό ενώ τα άλλα ανευρίσκονται και σε άλλα σημεία του

σώματος των ζώων όπου λαμβάνουν μέρος σε διάφορους μεταβολικούς κύκλους

Διαπιστώθηκε ότι η συνθετάση της λακτόζης αποτελείται από δύο πρωτεΐνες που

ονομάστηκαν Α και Β To τμήμα Β του ενζύμου βρέθηκε ότι είναι ταυτόσημο με την

α-γαλακταλβουμίνη που είναι προϊόν της συνθετικής δραστηριότητας των

γαλακτικών κυττάρων και απαντά μόνο στο μαστό ενώ το Α υπάρχει σε διάφορους

ιστούς και μόνο του καταλύει διαφορετική αντίδραση

1433 Ισορροπία λακτόζης σε διάλυμα Ο ρυθμός μετατροπής της α-λακτόζης προς

β και αντίστροφα μέχρι να επιτευχθεί η ισορροπία μεταξύ τους επηρεάζεται

σημαντικά από τη θερμοκρασία του διαλύματος Είναι μικρή σε χαμηλές

θερμοκρασίες και αυξάνει με την αύξησή της Στους 70 C η ισορροπία επιτυγχάνεται

αμέσως To pH επηρεάζει επίσης το φαινόμενο αυτό Σε τιμές ρΗ γύρω από 50 ο

ρυθμός μετατροπής της μιας μορφής προς την άλλη είναι πολύ μικρός πλην όμως

αυξάνει με τη μεταβολή του Σε ρΗ 90 η ισορροπία επιτυγχάνεται σε λίγα λεπτά Η

παρουσία αλάτων μπορεί να επηρεάσει την ταχύτητα μετατροπής της α-λακτόζης

προς β και αντίστροφα Η επίδραση είναι περιορισμένη σε αραιά διαλύματα αλάτων

πλην όμως σε συγκεντρώσεις παραπλήσιες με αυτές του γάλακτος η ταχύτητα σχεδόν

διπλασιάζεται

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

11

Παρόμοια επίδραση με τα άλατα έχει και η παρουσία σακχάρων σε χαμηλές

συγκεντρώσεις Αντίθετα οι υψηλές συγκεντρώσεις μειώνουν την ταχύτητα

μετατροπής της μιας μορφής λακτόζης προς την άλλη (σχήμα 3)

Σχήμα 3 Σχέση μεταξύ των διαφόρων μορφών λακτόζης (Τ=C)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

12

144 Πλεονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Μερικά από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα του τυρογάλακτος ως υπόστρωμα

ζύμωσης είναι τα εξής

Υψηλό ποσοστό πρωτεϊνών και σακχάρων

Χαμηλό κόστος υποστρώματος

145 Μειονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Για την αξιοποίηση του τυρογάλακτος αντιμετωπίζονται διάφορες δυσκολίες από τις

οποίες οι πιο σημαντικές είναι

Το μεγάλο μικροβιακό φορτίο που το καθιστά ευπαθές Αν δεν παστεριωθεί ή

ψυχθεί αμέσως μετά την παραγωγή του αλλοιώνεται σε σύντομο χρονικό

διάστημα

Η σύστασή του δεν είναι σταθερή Κυμαίνεται ανάλογα με τον τύπο του

τυριού και το είδος του γάλακτος από τα οποία προέρχεται

Περιέχει χαμηλό σχετικά ποσοστό στερεών συστατικών πράγμα που

επιβραδύνει το κόστος επεξεργασίας του

Θεωρείται σαν προϊόν ευτελούς αξίας για αυτό και συχνά δεν αξιοποιείται Η

άποψη αυτή αναθεωρήθηκε τελευταία

146 Αξιοποίηση τυρογάλακτος Το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν

ζωοτροφή για χοίρους ή πτηνά σαν προσθήκη στο ψωμί για αύξηση της θρεπτικής

του αξίας σαν προσθήκη (πρωτεϊνών) σε διαιτητικές παιδικές τροφές Επίσης

χρησιμοποιείται για την παρασκευή αεριούχων ποτών ή άλλων ζυμωθέντων ποτών

αλβουμίνης και σφαιρίνης για προσθετικά τροφίμων αλκοόλης λακτόζης σιροπιών

γαλακτόζης και γλυκόζης και για την παρασκευή ριβοφλαμίνης

Ακόμη χρησιμοποιείται για την παραγωγή γαλακτικού οξέος για την παρασκευή

υποστρωμάτων ζυμώσεως για παραγωγή αντιβιοτικών μεθανίου ακετόνης και

βιομάζας (πρωτεΐνες SCP) και τέλος για την παρασκευή τυριών (Ricotta μανούρι

μυζήθρα)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

13

147 Χρήση των αποβλήτων τυροκομείου ως υπόστρωμα ζύμωσης Μια από τις

κύριες οδούς αξιοποίησης του τυρογάλακτος σχετίζεται με τη ζύμωση αυτού προς

παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας (γαλακτικό οξύ αιθυλική

αλκοόλη βιταμίνες β- γαλακτοσιδάση ξύδι βιομάζα μικροβιακό λίπος) (Αγγελής

2007) Ειδικότερα το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θρεπτικό μέσο για την

ανάπτυξη μικροοργανισμών (πχ γένη Kluyveromyces Candida Trichosporum

Torula) που δίδουν βιομάζα που περιέχει πρωτείνη υψηλής βιολογικής αξίας

(πλούσια σε απαραίτητα αμινοξέα) την αποκαλούμενη laquoμονοκυτταρική πρωτείνηraquo

Σε σύγκριση με τα φυτά οι μικροοργανισμοί εμφανίζουν σημαντικά υψηλότερους

ειδικούς ρυθμούς ανάπτυξης και υψηλότερη συγκέντρωση πρωτεΐνης στην

παραγόμενη βιομάζα που σε πολλές περιπτώσεις φτάνει το 80 (ββ) επί ξηρής

μάζας (Αγγελής 2007) Ενδεικτικά αναφέρεται ότι ήδη στη Γαλλία (Εταιρεία

laquoFr mager es Le Be raquo) παράγεται υψηλής αξίας μονοκυτταρική πρωτεΐνη κατά την

ανάπτυξη μυκήτων του είδους Kluyveromyces fragilis σε τυρόγαλα σε βιομηχανική

κλίμακα το δε παραγόμενο προϊόν χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία στη διατροφή

του ανθρώπου (Αγγελής 2007) Η χρησιμοποίηση των δυνάμενων να παράξουν

ενδοκυτταρικό λίπος μικροοργανισμών ( eag us ή -bearing microorganisms)

έχει ήδη αναφερθεί από το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο επισταμένη όμως μελέτη των

μικροοργανισμών αυτών πραγματοποιείται τα τελευταία 35 χρόνια (Agge s κλπ

1987 1988 1990 Ratledge 1994 2002 Certik and Shimizu 1999 Ratledge κλπ

2005 Αγγελής 2007) Το ενδιαφέρον για την παραγωγή των λιπιδίων αυτών

καλουμένων και μικροβιακών ή μονοκυτταρικών λιπιδίων (m cr b a s ή s g e ce

s) είναι μεγάλη καθώς αποτελούν πηγή σημαντικών λιπαρών οξέων που δεν

συναντάμε συχνά στη φύση Αυτά τα λιπαρά οξέα χρησιμοποιούνται στην κλινική

διατροφή και ως πρώτες ύλες για την παρασκευή ειδικών τροφών και καλλυντικών

(Rat edge 1994 Rat edge κλπ 2005 Αγγελής 2007)

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον εστιάζεται στο γ-λινολενικό οξύ ( LA Δ6912C183) ένα

λιπαρό οξύ το οποίο παράγεται κατά κύριο λόγο ως μεταβολικό προϊόν από τους

ελαιογόνους ζυγομύκητες (Agge s κλπ 1987 1988 1990 Rat edge 1994 2002

Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) και παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον λόγω των αντικαρκινικών και αντιφλεγμονωδών ιδιοτήτων που έχει

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

14

βρεθεί ότι περιέχει (Cert k a d h m u 1999 Ke y κλπ 2000) Παρά το γεγονός

ότι έχει αναφερθεί χρησιμοποίηση πληθώρας ανανεώσιμων υποστρωμάτων ή

υποστρωμάτων τύπου laquoαποβλήτωνraquo ως πηγών άνθρακα από ελαιογόνους

ζυγομύκητες προκειμένου να παραχθεί λίπος και γ-λινολενικό οξύ (Certik and

Shimizu 1999 Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) το τυρόγαλα

μέχρι στιγμής δεν έχει χρησιμοποιηθεί από μικροοργανισμούς αυτής της κατηγορίας

πιθανώς λόγω της μη-ικανοποιητικής ανάπτυξης αυτών στη λακτόζη (Cert k a d

h m u 1999) Αντίθετα ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 είχε παραχθεί

μικροβιακό λίπος που προσομοίαζε με αυτό του λίπους του κακάο (c c a- butter

subst tute) σε βιομηχανική κλίμακα χρησιμοποιώντας ελαιοπαραγωγούς ζύμες του

είδους Apiotrichum curvatum κατά την καλλιέργεια τους στο τυρόγαλα (Ykema κλπ

1988 1990 Davies κλπ 1990 Davies and Holdsworth 1992 Ratledge 1994

Αγγελής 2007)

148 Χρήσεις της Μονοκυτταρικής Πρωτεΐνης στην ανθρώπινη διατροφή και

στις ζωοτροφές Στη διατροφή των ζώων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται για την πάχυνση των μόσχων για την πάχυνση πουλερικών και

χοίρων Επίσης χρησιμοποιείται στις ζωοτροφές για όρνιθες ωοπαραγωγής καθώς και

για την καλλιέργεια ψαριών Τέλος η μονοκυτταρική πρωτεΐνη χρησιμοποιείται ως

τροφή κατοικίδιων ζώων Στον τομέα των τροφίμων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται ως φορέας αρωμάτων βιταμινών και ως ενισχυτικό

γαλακτωματοποιητών Επίσης χρησιμοποιείται για την βελτίωση της θρεπτικής αξίας

των ψημένων προϊόντων σε σούπες σε έτοιμα γεύματα για σερβίρισμα και σε

συνταγές δίαιτας

149 Παραγωγή Μονοκυτταρικής Πρωτείνης (SCP) Ο όρος laquo πρωτεΐνες μονο-

κυττάρωνraquo (SCP) επινοήθηκε από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης το

1966 και συνηθίζεται σήμερα να αναφέρεται ως μικροβιακή βιομάζα

χρησιμοποιούμενη ως τρόφιμο και ως πρόσθετο τροφίμων Ακόμα η απομονωμένη

κυτταρική πρωτεΐνη ή τα ολικά κυτταρικά συστατικά μπορούν να καλούνται SCP

Επίσης ο όρος μονοκυτταρική πρωτεΐνη αναφέρεται σε αποξηραμένα κύτταρα

μικροοργανισμών όπως πλαγκτόν ακτινομυκήτων βακτηρίων ζυμομυκήτων και

μυκήτων που αναπτύσσονται σε μεγάλη κλίμακα για να χρησιμοποιηθούν ως πηγές

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

15

πρωτεϊνών στην τροφή των ανθρώπων ή ζώων Αν και οι μικροοργανισμοί αυτοί

αναπτύσσονται για τις πρωτεΐνες τους τα κύτταρά τους περιέχουν επίσης

υδατάνθρακες λιπίδια βιταμίνες ιχνοστοιχεία και νουκλεiumlκά οξέα

Δεν είναι παράξενο ότι οι μικροοργανισμοί έχουν χρησιμοποιηθεί ως συστατικά

τροφών από τους αρχαίους χρόνους Για παράδειγμα οι ζυμομύκητες

χρησιμοποιούνται εδώ και πολλούς αιώνες για την παρασκευή του ψωμιού Επίσης

τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιούνται γα την παρασκευή τυριού και

αλλαντικών Γύρω από το 1900 στην Αμερική η φυγοκέντρηση χρησιμοποιήθηκε για

τον διαχωρισμό των κυττάρων της ζύμης από το μέσον καλλιέργειας

Η πρώτη παραγωγή πρωτεϊνών από μονοκύτταρους οργανισμούς έγινε στη Γερμανία

κατά την διάρκεια του Αrsquo παγκοσμίου πολέμου όταν ο ζυμομύκητας Saccharomyces

cerevisiae αναπτύχθηκε με μελάσα για πηγή άνθρακα και άλατα αμμωνίου για πηγή

αζώτου Κατά τη διάρκεια του Βrsquo παγκοσμίου πολέμου η τεχνολογία των

βιοαντιδραστήρων είχε αρχίσει να αναπτύσσεται με άμεση εφαρμογή στη μαζική

παραγωγή μικροβιακών κυττάρων Σήμερα με τις τεχνικές διήθησης του υγρού

καλλιέργειας από ειδικά φίλτρα έχει ελαττωθεί κατά πολύ το κόστος μια και η

φυγοκέντρηση δεν είναι πλέον αναγκαία

Πολλά ακατέργαστα υλικά θεωρήθηκαν ως πηγή τροφής των κυττάρων για την

παραγωγή των πρωτεϊνών μονοκυττάρων Στις περισσότερες περιπτώσεις τα

ακατέργαστα υλικά πρέπει να τροποποιηθούν με φυσικούς χημικούς ή ενζυμικούς

τρόπους

Πηγή κυτταρίνης όπως τα ξύλα και άχυρα που αποτελούνται από το σύμπλοκο

λιγνίνης-κυτταρίνης δεν υδρολύονται εύκολα με ένζυμα ή οξέα για να

απελευθερώσουν σάκχαρα Στο παρακάτω σχήμα 5 περιγράφεται σχηματικά η

διαδικασία παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτείνης από κόκκους κεφίρ (μίγμα

γαλακτικών βακτηρίων και ζυμών Kluyveromyces)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

16

Σχήμα 5 Διάγραμμα παραγωγής SCP από κόκκους κεφίρ

1410 Σύσταση και διατροφική αξία της Μονοκυτταρικής πρωτείνης Η

θρεπτική αξία των τροφίμων από μονοκυτταρική πρωτεΐνη ποικίλει ανάλογα με την

χρήση των μικροοργανισμών Η μέθοδος της συγκομιδής της αποξήρανσης και της

επεξεργασίας έχει επίδραση στην θρεπτική αξία του τελικού προϊόντος Η θρεπτική

αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι η εξής

1 Μπορεί να καλλιεργηθεί σε μη τρόφιμα (υπόστρωμα)

2 Το ξηρό βάρος των μικροοργανισμών περιέχει 60-70 πρωτεΐνη

3 Έχει εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα αναπαραγωγής δηλαδή έχει

γρήγορο ρυθμό πολλαπλασιασμού

4 Έχει υψηλή περιεκτικότητα στο σύμπλεγμα βιταμινών Β

5 Περιέχει θειαμίνη ριβοφλαβίνη γλουταθειόνη φολικό οξύ κλπ

Η ενδεικτική σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτείνης

περιγράφεται στους πίνακες 2-4

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

17

Πίνακας 2 Σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης σε

διαφορετικά είδη μικροοργανισμών(Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Συστατικά Μύκητες Άλγη Ζύμες Βακτήρια

Πρωτεΐνες 30-45 40-60 45-55 50-65

Λιπίδια 2-8 7-20 2-6 15-3

Τέφρα 9-14 8-10 5-95 3-7

Νουκλεΐκό οξύ 7-10 3-8 6-12 8-12

Πίνακας 3 Αμινοξέα της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida utilis

(g αμινοξέων100g πρωτεΐνης) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Αμινοξέα Candida utilis

Ασπαρτικό οξύ 132 plusmn 012

Θρεονίνη 060 plusmn 005

Σερίνη 064 plusmn 004

Γλουταμινικό οξύ 320 plusmn 02

Προλίνη 074 plusmn 0045

Γλυκίνη 075 plusmn 006

Αλανίνη 118 plusmn 012

Βαλίνη 054 plusmn 004

Μεθειονίνη 044 plusmn 0032

Ισολευκίνη 081 plusmn 0045

Λευκίνη 144 plusmn 012

Τυροσίνη 086 plusmn 0054

Φαινυλαλανίνη 098 plusmn 0057

Λυσίνη 124 plusmn 011

Ιστιδίνη 019 plusmn 0012

Αργινίνη 082 plusmn 0045

Πίνακας 4 Περιεκτικότητα βιταμινών μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida

utilis (mg100g ξηρού βάρους) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Βιταμίνες Candida utilis

Θειαμίνη 053

Ριβοφλαβίνη 450

Νιασίνη 4173

Πυριδοξίνη 334

Παντοθενικό οξύ 372

Χολίνη -

Φολικό οξύ 215

Ινοσιτόλη -

Βιοτίνη 023

Βιταμίνη Β12 0

Ρ-αμινοβενζοiumlκό οξύ 17

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 3: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

2

Γεγονός που σε συνδυασμό με τις συνεχείς επενδύσεις της εταιρίας σε ανθρώπινο

δυναμικό και μηχανήματα έφερε την φέτα laquoΒΑΣΙΛΙΤΣΑraquo σε κορυφαία θέση

προτίμησης

12 Εισαγωγή

Ένας από τους κοινοτικούς στόχους είναι η ανάπτυξη της Γεωργίας και Βιομηχανίας

χωρίς επιβάρυνση του περιβάλλοντος για το γενικό σύνολο Δυστυχώς σε πολλές

ευρωπαϊκές χώρες όπως και στην Ελλάδα γεωργικά παραπροϊόντα και υπολείμματα

γεωργικών βιομηχανιών και δραστηριοτήτων συνήθως απορρίπτονται σαν άχρηστα

και πολλές φορές αποτελούν σοβαρά προβλήματα ρυπάνσεως και μόλυνσης του

περιβάλλοντος Θα μπορούσαν όμως πολλά από αυτά μετά από κατάλληλη

επεξεργασία να αποτελέσουν νέο οικονομικό πόρο υπακούοντας ταυτόχρονα στους

κανόνες περιβαλλοντικής προστασίας Η αξιοποίηση αυτών των πρώτων υλών

αποβλήτων ή παραπροϊόντων που συνήθως είναι χαμηλού ή και αρνητικού κόστους

μπορεί να μειώσει το κόστος παραγωγής ανά μονάδα και ταυτόχρονα να

δημιουργήσει νέες θέσεις εργασίας που θα προκύψουν από την αξιοποίηση αυτή

Μεταξύ των οργανικών στερεών ή ημι-στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών

αποβλήτων που παρουσιάζουν ενδιαφέρον από πλευράς ποσοτήτων για τον Ελλαδικό

χώρο μπορούμε να αναφέρουμε τα εξής Άχυρα δημητριακών καλαμποκιού και

βάμβακος υποπροϊόντα ελαιουργείων και τυροκομείων υπολείμματα βιομηχανιών

χυμών εσπεριδοειδών και στέμφυλα οινοποιίας Η αξιοποίηση και η διαχείριση

τέτοιων αγροτοβιομηχανικών υπολειμμάτων και παραπροϊόντων αποβλέπει και στην

έκδοση οικολογικού σήματος (Eco-label) των προϊόντων το οποίο σήμα θα δίνεται σε

εκείνα τα οποία προέρχονται από διαδικασίες με μικρή ή καθόλου περιβαλλοντική

επίπτωση

13 Οργάνωση και στόχοι της έρευνας και βιομηχανικής εφαρμογής

Η ένταση της βιομηχανικής παραγωγής τροφίμων ως ανάγκη της αύξηση του

πληθυσμού της γης και η ταυτόχρονη αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας από τη

γενικότερη παγκόσμια οικονομική ανάπτυξη έχουν δημιουργήσει προβλήματα

απόρριψης και διάθεσης των οργανικών-γεωργικών αποβλήτων στο περιβάλλον

καθώς έντονη ανάγκη για ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Από τις αρχές του 1980 η

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

3

σχέση μεταξύ της ενεργειακής χρήσης και περιβαλλοντικών επιπτώσεων έχει

τραβήξει το παγκόσμιο ενδιαφέρον και ένας μεγάλος αριθμός διεθνών δράσεων έχει

επικεντρωθεί προς αυτήν την κατεύθυνση

Τα τυροκομεία παράγουν απόβλητα των οποίων το τυρόγαλο (cheese whey) είναι το

κύριο απόβλητο με υψηλό οργανικό φορτίο (μέχρι και 70 g CODL) το οποίο ωστόσο

είναι βιοαποκοδομήσιμο πλούσιο σε πρωτεΐνη λακτόζη άλατα κλπ Γιrsquo αυτό το

λόγο η χρήση ή η διάθεση του είναι σημαντική Αν διατεθεί ακατέργαστο σε

υδροφόρους ορίζοντες μπορεί να προκαλέσει σοβαρές περιβαλλοντικές επιπτώσεις

(φαινόμενα υπερτροφισμού εξάντληση οξυγόνου σε λίμνες ποτάμια εξόντωση της

υδρόβιας ζωής) Επίσης διαθέτει σημαντική φυτοξικότητα (μείωση της σοδειάς αν

χρησιμοποιηθεί ως υγρό λίπασμα) ενώ αλλοιώνει και τα φυσικοχημικά

χαρακτηριστικά του εδάφους Ωστόσο το τυρόγαλο μπορεί να επεξεργασθεί και να

αξιοποιηθεί κατάλληλα ώστε να μειωθούν αφενός τα προβλήματα αποικοδόμησης

του αποβλήτου (σε βιολογικούς καθαρισμούς) και διάθεσης στο περιβάλλον και

αφετέρου να παραχθούν αρκετά προϊόντα υψηλής προστιθέμενης αξίας που μπορούν

να αποβούν εις όφελος των γαλακτοπαραγωγικών μονάδων Τα κύρια αυτά προϊόντα

είναι τα εξής

- Πρωτείνη ορού γάλακτος (τυρογάλακτος) έπειτα από θέρμανση

(μετουσίωση-καθίζηση πρωτείνης μαζί με ελάχιστο λίπος και άλατα)

- Καθαρή πρωτείνη τυρογάλακτος έπειτα από υπερδιήθιση

- Γαλακτικό οξύ ως προϊόν ζύμωσης τους τυρογάλακτος

- Μονοκυτταρική πρωτείνη (μικροβιακή βιομάζα) ως προϊόν ζύμωσης τους

τυρογάλακτος

- Αιθανόλη ως προϊόν ζύμωσης τους τυρογάλακτος

- Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής ζύμωσης του τυρογάλακτος

Σήμερα σε βιομηχανική κλίμακα το πλήρες τυρόγαλα χρησιμοποιείται για την

παραγωγή τυριών τυρογάλακτος όπως μυζύθρα ανθότυρο μανούρι τυρί τύπου

cottagePhiladelphia κλπ ή για παραγωγή οροπρωτείνης έπειτα από υπερδιήθιση η

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

4

οποία χρησιμοποιείται ως πρόσθετο σε διάφορα τρόφιμα (ικανότητα

γαλακτωματοποίσης-σταθεροποίησης γαλακτωμάτων αύξησης συγκράτησης νερού

σε γαλακτώματα-διαλύματα αύξηση συγκέντρωσης σε πρωτείνη κλπ) Επίσης το

πλήρες υγρό τυρόγαλα ή έπειτα από ξήρανση μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ζωοτροφή

(κυρίως σε χοίρους) Στη χειρίστη περίπτωση απορρίπτεται ως έχει παράνομα σε

υδροφόρους ορίζοντες

Το αποπρωτεϊνομένο τυρόγαλα (μετά και την απομάκρυνση-αξιοποίηση των

οροπρωτεϊνών του) είναι το κύριο απόβλητο που παραμένει συνήθως αδιάθετο και

εξακολουθεί να περιέχει υψηλό ρυπαντικό φορτίο λόγο της υψηλής συγκέντρωσης

σακχάρων και κυρίως λακτόζης που περιέχει (~ 47-50 ) Αυτό το σάκχαρο μαζί

με άλατα και χαμηλού μοριακού βάρους αζωτούχες ενώσεις που μπορεί να περιέχει

το αποπρωτείνωμένο τυρόγαλο (πρωτεόζες-πεπτόνες-αμινοξέα) είναι ένα αρκετά

καλό υπόστρωμα ζύμωσης για μικροοργανισμούς που μπορούν να μεταβολίσουν τη

λακτόζη και να παράγουν με βιοτεχνολογικό τρόπο ουσίες υψηλής προστιθέμενης

αξίας μειώνοντας παράλληλα σημαντικά το COD-BOD του απομένοντος υγρού

αποβλήτου μετά το τέλος της ζύμωσης Η βιομάζα άλλωστε που καλλιεργείται για

την κάθε ζύμωση μπορεί έπειτα από αποστείρωση-ξήρανση να χρησιμοποιηθεί ως

μονοκυτταρική πρωτείνη και διατροφικό συμπλήρωμα για ζωοτροφές ή ανθρώπινη

διατροφή Αυτός είναι και ο βασικός στόχος της παρούσας εφαρμοσμένης έρευνας

και μελέτης

14 Βιβλιογραφική Ανασκόπηση

141 Το τυρόγαλα Τυρόγαλα είναι το προϊόν το οποίο λαμβάνεται με τη χρήση

οξέων πυτιάς ή και φυσικοχημικών μεθόδων κατά την παραγωγή τυριών και

καζεΐνης (Κανονισμός 62530-3-1978 ΕΕ) Κατά την τυροκόμηση αγελαδινού

γάλακτος το 10-20 (ββ) των συνολικών συστατικών του γάλακτος μεταφέρεται

στο τυρί και το υπόλοιπο στο τυρόγαλα Τα ποσοστά αυτά ποικίλουν ανάλογα με το

είδος του τυριού που παρασκευάζεται και την τεχνολογία που εφαρμόζεται Ως γενική

προσέγγιση μπορούμε να πούμε ότι το τυρόγαλα είναι ιδιαίτερα πλούσιο σε λακτόζη

η οποία συνιστά το κύριο ρυπαντικό συστατικό του αποβλήτου ενώ περιέχει μεγάλη

ποικιλία ανόργανων και οργανικών ουσιών Στις αζωτούχες ενώσεις του

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

5

τυρογάλακτος κυριαρχούν οι αλβουμίνες και γλοβουλίνες του γάλακτος που δεν

πήζουν με την πυτιά ή με την οξίνιση του Πέρα αυτών υπάρχουν πρωτεόζες-

πεπτόνες και πλήθος άλλων υδατοδιαλυτών αζωτούχων ουσιών Θα πρέπει να

τονιστεί επίσης ότι το τυρόγαλα έχει πλήθος αλάτων και βιταμινών Κατά την

τυροκόμιση του γάλακτος μεταφέρεται στο τυρόγαλα περίπου το 40-50 (ββ) των

στερεών συστατικών του γάλακτος και προκαλεί σημαντική ρύπανση όταν

απορρίπτεται στο περιβάλλον Σε πολλές χώρες απαγορεύεται η απόρριψη του στο

αποχετευτικό δίκτυο των πόλεων εάν πριν δεν έχει προηγηθεί κάποια επεξεργασία

μείωσης της οργανικής του ουσίας Σήμερα παράγονται περίπου 120 εκατομμύρια

τόνοι τυρογάλακτος σε όλο τον κόσμο (Peters 2006) Από την παραγωγή αυτή

αξιοποιείται μόνο το 55 περίπου Το υπόλοιπο απορρίπτεται ως απόβλητο

142 Σύσταση Τυρογάλακτος Το τυρόγαλα περιέχει μεγάλη ποικιλία στερεών

συστατικών η αναλογία των οποίων προσδιορίζεται κατά κύριο λόγο από τη

σύσταση του γάλακτος από το οποίο προέρχεται αλλά και από τις τεχνολογικές

επεμβάσεις που γίνονται κατά την διάρκεια της επεξεργασίας του Όλοι οι

παράγοντες που επηρεάζουν τη σύσταση του γάλακτος επηρεάζουν και αυτή του

τυρογάλακτος που λαμβάνεται από αυτό Επίσης η θερμική μεταχείριση του

γάλακτος πριν από την πήξη του ο τρόπος πήξης του - ένζυμα βιολογική οξίνιση

προσθήκη οξέων ο βαθμός διαίρεσης του πήγματος καθώς και ο τρόπος και η

θερμοκρασία αναθέρμανσης επηρεάζουν τη σύσταση του τυρογάλακτος Από τα

συστατικά του τυρογάλακτος το λίπος είναι δυνατόν να απομακρυνθεί εύκολα με

φυγοκέντρηση και να χρησιμοποιηθεί με διαφόρους τρόπους ενώ τα άλλα για να

παραληφθούν και να αξιοποιηθούν θα πρέπει αυτό να υποβληθεί σε ειδική κατά

περίπτωση επεξεργασία Κατά τη φυγοκέντρηση του τυρογάλακτος πέραν του

λίπους απομακρύνονται και μικρά τεμαχίδια πήγματος που περιέχει

Παραπλήσια σύσταση με αυτήν του αγελαδινού τυρογάλακτος έχει και το

αποκορυφωμένο τυρόγαλα από την παρασκευή διάφορων τύπων τυριών του

εξωτερικού με εξαίρεση το λίπος που αφαιρείται

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

6

Χαρακτηριστικό των αζωτούχων ουσιών του τυρογάλακτος είναι ότι σε αυτές η

καζεΐνη υπάρχει σε ίχνη Δεσπόζουν στην περίπτωση αυτή οι αλβουμίνες και

γλοβουλίνες του γάλακτος που δεν πήζουν με την πυτιά ή με την οξίνισή του Πέραν

αυτών υπάρχουν πρωτεόζες-πεπτόνες και πλήθος άλλων υδατοδιαλυτών αζωτούχων

ουσιών Δε μεταφέρονται όμως στο τυρόγαλα μόνον κύρια συστατικά του γάλακτος

αλλά και άλατα και βιταμίνες και μάλιστα σε σημαντικές ποσότητες

Ιδιαίτερα σημαντικό για το τυρόγαλα είναι ότι στη δομή των πρωτεϊνών του

συμμετέχουν όλα τα απαραίτητα αμινοξέα στην ενδεδειγμένη αναλογία και μεταξύ

τους σχέσεις για τη διατροφή του ανθρώπου γεγονός που τους προσδίδει εξαιρετική

βιολογική αξία Ενδεικτικές τιμές για τη θρεπτική αξία και σύσταση τυρογάλακτος

δίδονται στον Πίνακα 1

Πίνακας 1 Θρεπτική αξία και Σύσταση Τυρογάλακτος( Venetsaneas et al 2009

e s 1996)

Συστατικό Τιμή Βιβλιογραφία

Διαλύτες 06-08 wv Venetsaneas et al 2009

e s 1996

Πρωτεΐνες 8-10 wv

Λιπίδια 04-05 wv Venetsaneas et al 2009

e s 1996

Μεταλλικά άλατα 8-10 του ξηρού

εκχυλίσματος

Venetsaneas et al 2009

e s 1996

BOD5 30000-50000 ppm e so 1996

COD 60000-80000 ppm e s 1996

143 Η λακτόζη Η λακτόζη ή γαλακτοσάκχαρο είναι χαρακτηριστικός

υδατάνθρακας του γάλακτος ο μόνος που υπάρχει ελεύθερος και σε σημαντικές

ποσότητες To κανονικό γάλα περιέχει συνήθως 44 έως 52 και κατά μέσο όρο

48 λακτόζη που αντιπροσωπεύει το 50-52 των στερεών συστατικών του άπαχου

γάλακτος Στο γάλα της γυναίκας η λακτόζη απαντά σε μεγαλύτερη αναλογία

περίπου 7 Τα διάφορα είδη γάλακτος παρουσιάζουν πολλές φορές σημαντικές

διαφορές μεταξύ τους στην περιεκτικότητά τους σε λακτόζη Αν εξετάσουμε όμως τη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

7

σύσταση του γάλακτος των περισσοτέρων θηλαστικών διαπιστώνουμε ότι η λακτόζη

παρουσιάζει πάντοτε πολύ μικρότερη διακύμανση από ότι το λίπος και τα

λευκώματα πράγμα που οδηγεί στην άποψη ότι η ενζυματική διεργασία που αφορά

τη σύνθεση της λακτόζης είναι παρόμοια σε τελείως διαφορετικά είδη Από βιολογική

άποψη η λακτόζη χρησιμεύει στον οργανισμό ως πηγή ενέργειας πλην όμως για να

απορροφηθεί πρέπει πρώτα να διασπαστεί σε γλυκόζη και γαλακτόζη Σ αυτό βοηθά

το ένζυμο λακτάση που αφθονεί στο πεπτικό σύστημα των βρεφών Σήμερα έχει

διαπιστωθεί ότι η δράση της λακτάσης παρουσιάζεται αυξημένη κατά τις πρώτες

ημέρες μετά τη γέννηση πλην όμως ελαττώνεται με την πάροδο του χρόνου Ο

βαθμός ανοχής της λακτόζης του σιτηρεσίου από τα διάφορα είδη θηλαστικών μπορεί

να λεχθεί ότι είναι ανάλογος της περιεκτικότητας του γάλακτός τους στο σάκχαρο

αυτό Η παρουσία της λακτόζης στο γάλα και στα προϊόντα του παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον γιατί

α) Είναι πρωταρχικός παράγοντας στον έλεγχο των ζυμώσεων σε διάφορα

γαλακτοκομικά προϊόντα

β) Προσδίδει θρεπτική αξία στο γάλα και στα γαλακτοκομικά προϊόντα

γ) Η γεύση και η διαλυτότητα αποθηκευμένων γαλακτοκομικών προϊόντων

επηρεάζονται out αυτή

δ) Παίζει βασικό ρόλο στην εμφάνιση του χρώματος και της γεύσεως στα

υπερθερμασμένα γαλακτοκομικά προϊόντα

ε) Για τον άνθρωπο και αρκετά ζώα δεν αποτελεί μόνο πηγή ενέργειας αλλά

και πηγή γαλακτόζης που αποτελεί συστατικό των νευρικών ιστών

1431 Δομή της Λακτόζης Η λακτόζη είναι δισακχαρίτης που σχηματίζεται από

την ένωση ενός μορίου d-γλυκόζης και ενός μορίου d-γαλακτόζης κατά τρόπο ώστε

να μένει ελεύθερη μια αλδεϋδική ομάδα Σχηματίζεται από τη γλυκόζη του αίματος

και γι αυτό η περιεκτικότητα του τελευταίου στο σάκχαρο αυτό κατά τη διάρκεια της

γαλακτικής περιόδου είναι μικρότερη εκείνης της ξηράς περιόδου Κατά το άρμεγμα

παρατηρείται επίσης πτώση της γλυκόζης του αίματος που επανέρχεται όμως σε

κανονικό επίπεδο λίγο μετά το άρμεγμα Η λακτόζη υπάρχει σε δύο ισομερείς μορφές

την α και β που διακρίνονται μεταξύ τους από τη θέση του υδροξυλίου της γλυκόζης

(σχήμα 1)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

8

Σχήμα 1 Ισομερείς μορφές λακτόζης

Η λακτόζη απαντά στη φύση και στα γαλακτοκομικά προϊόντα είτε στις δύο

κρυσταλλικές μορφές α-ένυδρη και β-άνυδρη ή σαν άμορφη ιλυώδης μάζα που

είναι μίγμα α και β λακτόζης Κάτω από ειδικές συνθήκες λαμβάνονται και άλλες

μορφές που διαφέρουν μεταξύ τους κυρίως σε ότι αφορά τις φυσικές τους ιδιότητες

Η μορφή α-λακτόζης που απαντά σε συνήθεις θερμοκρασίες είναι η ενυδατωμένη με

ένα μόριο νερού mdash C12H22OMH2O H λακτόζη του εμπορίου είναι η μορφή αυτή και

λαμβάνεται από υπερκορεσμένα υδατικά διαλύματα λακτόζης με βραδεία

κρυστάλλωση σε θερμοκρασίες μικρότερες των 935 C Έχει σημείο τήξεως 2016deg

C Η α-άνυδρη λακτόζη σχηματίζει κρυστάλλους διαφόρων μορφών που

καθορίζονται από τις συνθήκες κρυσταλλώσεως Ο παράγοντας που κατά κύριο

λόγο ρυθμίζει τη μορφή των κρυστάλλων είναι ο λόγος μεταξύ της πραγματικής

συγκεντρώσεως προς τη διαλυτότητα Όταν είναι μεγάλος η κρυστάλλωση

προχωρεί γρήγορα και σχηματίζονται μόνο πρίσματα Όσο ο λόγος αυτός μειώνεται

τόσο η κρυστάλλωση γίνεται με βραδύτερο ρυθμό ενώ η μορφή των κρυστάλλων

αλλάζει Στη συνέχεια δίδονται οι διάφορες μορφές κρυστάλλων της α-ένυδρης

λακτόζης Οι Α Β και C λαμβάνονται όταν ο ρυθμός κρυσταλλώσεως είναι

γρήγορος ενώ οι Ε F και G όταν είναι βραδύς Ο κρύσταλλος Η δίδει την άλλη όψη

του G ενώ η μορφή D έχει σχήμα πυραμίδας που προκύπτει από την εξέλιξη του

κρυστάλλου C Η κρυστάλλωση στα γαλακτοκομικά προϊόντα είναι συχνά πιο

πολύπλοκοo φαινόμενο Τα άλλα συστατικά του επηρεάζουν την κρυστάλλωση της

λακτόζης με αποτέλεσμα να δημιουργούνται ακανόνιστοι κρύσταλλοι που

διαφέρουν εκείνων που λαμβάνονται από καθαρά διαλύματά της σε ορισμένες

περιπτώσεις μάλιστα είναι δυνατό να παρεμποδίσουν το σχηματισμό πυρήνων

κρυσταλλώσεως και να καθυστερήσουν την κρυστάλλωση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

9

Οι κρύσταλλοι της α-ένυδρης λακτόζης είναι σκληροί και δυσκολοδιάλυτοι (σχήμα

2)

Σχήμα 2 Κρυσταλλικές μορφές λακτόζης

1432 Βιοσύνθεση της Λακτόζης Κατά την υδρόλυσή της η λακτόζη δίδει ένα

μόριο γλυκόζης και ένα μόριο γαλακτόζης Ο τρόπος συνθέσεως της λακτόζης στο

μαστό των ζώων έχει κατά καιρούς απασχολήσει ερευνητές διαφόρων χωρών

Σήμερα είναι γνωστό ότι η κατ εξοχήν πρόδρομη ουσία για τη σύνθεση της είναι η

D-γλυκόζη του αίματος

Σε πρώτη φάση μετατρέπεται στο μαστό ένα μέρος της D-γλυκόζης σε D-γαλακτόζη

Στη συνέχεια ένα μόριο D-γλυκόζης ενώνεται με ένα μόριο D-γαλοκτόζης και

δημιουργείται η λακτόζη

Αναλυτικότερα ο σχηματισμός της λακτόζης στο μαστό περιλαμβάνει τα εξής στάδια

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

10

Από τα ένζυμα που συμμετέχουν στο σχηματισμό της λακτόζης η συνθετάση της

λακτόζης (UDP mdash γαλακτόζη mdash d mdash γλυκόζη I mdash γαλακτοζυλοτρανφεράση)

απαντά μόνο στο μαστό ενώ τα άλλα ανευρίσκονται και σε άλλα σημεία του

σώματος των ζώων όπου λαμβάνουν μέρος σε διάφορους μεταβολικούς κύκλους

Διαπιστώθηκε ότι η συνθετάση της λακτόζης αποτελείται από δύο πρωτεΐνες που

ονομάστηκαν Α και Β To τμήμα Β του ενζύμου βρέθηκε ότι είναι ταυτόσημο με την

α-γαλακταλβουμίνη που είναι προϊόν της συνθετικής δραστηριότητας των

γαλακτικών κυττάρων και απαντά μόνο στο μαστό ενώ το Α υπάρχει σε διάφορους

ιστούς και μόνο του καταλύει διαφορετική αντίδραση

1433 Ισορροπία λακτόζης σε διάλυμα Ο ρυθμός μετατροπής της α-λακτόζης προς

β και αντίστροφα μέχρι να επιτευχθεί η ισορροπία μεταξύ τους επηρεάζεται

σημαντικά από τη θερμοκρασία του διαλύματος Είναι μικρή σε χαμηλές

θερμοκρασίες και αυξάνει με την αύξησή της Στους 70 C η ισορροπία επιτυγχάνεται

αμέσως To pH επηρεάζει επίσης το φαινόμενο αυτό Σε τιμές ρΗ γύρω από 50 ο

ρυθμός μετατροπής της μιας μορφής προς την άλλη είναι πολύ μικρός πλην όμως

αυξάνει με τη μεταβολή του Σε ρΗ 90 η ισορροπία επιτυγχάνεται σε λίγα λεπτά Η

παρουσία αλάτων μπορεί να επηρεάσει την ταχύτητα μετατροπής της α-λακτόζης

προς β και αντίστροφα Η επίδραση είναι περιορισμένη σε αραιά διαλύματα αλάτων

πλην όμως σε συγκεντρώσεις παραπλήσιες με αυτές του γάλακτος η ταχύτητα σχεδόν

διπλασιάζεται

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

11

Παρόμοια επίδραση με τα άλατα έχει και η παρουσία σακχάρων σε χαμηλές

συγκεντρώσεις Αντίθετα οι υψηλές συγκεντρώσεις μειώνουν την ταχύτητα

μετατροπής της μιας μορφής λακτόζης προς την άλλη (σχήμα 3)

Σχήμα 3 Σχέση μεταξύ των διαφόρων μορφών λακτόζης (Τ=C)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

12

144 Πλεονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Μερικά από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα του τυρογάλακτος ως υπόστρωμα

ζύμωσης είναι τα εξής

Υψηλό ποσοστό πρωτεϊνών και σακχάρων

Χαμηλό κόστος υποστρώματος

145 Μειονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Για την αξιοποίηση του τυρογάλακτος αντιμετωπίζονται διάφορες δυσκολίες από τις

οποίες οι πιο σημαντικές είναι

Το μεγάλο μικροβιακό φορτίο που το καθιστά ευπαθές Αν δεν παστεριωθεί ή

ψυχθεί αμέσως μετά την παραγωγή του αλλοιώνεται σε σύντομο χρονικό

διάστημα

Η σύστασή του δεν είναι σταθερή Κυμαίνεται ανάλογα με τον τύπο του

τυριού και το είδος του γάλακτος από τα οποία προέρχεται

Περιέχει χαμηλό σχετικά ποσοστό στερεών συστατικών πράγμα που

επιβραδύνει το κόστος επεξεργασίας του

Θεωρείται σαν προϊόν ευτελούς αξίας για αυτό και συχνά δεν αξιοποιείται Η

άποψη αυτή αναθεωρήθηκε τελευταία

146 Αξιοποίηση τυρογάλακτος Το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν

ζωοτροφή για χοίρους ή πτηνά σαν προσθήκη στο ψωμί για αύξηση της θρεπτικής

του αξίας σαν προσθήκη (πρωτεϊνών) σε διαιτητικές παιδικές τροφές Επίσης

χρησιμοποιείται για την παρασκευή αεριούχων ποτών ή άλλων ζυμωθέντων ποτών

αλβουμίνης και σφαιρίνης για προσθετικά τροφίμων αλκοόλης λακτόζης σιροπιών

γαλακτόζης και γλυκόζης και για την παρασκευή ριβοφλαμίνης

Ακόμη χρησιμοποιείται για την παραγωγή γαλακτικού οξέος για την παρασκευή

υποστρωμάτων ζυμώσεως για παραγωγή αντιβιοτικών μεθανίου ακετόνης και

βιομάζας (πρωτεΐνες SCP) και τέλος για την παρασκευή τυριών (Ricotta μανούρι

μυζήθρα)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

13

147 Χρήση των αποβλήτων τυροκομείου ως υπόστρωμα ζύμωσης Μια από τις

κύριες οδούς αξιοποίησης του τυρογάλακτος σχετίζεται με τη ζύμωση αυτού προς

παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας (γαλακτικό οξύ αιθυλική

αλκοόλη βιταμίνες β- γαλακτοσιδάση ξύδι βιομάζα μικροβιακό λίπος) (Αγγελής

2007) Ειδικότερα το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θρεπτικό μέσο για την

ανάπτυξη μικροοργανισμών (πχ γένη Kluyveromyces Candida Trichosporum

Torula) που δίδουν βιομάζα που περιέχει πρωτείνη υψηλής βιολογικής αξίας

(πλούσια σε απαραίτητα αμινοξέα) την αποκαλούμενη laquoμονοκυτταρική πρωτείνηraquo

Σε σύγκριση με τα φυτά οι μικροοργανισμοί εμφανίζουν σημαντικά υψηλότερους

ειδικούς ρυθμούς ανάπτυξης και υψηλότερη συγκέντρωση πρωτεΐνης στην

παραγόμενη βιομάζα που σε πολλές περιπτώσεις φτάνει το 80 (ββ) επί ξηρής

μάζας (Αγγελής 2007) Ενδεικτικά αναφέρεται ότι ήδη στη Γαλλία (Εταιρεία

laquoFr mager es Le Be raquo) παράγεται υψηλής αξίας μονοκυτταρική πρωτεΐνη κατά την

ανάπτυξη μυκήτων του είδους Kluyveromyces fragilis σε τυρόγαλα σε βιομηχανική

κλίμακα το δε παραγόμενο προϊόν χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία στη διατροφή

του ανθρώπου (Αγγελής 2007) Η χρησιμοποίηση των δυνάμενων να παράξουν

ενδοκυτταρικό λίπος μικροοργανισμών ( eag us ή -bearing microorganisms)

έχει ήδη αναφερθεί από το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο επισταμένη όμως μελέτη των

μικροοργανισμών αυτών πραγματοποιείται τα τελευταία 35 χρόνια (Agge s κλπ

1987 1988 1990 Ratledge 1994 2002 Certik and Shimizu 1999 Ratledge κλπ

2005 Αγγελής 2007) Το ενδιαφέρον για την παραγωγή των λιπιδίων αυτών

καλουμένων και μικροβιακών ή μονοκυτταρικών λιπιδίων (m cr b a s ή s g e ce

s) είναι μεγάλη καθώς αποτελούν πηγή σημαντικών λιπαρών οξέων που δεν

συναντάμε συχνά στη φύση Αυτά τα λιπαρά οξέα χρησιμοποιούνται στην κλινική

διατροφή και ως πρώτες ύλες για την παρασκευή ειδικών τροφών και καλλυντικών

(Rat edge 1994 Rat edge κλπ 2005 Αγγελής 2007)

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον εστιάζεται στο γ-λινολενικό οξύ ( LA Δ6912C183) ένα

λιπαρό οξύ το οποίο παράγεται κατά κύριο λόγο ως μεταβολικό προϊόν από τους

ελαιογόνους ζυγομύκητες (Agge s κλπ 1987 1988 1990 Rat edge 1994 2002

Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) και παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον λόγω των αντικαρκινικών και αντιφλεγμονωδών ιδιοτήτων που έχει

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

14

βρεθεί ότι περιέχει (Cert k a d h m u 1999 Ke y κλπ 2000) Παρά το γεγονός

ότι έχει αναφερθεί χρησιμοποίηση πληθώρας ανανεώσιμων υποστρωμάτων ή

υποστρωμάτων τύπου laquoαποβλήτωνraquo ως πηγών άνθρακα από ελαιογόνους

ζυγομύκητες προκειμένου να παραχθεί λίπος και γ-λινολενικό οξύ (Certik and

Shimizu 1999 Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) το τυρόγαλα

μέχρι στιγμής δεν έχει χρησιμοποιηθεί από μικροοργανισμούς αυτής της κατηγορίας

πιθανώς λόγω της μη-ικανοποιητικής ανάπτυξης αυτών στη λακτόζη (Cert k a d

h m u 1999) Αντίθετα ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 είχε παραχθεί

μικροβιακό λίπος που προσομοίαζε με αυτό του λίπους του κακάο (c c a- butter

subst tute) σε βιομηχανική κλίμακα χρησιμοποιώντας ελαιοπαραγωγούς ζύμες του

είδους Apiotrichum curvatum κατά την καλλιέργεια τους στο τυρόγαλα (Ykema κλπ

1988 1990 Davies κλπ 1990 Davies and Holdsworth 1992 Ratledge 1994

Αγγελής 2007)

148 Χρήσεις της Μονοκυτταρικής Πρωτεΐνης στην ανθρώπινη διατροφή και

στις ζωοτροφές Στη διατροφή των ζώων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται για την πάχυνση των μόσχων για την πάχυνση πουλερικών και

χοίρων Επίσης χρησιμοποιείται στις ζωοτροφές για όρνιθες ωοπαραγωγής καθώς και

για την καλλιέργεια ψαριών Τέλος η μονοκυτταρική πρωτεΐνη χρησιμοποιείται ως

τροφή κατοικίδιων ζώων Στον τομέα των τροφίμων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται ως φορέας αρωμάτων βιταμινών και ως ενισχυτικό

γαλακτωματοποιητών Επίσης χρησιμοποιείται για την βελτίωση της θρεπτικής αξίας

των ψημένων προϊόντων σε σούπες σε έτοιμα γεύματα για σερβίρισμα και σε

συνταγές δίαιτας

149 Παραγωγή Μονοκυτταρικής Πρωτείνης (SCP) Ο όρος laquo πρωτεΐνες μονο-

κυττάρωνraquo (SCP) επινοήθηκε από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης το

1966 και συνηθίζεται σήμερα να αναφέρεται ως μικροβιακή βιομάζα

χρησιμοποιούμενη ως τρόφιμο και ως πρόσθετο τροφίμων Ακόμα η απομονωμένη

κυτταρική πρωτεΐνη ή τα ολικά κυτταρικά συστατικά μπορούν να καλούνται SCP

Επίσης ο όρος μονοκυτταρική πρωτεΐνη αναφέρεται σε αποξηραμένα κύτταρα

μικροοργανισμών όπως πλαγκτόν ακτινομυκήτων βακτηρίων ζυμομυκήτων και

μυκήτων που αναπτύσσονται σε μεγάλη κλίμακα για να χρησιμοποιηθούν ως πηγές

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

15

πρωτεϊνών στην τροφή των ανθρώπων ή ζώων Αν και οι μικροοργανισμοί αυτοί

αναπτύσσονται για τις πρωτεΐνες τους τα κύτταρά τους περιέχουν επίσης

υδατάνθρακες λιπίδια βιταμίνες ιχνοστοιχεία και νουκλεiumlκά οξέα

Δεν είναι παράξενο ότι οι μικροοργανισμοί έχουν χρησιμοποιηθεί ως συστατικά

τροφών από τους αρχαίους χρόνους Για παράδειγμα οι ζυμομύκητες

χρησιμοποιούνται εδώ και πολλούς αιώνες για την παρασκευή του ψωμιού Επίσης

τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιούνται γα την παρασκευή τυριού και

αλλαντικών Γύρω από το 1900 στην Αμερική η φυγοκέντρηση χρησιμοποιήθηκε για

τον διαχωρισμό των κυττάρων της ζύμης από το μέσον καλλιέργειας

Η πρώτη παραγωγή πρωτεϊνών από μονοκύτταρους οργανισμούς έγινε στη Γερμανία

κατά την διάρκεια του Αrsquo παγκοσμίου πολέμου όταν ο ζυμομύκητας Saccharomyces

cerevisiae αναπτύχθηκε με μελάσα για πηγή άνθρακα και άλατα αμμωνίου για πηγή

αζώτου Κατά τη διάρκεια του Βrsquo παγκοσμίου πολέμου η τεχνολογία των

βιοαντιδραστήρων είχε αρχίσει να αναπτύσσεται με άμεση εφαρμογή στη μαζική

παραγωγή μικροβιακών κυττάρων Σήμερα με τις τεχνικές διήθησης του υγρού

καλλιέργειας από ειδικά φίλτρα έχει ελαττωθεί κατά πολύ το κόστος μια και η

φυγοκέντρηση δεν είναι πλέον αναγκαία

Πολλά ακατέργαστα υλικά θεωρήθηκαν ως πηγή τροφής των κυττάρων για την

παραγωγή των πρωτεϊνών μονοκυττάρων Στις περισσότερες περιπτώσεις τα

ακατέργαστα υλικά πρέπει να τροποποιηθούν με φυσικούς χημικούς ή ενζυμικούς

τρόπους

Πηγή κυτταρίνης όπως τα ξύλα και άχυρα που αποτελούνται από το σύμπλοκο

λιγνίνης-κυτταρίνης δεν υδρολύονται εύκολα με ένζυμα ή οξέα για να

απελευθερώσουν σάκχαρα Στο παρακάτω σχήμα 5 περιγράφεται σχηματικά η

διαδικασία παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτείνης από κόκκους κεφίρ (μίγμα

γαλακτικών βακτηρίων και ζυμών Kluyveromyces)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

16

Σχήμα 5 Διάγραμμα παραγωγής SCP από κόκκους κεφίρ

1410 Σύσταση και διατροφική αξία της Μονοκυτταρικής πρωτείνης Η

θρεπτική αξία των τροφίμων από μονοκυτταρική πρωτεΐνη ποικίλει ανάλογα με την

χρήση των μικροοργανισμών Η μέθοδος της συγκομιδής της αποξήρανσης και της

επεξεργασίας έχει επίδραση στην θρεπτική αξία του τελικού προϊόντος Η θρεπτική

αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι η εξής

1 Μπορεί να καλλιεργηθεί σε μη τρόφιμα (υπόστρωμα)

2 Το ξηρό βάρος των μικροοργανισμών περιέχει 60-70 πρωτεΐνη

3 Έχει εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα αναπαραγωγής δηλαδή έχει

γρήγορο ρυθμό πολλαπλασιασμού

4 Έχει υψηλή περιεκτικότητα στο σύμπλεγμα βιταμινών Β

5 Περιέχει θειαμίνη ριβοφλαβίνη γλουταθειόνη φολικό οξύ κλπ

Η ενδεικτική σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτείνης

περιγράφεται στους πίνακες 2-4

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

17

Πίνακας 2 Σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης σε

διαφορετικά είδη μικροοργανισμών(Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Συστατικά Μύκητες Άλγη Ζύμες Βακτήρια

Πρωτεΐνες 30-45 40-60 45-55 50-65

Λιπίδια 2-8 7-20 2-6 15-3

Τέφρα 9-14 8-10 5-95 3-7

Νουκλεΐκό οξύ 7-10 3-8 6-12 8-12

Πίνακας 3 Αμινοξέα της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida utilis

(g αμινοξέων100g πρωτεΐνης) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Αμινοξέα Candida utilis

Ασπαρτικό οξύ 132 plusmn 012

Θρεονίνη 060 plusmn 005

Σερίνη 064 plusmn 004

Γλουταμινικό οξύ 320 plusmn 02

Προλίνη 074 plusmn 0045

Γλυκίνη 075 plusmn 006

Αλανίνη 118 plusmn 012

Βαλίνη 054 plusmn 004

Μεθειονίνη 044 plusmn 0032

Ισολευκίνη 081 plusmn 0045

Λευκίνη 144 plusmn 012

Τυροσίνη 086 plusmn 0054

Φαινυλαλανίνη 098 plusmn 0057

Λυσίνη 124 plusmn 011

Ιστιδίνη 019 plusmn 0012

Αργινίνη 082 plusmn 0045

Πίνακας 4 Περιεκτικότητα βιταμινών μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida

utilis (mg100g ξηρού βάρους) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Βιταμίνες Candida utilis

Θειαμίνη 053

Ριβοφλαβίνη 450

Νιασίνη 4173

Πυριδοξίνη 334

Παντοθενικό οξύ 372

Χολίνη -

Φολικό οξύ 215

Ινοσιτόλη -

Βιοτίνη 023

Βιταμίνη Β12 0

Ρ-αμινοβενζοiumlκό οξύ 17

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 4: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

3

σχέση μεταξύ της ενεργειακής χρήσης και περιβαλλοντικών επιπτώσεων έχει

τραβήξει το παγκόσμιο ενδιαφέρον και ένας μεγάλος αριθμός διεθνών δράσεων έχει

επικεντρωθεί προς αυτήν την κατεύθυνση

Τα τυροκομεία παράγουν απόβλητα των οποίων το τυρόγαλο (cheese whey) είναι το

κύριο απόβλητο με υψηλό οργανικό φορτίο (μέχρι και 70 g CODL) το οποίο ωστόσο

είναι βιοαποκοδομήσιμο πλούσιο σε πρωτεΐνη λακτόζη άλατα κλπ Γιrsquo αυτό το

λόγο η χρήση ή η διάθεση του είναι σημαντική Αν διατεθεί ακατέργαστο σε

υδροφόρους ορίζοντες μπορεί να προκαλέσει σοβαρές περιβαλλοντικές επιπτώσεις

(φαινόμενα υπερτροφισμού εξάντληση οξυγόνου σε λίμνες ποτάμια εξόντωση της

υδρόβιας ζωής) Επίσης διαθέτει σημαντική φυτοξικότητα (μείωση της σοδειάς αν

χρησιμοποιηθεί ως υγρό λίπασμα) ενώ αλλοιώνει και τα φυσικοχημικά

χαρακτηριστικά του εδάφους Ωστόσο το τυρόγαλο μπορεί να επεξεργασθεί και να

αξιοποιηθεί κατάλληλα ώστε να μειωθούν αφενός τα προβλήματα αποικοδόμησης

του αποβλήτου (σε βιολογικούς καθαρισμούς) και διάθεσης στο περιβάλλον και

αφετέρου να παραχθούν αρκετά προϊόντα υψηλής προστιθέμενης αξίας που μπορούν

να αποβούν εις όφελος των γαλακτοπαραγωγικών μονάδων Τα κύρια αυτά προϊόντα

είναι τα εξής

- Πρωτείνη ορού γάλακτος (τυρογάλακτος) έπειτα από θέρμανση

(μετουσίωση-καθίζηση πρωτείνης μαζί με ελάχιστο λίπος και άλατα)

- Καθαρή πρωτείνη τυρογάλακτος έπειτα από υπερδιήθιση

- Γαλακτικό οξύ ως προϊόν ζύμωσης τους τυρογάλακτος

- Μονοκυτταρική πρωτείνη (μικροβιακή βιομάζα) ως προϊόν ζύμωσης τους

τυρογάλακτος

- Αιθανόλη ως προϊόν ζύμωσης τους τυρογάλακτος

- Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής ζύμωσης του τυρογάλακτος

Σήμερα σε βιομηχανική κλίμακα το πλήρες τυρόγαλα χρησιμοποιείται για την

παραγωγή τυριών τυρογάλακτος όπως μυζύθρα ανθότυρο μανούρι τυρί τύπου

cottagePhiladelphia κλπ ή για παραγωγή οροπρωτείνης έπειτα από υπερδιήθιση η

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

4

οποία χρησιμοποιείται ως πρόσθετο σε διάφορα τρόφιμα (ικανότητα

γαλακτωματοποίσης-σταθεροποίησης γαλακτωμάτων αύξησης συγκράτησης νερού

σε γαλακτώματα-διαλύματα αύξηση συγκέντρωσης σε πρωτείνη κλπ) Επίσης το

πλήρες υγρό τυρόγαλα ή έπειτα από ξήρανση μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ζωοτροφή

(κυρίως σε χοίρους) Στη χειρίστη περίπτωση απορρίπτεται ως έχει παράνομα σε

υδροφόρους ορίζοντες

Το αποπρωτεϊνομένο τυρόγαλα (μετά και την απομάκρυνση-αξιοποίηση των

οροπρωτεϊνών του) είναι το κύριο απόβλητο που παραμένει συνήθως αδιάθετο και

εξακολουθεί να περιέχει υψηλό ρυπαντικό φορτίο λόγο της υψηλής συγκέντρωσης

σακχάρων και κυρίως λακτόζης που περιέχει (~ 47-50 ) Αυτό το σάκχαρο μαζί

με άλατα και χαμηλού μοριακού βάρους αζωτούχες ενώσεις που μπορεί να περιέχει

το αποπρωτείνωμένο τυρόγαλο (πρωτεόζες-πεπτόνες-αμινοξέα) είναι ένα αρκετά

καλό υπόστρωμα ζύμωσης για μικροοργανισμούς που μπορούν να μεταβολίσουν τη

λακτόζη και να παράγουν με βιοτεχνολογικό τρόπο ουσίες υψηλής προστιθέμενης

αξίας μειώνοντας παράλληλα σημαντικά το COD-BOD του απομένοντος υγρού

αποβλήτου μετά το τέλος της ζύμωσης Η βιομάζα άλλωστε που καλλιεργείται για

την κάθε ζύμωση μπορεί έπειτα από αποστείρωση-ξήρανση να χρησιμοποιηθεί ως

μονοκυτταρική πρωτείνη και διατροφικό συμπλήρωμα για ζωοτροφές ή ανθρώπινη

διατροφή Αυτός είναι και ο βασικός στόχος της παρούσας εφαρμοσμένης έρευνας

και μελέτης

14 Βιβλιογραφική Ανασκόπηση

141 Το τυρόγαλα Τυρόγαλα είναι το προϊόν το οποίο λαμβάνεται με τη χρήση

οξέων πυτιάς ή και φυσικοχημικών μεθόδων κατά την παραγωγή τυριών και

καζεΐνης (Κανονισμός 62530-3-1978 ΕΕ) Κατά την τυροκόμηση αγελαδινού

γάλακτος το 10-20 (ββ) των συνολικών συστατικών του γάλακτος μεταφέρεται

στο τυρί και το υπόλοιπο στο τυρόγαλα Τα ποσοστά αυτά ποικίλουν ανάλογα με το

είδος του τυριού που παρασκευάζεται και την τεχνολογία που εφαρμόζεται Ως γενική

προσέγγιση μπορούμε να πούμε ότι το τυρόγαλα είναι ιδιαίτερα πλούσιο σε λακτόζη

η οποία συνιστά το κύριο ρυπαντικό συστατικό του αποβλήτου ενώ περιέχει μεγάλη

ποικιλία ανόργανων και οργανικών ουσιών Στις αζωτούχες ενώσεις του

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

5

τυρογάλακτος κυριαρχούν οι αλβουμίνες και γλοβουλίνες του γάλακτος που δεν

πήζουν με την πυτιά ή με την οξίνιση του Πέρα αυτών υπάρχουν πρωτεόζες-

πεπτόνες και πλήθος άλλων υδατοδιαλυτών αζωτούχων ουσιών Θα πρέπει να

τονιστεί επίσης ότι το τυρόγαλα έχει πλήθος αλάτων και βιταμινών Κατά την

τυροκόμιση του γάλακτος μεταφέρεται στο τυρόγαλα περίπου το 40-50 (ββ) των

στερεών συστατικών του γάλακτος και προκαλεί σημαντική ρύπανση όταν

απορρίπτεται στο περιβάλλον Σε πολλές χώρες απαγορεύεται η απόρριψη του στο

αποχετευτικό δίκτυο των πόλεων εάν πριν δεν έχει προηγηθεί κάποια επεξεργασία

μείωσης της οργανικής του ουσίας Σήμερα παράγονται περίπου 120 εκατομμύρια

τόνοι τυρογάλακτος σε όλο τον κόσμο (Peters 2006) Από την παραγωγή αυτή

αξιοποιείται μόνο το 55 περίπου Το υπόλοιπο απορρίπτεται ως απόβλητο

142 Σύσταση Τυρογάλακτος Το τυρόγαλα περιέχει μεγάλη ποικιλία στερεών

συστατικών η αναλογία των οποίων προσδιορίζεται κατά κύριο λόγο από τη

σύσταση του γάλακτος από το οποίο προέρχεται αλλά και από τις τεχνολογικές

επεμβάσεις που γίνονται κατά την διάρκεια της επεξεργασίας του Όλοι οι

παράγοντες που επηρεάζουν τη σύσταση του γάλακτος επηρεάζουν και αυτή του

τυρογάλακτος που λαμβάνεται από αυτό Επίσης η θερμική μεταχείριση του

γάλακτος πριν από την πήξη του ο τρόπος πήξης του - ένζυμα βιολογική οξίνιση

προσθήκη οξέων ο βαθμός διαίρεσης του πήγματος καθώς και ο τρόπος και η

θερμοκρασία αναθέρμανσης επηρεάζουν τη σύσταση του τυρογάλακτος Από τα

συστατικά του τυρογάλακτος το λίπος είναι δυνατόν να απομακρυνθεί εύκολα με

φυγοκέντρηση και να χρησιμοποιηθεί με διαφόρους τρόπους ενώ τα άλλα για να

παραληφθούν και να αξιοποιηθούν θα πρέπει αυτό να υποβληθεί σε ειδική κατά

περίπτωση επεξεργασία Κατά τη φυγοκέντρηση του τυρογάλακτος πέραν του

λίπους απομακρύνονται και μικρά τεμαχίδια πήγματος που περιέχει

Παραπλήσια σύσταση με αυτήν του αγελαδινού τυρογάλακτος έχει και το

αποκορυφωμένο τυρόγαλα από την παρασκευή διάφορων τύπων τυριών του

εξωτερικού με εξαίρεση το λίπος που αφαιρείται

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

6

Χαρακτηριστικό των αζωτούχων ουσιών του τυρογάλακτος είναι ότι σε αυτές η

καζεΐνη υπάρχει σε ίχνη Δεσπόζουν στην περίπτωση αυτή οι αλβουμίνες και

γλοβουλίνες του γάλακτος που δεν πήζουν με την πυτιά ή με την οξίνισή του Πέραν

αυτών υπάρχουν πρωτεόζες-πεπτόνες και πλήθος άλλων υδατοδιαλυτών αζωτούχων

ουσιών Δε μεταφέρονται όμως στο τυρόγαλα μόνον κύρια συστατικά του γάλακτος

αλλά και άλατα και βιταμίνες και μάλιστα σε σημαντικές ποσότητες

Ιδιαίτερα σημαντικό για το τυρόγαλα είναι ότι στη δομή των πρωτεϊνών του

συμμετέχουν όλα τα απαραίτητα αμινοξέα στην ενδεδειγμένη αναλογία και μεταξύ

τους σχέσεις για τη διατροφή του ανθρώπου γεγονός που τους προσδίδει εξαιρετική

βιολογική αξία Ενδεικτικές τιμές για τη θρεπτική αξία και σύσταση τυρογάλακτος

δίδονται στον Πίνακα 1

Πίνακας 1 Θρεπτική αξία και Σύσταση Τυρογάλακτος( Venetsaneas et al 2009

e s 1996)

Συστατικό Τιμή Βιβλιογραφία

Διαλύτες 06-08 wv Venetsaneas et al 2009

e s 1996

Πρωτεΐνες 8-10 wv

Λιπίδια 04-05 wv Venetsaneas et al 2009

e s 1996

Μεταλλικά άλατα 8-10 του ξηρού

εκχυλίσματος

Venetsaneas et al 2009

e s 1996

BOD5 30000-50000 ppm e so 1996

COD 60000-80000 ppm e s 1996

143 Η λακτόζη Η λακτόζη ή γαλακτοσάκχαρο είναι χαρακτηριστικός

υδατάνθρακας του γάλακτος ο μόνος που υπάρχει ελεύθερος και σε σημαντικές

ποσότητες To κανονικό γάλα περιέχει συνήθως 44 έως 52 και κατά μέσο όρο

48 λακτόζη που αντιπροσωπεύει το 50-52 των στερεών συστατικών του άπαχου

γάλακτος Στο γάλα της γυναίκας η λακτόζη απαντά σε μεγαλύτερη αναλογία

περίπου 7 Τα διάφορα είδη γάλακτος παρουσιάζουν πολλές φορές σημαντικές

διαφορές μεταξύ τους στην περιεκτικότητά τους σε λακτόζη Αν εξετάσουμε όμως τη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

7

σύσταση του γάλακτος των περισσοτέρων θηλαστικών διαπιστώνουμε ότι η λακτόζη

παρουσιάζει πάντοτε πολύ μικρότερη διακύμανση από ότι το λίπος και τα

λευκώματα πράγμα που οδηγεί στην άποψη ότι η ενζυματική διεργασία που αφορά

τη σύνθεση της λακτόζης είναι παρόμοια σε τελείως διαφορετικά είδη Από βιολογική

άποψη η λακτόζη χρησιμεύει στον οργανισμό ως πηγή ενέργειας πλην όμως για να

απορροφηθεί πρέπει πρώτα να διασπαστεί σε γλυκόζη και γαλακτόζη Σ αυτό βοηθά

το ένζυμο λακτάση που αφθονεί στο πεπτικό σύστημα των βρεφών Σήμερα έχει

διαπιστωθεί ότι η δράση της λακτάσης παρουσιάζεται αυξημένη κατά τις πρώτες

ημέρες μετά τη γέννηση πλην όμως ελαττώνεται με την πάροδο του χρόνου Ο

βαθμός ανοχής της λακτόζης του σιτηρεσίου από τα διάφορα είδη θηλαστικών μπορεί

να λεχθεί ότι είναι ανάλογος της περιεκτικότητας του γάλακτός τους στο σάκχαρο

αυτό Η παρουσία της λακτόζης στο γάλα και στα προϊόντα του παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον γιατί

α) Είναι πρωταρχικός παράγοντας στον έλεγχο των ζυμώσεων σε διάφορα

γαλακτοκομικά προϊόντα

β) Προσδίδει θρεπτική αξία στο γάλα και στα γαλακτοκομικά προϊόντα

γ) Η γεύση και η διαλυτότητα αποθηκευμένων γαλακτοκομικών προϊόντων

επηρεάζονται out αυτή

δ) Παίζει βασικό ρόλο στην εμφάνιση του χρώματος και της γεύσεως στα

υπερθερμασμένα γαλακτοκομικά προϊόντα

ε) Για τον άνθρωπο και αρκετά ζώα δεν αποτελεί μόνο πηγή ενέργειας αλλά

και πηγή γαλακτόζης που αποτελεί συστατικό των νευρικών ιστών

1431 Δομή της Λακτόζης Η λακτόζη είναι δισακχαρίτης που σχηματίζεται από

την ένωση ενός μορίου d-γλυκόζης και ενός μορίου d-γαλακτόζης κατά τρόπο ώστε

να μένει ελεύθερη μια αλδεϋδική ομάδα Σχηματίζεται από τη γλυκόζη του αίματος

και γι αυτό η περιεκτικότητα του τελευταίου στο σάκχαρο αυτό κατά τη διάρκεια της

γαλακτικής περιόδου είναι μικρότερη εκείνης της ξηράς περιόδου Κατά το άρμεγμα

παρατηρείται επίσης πτώση της γλυκόζης του αίματος που επανέρχεται όμως σε

κανονικό επίπεδο λίγο μετά το άρμεγμα Η λακτόζη υπάρχει σε δύο ισομερείς μορφές

την α και β που διακρίνονται μεταξύ τους από τη θέση του υδροξυλίου της γλυκόζης

(σχήμα 1)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

8

Σχήμα 1 Ισομερείς μορφές λακτόζης

Η λακτόζη απαντά στη φύση και στα γαλακτοκομικά προϊόντα είτε στις δύο

κρυσταλλικές μορφές α-ένυδρη και β-άνυδρη ή σαν άμορφη ιλυώδης μάζα που

είναι μίγμα α και β λακτόζης Κάτω από ειδικές συνθήκες λαμβάνονται και άλλες

μορφές που διαφέρουν μεταξύ τους κυρίως σε ότι αφορά τις φυσικές τους ιδιότητες

Η μορφή α-λακτόζης που απαντά σε συνήθεις θερμοκρασίες είναι η ενυδατωμένη με

ένα μόριο νερού mdash C12H22OMH2O H λακτόζη του εμπορίου είναι η μορφή αυτή και

λαμβάνεται από υπερκορεσμένα υδατικά διαλύματα λακτόζης με βραδεία

κρυστάλλωση σε θερμοκρασίες μικρότερες των 935 C Έχει σημείο τήξεως 2016deg

C Η α-άνυδρη λακτόζη σχηματίζει κρυστάλλους διαφόρων μορφών που

καθορίζονται από τις συνθήκες κρυσταλλώσεως Ο παράγοντας που κατά κύριο

λόγο ρυθμίζει τη μορφή των κρυστάλλων είναι ο λόγος μεταξύ της πραγματικής

συγκεντρώσεως προς τη διαλυτότητα Όταν είναι μεγάλος η κρυστάλλωση

προχωρεί γρήγορα και σχηματίζονται μόνο πρίσματα Όσο ο λόγος αυτός μειώνεται

τόσο η κρυστάλλωση γίνεται με βραδύτερο ρυθμό ενώ η μορφή των κρυστάλλων

αλλάζει Στη συνέχεια δίδονται οι διάφορες μορφές κρυστάλλων της α-ένυδρης

λακτόζης Οι Α Β και C λαμβάνονται όταν ο ρυθμός κρυσταλλώσεως είναι

γρήγορος ενώ οι Ε F και G όταν είναι βραδύς Ο κρύσταλλος Η δίδει την άλλη όψη

του G ενώ η μορφή D έχει σχήμα πυραμίδας που προκύπτει από την εξέλιξη του

κρυστάλλου C Η κρυστάλλωση στα γαλακτοκομικά προϊόντα είναι συχνά πιο

πολύπλοκοo φαινόμενο Τα άλλα συστατικά του επηρεάζουν την κρυστάλλωση της

λακτόζης με αποτέλεσμα να δημιουργούνται ακανόνιστοι κρύσταλλοι που

διαφέρουν εκείνων που λαμβάνονται από καθαρά διαλύματά της σε ορισμένες

περιπτώσεις μάλιστα είναι δυνατό να παρεμποδίσουν το σχηματισμό πυρήνων

κρυσταλλώσεως και να καθυστερήσουν την κρυστάλλωση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

9

Οι κρύσταλλοι της α-ένυδρης λακτόζης είναι σκληροί και δυσκολοδιάλυτοι (σχήμα

2)

Σχήμα 2 Κρυσταλλικές μορφές λακτόζης

1432 Βιοσύνθεση της Λακτόζης Κατά την υδρόλυσή της η λακτόζη δίδει ένα

μόριο γλυκόζης και ένα μόριο γαλακτόζης Ο τρόπος συνθέσεως της λακτόζης στο

μαστό των ζώων έχει κατά καιρούς απασχολήσει ερευνητές διαφόρων χωρών

Σήμερα είναι γνωστό ότι η κατ εξοχήν πρόδρομη ουσία για τη σύνθεση της είναι η

D-γλυκόζη του αίματος

Σε πρώτη φάση μετατρέπεται στο μαστό ένα μέρος της D-γλυκόζης σε D-γαλακτόζη

Στη συνέχεια ένα μόριο D-γλυκόζης ενώνεται με ένα μόριο D-γαλοκτόζης και

δημιουργείται η λακτόζη

Αναλυτικότερα ο σχηματισμός της λακτόζης στο μαστό περιλαμβάνει τα εξής στάδια

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

10

Από τα ένζυμα που συμμετέχουν στο σχηματισμό της λακτόζης η συνθετάση της

λακτόζης (UDP mdash γαλακτόζη mdash d mdash γλυκόζη I mdash γαλακτοζυλοτρανφεράση)

απαντά μόνο στο μαστό ενώ τα άλλα ανευρίσκονται και σε άλλα σημεία του

σώματος των ζώων όπου λαμβάνουν μέρος σε διάφορους μεταβολικούς κύκλους

Διαπιστώθηκε ότι η συνθετάση της λακτόζης αποτελείται από δύο πρωτεΐνες που

ονομάστηκαν Α και Β To τμήμα Β του ενζύμου βρέθηκε ότι είναι ταυτόσημο με την

α-γαλακταλβουμίνη που είναι προϊόν της συνθετικής δραστηριότητας των

γαλακτικών κυττάρων και απαντά μόνο στο μαστό ενώ το Α υπάρχει σε διάφορους

ιστούς και μόνο του καταλύει διαφορετική αντίδραση

1433 Ισορροπία λακτόζης σε διάλυμα Ο ρυθμός μετατροπής της α-λακτόζης προς

β και αντίστροφα μέχρι να επιτευχθεί η ισορροπία μεταξύ τους επηρεάζεται

σημαντικά από τη θερμοκρασία του διαλύματος Είναι μικρή σε χαμηλές

θερμοκρασίες και αυξάνει με την αύξησή της Στους 70 C η ισορροπία επιτυγχάνεται

αμέσως To pH επηρεάζει επίσης το φαινόμενο αυτό Σε τιμές ρΗ γύρω από 50 ο

ρυθμός μετατροπής της μιας μορφής προς την άλλη είναι πολύ μικρός πλην όμως

αυξάνει με τη μεταβολή του Σε ρΗ 90 η ισορροπία επιτυγχάνεται σε λίγα λεπτά Η

παρουσία αλάτων μπορεί να επηρεάσει την ταχύτητα μετατροπής της α-λακτόζης

προς β και αντίστροφα Η επίδραση είναι περιορισμένη σε αραιά διαλύματα αλάτων

πλην όμως σε συγκεντρώσεις παραπλήσιες με αυτές του γάλακτος η ταχύτητα σχεδόν

διπλασιάζεται

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

11

Παρόμοια επίδραση με τα άλατα έχει και η παρουσία σακχάρων σε χαμηλές

συγκεντρώσεις Αντίθετα οι υψηλές συγκεντρώσεις μειώνουν την ταχύτητα

μετατροπής της μιας μορφής λακτόζης προς την άλλη (σχήμα 3)

Σχήμα 3 Σχέση μεταξύ των διαφόρων μορφών λακτόζης (Τ=C)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

12

144 Πλεονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Μερικά από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα του τυρογάλακτος ως υπόστρωμα

ζύμωσης είναι τα εξής

Υψηλό ποσοστό πρωτεϊνών και σακχάρων

Χαμηλό κόστος υποστρώματος

145 Μειονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Για την αξιοποίηση του τυρογάλακτος αντιμετωπίζονται διάφορες δυσκολίες από τις

οποίες οι πιο σημαντικές είναι

Το μεγάλο μικροβιακό φορτίο που το καθιστά ευπαθές Αν δεν παστεριωθεί ή

ψυχθεί αμέσως μετά την παραγωγή του αλλοιώνεται σε σύντομο χρονικό

διάστημα

Η σύστασή του δεν είναι σταθερή Κυμαίνεται ανάλογα με τον τύπο του

τυριού και το είδος του γάλακτος από τα οποία προέρχεται

Περιέχει χαμηλό σχετικά ποσοστό στερεών συστατικών πράγμα που

επιβραδύνει το κόστος επεξεργασίας του

Θεωρείται σαν προϊόν ευτελούς αξίας για αυτό και συχνά δεν αξιοποιείται Η

άποψη αυτή αναθεωρήθηκε τελευταία

146 Αξιοποίηση τυρογάλακτος Το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν

ζωοτροφή για χοίρους ή πτηνά σαν προσθήκη στο ψωμί για αύξηση της θρεπτικής

του αξίας σαν προσθήκη (πρωτεϊνών) σε διαιτητικές παιδικές τροφές Επίσης

χρησιμοποιείται για την παρασκευή αεριούχων ποτών ή άλλων ζυμωθέντων ποτών

αλβουμίνης και σφαιρίνης για προσθετικά τροφίμων αλκοόλης λακτόζης σιροπιών

γαλακτόζης και γλυκόζης και για την παρασκευή ριβοφλαμίνης

Ακόμη χρησιμοποιείται για την παραγωγή γαλακτικού οξέος για την παρασκευή

υποστρωμάτων ζυμώσεως για παραγωγή αντιβιοτικών μεθανίου ακετόνης και

βιομάζας (πρωτεΐνες SCP) και τέλος για την παρασκευή τυριών (Ricotta μανούρι

μυζήθρα)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

13

147 Χρήση των αποβλήτων τυροκομείου ως υπόστρωμα ζύμωσης Μια από τις

κύριες οδούς αξιοποίησης του τυρογάλακτος σχετίζεται με τη ζύμωση αυτού προς

παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας (γαλακτικό οξύ αιθυλική

αλκοόλη βιταμίνες β- γαλακτοσιδάση ξύδι βιομάζα μικροβιακό λίπος) (Αγγελής

2007) Ειδικότερα το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θρεπτικό μέσο για την

ανάπτυξη μικροοργανισμών (πχ γένη Kluyveromyces Candida Trichosporum

Torula) που δίδουν βιομάζα που περιέχει πρωτείνη υψηλής βιολογικής αξίας

(πλούσια σε απαραίτητα αμινοξέα) την αποκαλούμενη laquoμονοκυτταρική πρωτείνηraquo

Σε σύγκριση με τα φυτά οι μικροοργανισμοί εμφανίζουν σημαντικά υψηλότερους

ειδικούς ρυθμούς ανάπτυξης και υψηλότερη συγκέντρωση πρωτεΐνης στην

παραγόμενη βιομάζα που σε πολλές περιπτώσεις φτάνει το 80 (ββ) επί ξηρής

μάζας (Αγγελής 2007) Ενδεικτικά αναφέρεται ότι ήδη στη Γαλλία (Εταιρεία

laquoFr mager es Le Be raquo) παράγεται υψηλής αξίας μονοκυτταρική πρωτεΐνη κατά την

ανάπτυξη μυκήτων του είδους Kluyveromyces fragilis σε τυρόγαλα σε βιομηχανική

κλίμακα το δε παραγόμενο προϊόν χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία στη διατροφή

του ανθρώπου (Αγγελής 2007) Η χρησιμοποίηση των δυνάμενων να παράξουν

ενδοκυτταρικό λίπος μικροοργανισμών ( eag us ή -bearing microorganisms)

έχει ήδη αναφερθεί από το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο επισταμένη όμως μελέτη των

μικροοργανισμών αυτών πραγματοποιείται τα τελευταία 35 χρόνια (Agge s κλπ

1987 1988 1990 Ratledge 1994 2002 Certik and Shimizu 1999 Ratledge κλπ

2005 Αγγελής 2007) Το ενδιαφέρον για την παραγωγή των λιπιδίων αυτών

καλουμένων και μικροβιακών ή μονοκυτταρικών λιπιδίων (m cr b a s ή s g e ce

s) είναι μεγάλη καθώς αποτελούν πηγή σημαντικών λιπαρών οξέων που δεν

συναντάμε συχνά στη φύση Αυτά τα λιπαρά οξέα χρησιμοποιούνται στην κλινική

διατροφή και ως πρώτες ύλες για την παρασκευή ειδικών τροφών και καλλυντικών

(Rat edge 1994 Rat edge κλπ 2005 Αγγελής 2007)

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον εστιάζεται στο γ-λινολενικό οξύ ( LA Δ6912C183) ένα

λιπαρό οξύ το οποίο παράγεται κατά κύριο λόγο ως μεταβολικό προϊόν από τους

ελαιογόνους ζυγομύκητες (Agge s κλπ 1987 1988 1990 Rat edge 1994 2002

Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) και παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον λόγω των αντικαρκινικών και αντιφλεγμονωδών ιδιοτήτων που έχει

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

14

βρεθεί ότι περιέχει (Cert k a d h m u 1999 Ke y κλπ 2000) Παρά το γεγονός

ότι έχει αναφερθεί χρησιμοποίηση πληθώρας ανανεώσιμων υποστρωμάτων ή

υποστρωμάτων τύπου laquoαποβλήτωνraquo ως πηγών άνθρακα από ελαιογόνους

ζυγομύκητες προκειμένου να παραχθεί λίπος και γ-λινολενικό οξύ (Certik and

Shimizu 1999 Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) το τυρόγαλα

μέχρι στιγμής δεν έχει χρησιμοποιηθεί από μικροοργανισμούς αυτής της κατηγορίας

πιθανώς λόγω της μη-ικανοποιητικής ανάπτυξης αυτών στη λακτόζη (Cert k a d

h m u 1999) Αντίθετα ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 είχε παραχθεί

μικροβιακό λίπος που προσομοίαζε με αυτό του λίπους του κακάο (c c a- butter

subst tute) σε βιομηχανική κλίμακα χρησιμοποιώντας ελαιοπαραγωγούς ζύμες του

είδους Apiotrichum curvatum κατά την καλλιέργεια τους στο τυρόγαλα (Ykema κλπ

1988 1990 Davies κλπ 1990 Davies and Holdsworth 1992 Ratledge 1994

Αγγελής 2007)

148 Χρήσεις της Μονοκυτταρικής Πρωτεΐνης στην ανθρώπινη διατροφή και

στις ζωοτροφές Στη διατροφή των ζώων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται για την πάχυνση των μόσχων για την πάχυνση πουλερικών και

χοίρων Επίσης χρησιμοποιείται στις ζωοτροφές για όρνιθες ωοπαραγωγής καθώς και

για την καλλιέργεια ψαριών Τέλος η μονοκυτταρική πρωτεΐνη χρησιμοποιείται ως

τροφή κατοικίδιων ζώων Στον τομέα των τροφίμων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται ως φορέας αρωμάτων βιταμινών και ως ενισχυτικό

γαλακτωματοποιητών Επίσης χρησιμοποιείται για την βελτίωση της θρεπτικής αξίας

των ψημένων προϊόντων σε σούπες σε έτοιμα γεύματα για σερβίρισμα και σε

συνταγές δίαιτας

149 Παραγωγή Μονοκυτταρικής Πρωτείνης (SCP) Ο όρος laquo πρωτεΐνες μονο-

κυττάρωνraquo (SCP) επινοήθηκε από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης το

1966 και συνηθίζεται σήμερα να αναφέρεται ως μικροβιακή βιομάζα

χρησιμοποιούμενη ως τρόφιμο και ως πρόσθετο τροφίμων Ακόμα η απομονωμένη

κυτταρική πρωτεΐνη ή τα ολικά κυτταρικά συστατικά μπορούν να καλούνται SCP

Επίσης ο όρος μονοκυτταρική πρωτεΐνη αναφέρεται σε αποξηραμένα κύτταρα

μικροοργανισμών όπως πλαγκτόν ακτινομυκήτων βακτηρίων ζυμομυκήτων και

μυκήτων που αναπτύσσονται σε μεγάλη κλίμακα για να χρησιμοποιηθούν ως πηγές

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

15

πρωτεϊνών στην τροφή των ανθρώπων ή ζώων Αν και οι μικροοργανισμοί αυτοί

αναπτύσσονται για τις πρωτεΐνες τους τα κύτταρά τους περιέχουν επίσης

υδατάνθρακες λιπίδια βιταμίνες ιχνοστοιχεία και νουκλεiumlκά οξέα

Δεν είναι παράξενο ότι οι μικροοργανισμοί έχουν χρησιμοποιηθεί ως συστατικά

τροφών από τους αρχαίους χρόνους Για παράδειγμα οι ζυμομύκητες

χρησιμοποιούνται εδώ και πολλούς αιώνες για την παρασκευή του ψωμιού Επίσης

τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιούνται γα την παρασκευή τυριού και

αλλαντικών Γύρω από το 1900 στην Αμερική η φυγοκέντρηση χρησιμοποιήθηκε για

τον διαχωρισμό των κυττάρων της ζύμης από το μέσον καλλιέργειας

Η πρώτη παραγωγή πρωτεϊνών από μονοκύτταρους οργανισμούς έγινε στη Γερμανία

κατά την διάρκεια του Αrsquo παγκοσμίου πολέμου όταν ο ζυμομύκητας Saccharomyces

cerevisiae αναπτύχθηκε με μελάσα για πηγή άνθρακα και άλατα αμμωνίου για πηγή

αζώτου Κατά τη διάρκεια του Βrsquo παγκοσμίου πολέμου η τεχνολογία των

βιοαντιδραστήρων είχε αρχίσει να αναπτύσσεται με άμεση εφαρμογή στη μαζική

παραγωγή μικροβιακών κυττάρων Σήμερα με τις τεχνικές διήθησης του υγρού

καλλιέργειας από ειδικά φίλτρα έχει ελαττωθεί κατά πολύ το κόστος μια και η

φυγοκέντρηση δεν είναι πλέον αναγκαία

Πολλά ακατέργαστα υλικά θεωρήθηκαν ως πηγή τροφής των κυττάρων για την

παραγωγή των πρωτεϊνών μονοκυττάρων Στις περισσότερες περιπτώσεις τα

ακατέργαστα υλικά πρέπει να τροποποιηθούν με φυσικούς χημικούς ή ενζυμικούς

τρόπους

Πηγή κυτταρίνης όπως τα ξύλα και άχυρα που αποτελούνται από το σύμπλοκο

λιγνίνης-κυτταρίνης δεν υδρολύονται εύκολα με ένζυμα ή οξέα για να

απελευθερώσουν σάκχαρα Στο παρακάτω σχήμα 5 περιγράφεται σχηματικά η

διαδικασία παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτείνης από κόκκους κεφίρ (μίγμα

γαλακτικών βακτηρίων και ζυμών Kluyveromyces)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

16

Σχήμα 5 Διάγραμμα παραγωγής SCP από κόκκους κεφίρ

1410 Σύσταση και διατροφική αξία της Μονοκυτταρικής πρωτείνης Η

θρεπτική αξία των τροφίμων από μονοκυτταρική πρωτεΐνη ποικίλει ανάλογα με την

χρήση των μικροοργανισμών Η μέθοδος της συγκομιδής της αποξήρανσης και της

επεξεργασίας έχει επίδραση στην θρεπτική αξία του τελικού προϊόντος Η θρεπτική

αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι η εξής

1 Μπορεί να καλλιεργηθεί σε μη τρόφιμα (υπόστρωμα)

2 Το ξηρό βάρος των μικροοργανισμών περιέχει 60-70 πρωτεΐνη

3 Έχει εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα αναπαραγωγής δηλαδή έχει

γρήγορο ρυθμό πολλαπλασιασμού

4 Έχει υψηλή περιεκτικότητα στο σύμπλεγμα βιταμινών Β

5 Περιέχει θειαμίνη ριβοφλαβίνη γλουταθειόνη φολικό οξύ κλπ

Η ενδεικτική σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτείνης

περιγράφεται στους πίνακες 2-4

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

17

Πίνακας 2 Σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης σε

διαφορετικά είδη μικροοργανισμών(Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Συστατικά Μύκητες Άλγη Ζύμες Βακτήρια

Πρωτεΐνες 30-45 40-60 45-55 50-65

Λιπίδια 2-8 7-20 2-6 15-3

Τέφρα 9-14 8-10 5-95 3-7

Νουκλεΐκό οξύ 7-10 3-8 6-12 8-12

Πίνακας 3 Αμινοξέα της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida utilis

(g αμινοξέων100g πρωτεΐνης) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Αμινοξέα Candida utilis

Ασπαρτικό οξύ 132 plusmn 012

Θρεονίνη 060 plusmn 005

Σερίνη 064 plusmn 004

Γλουταμινικό οξύ 320 plusmn 02

Προλίνη 074 plusmn 0045

Γλυκίνη 075 plusmn 006

Αλανίνη 118 plusmn 012

Βαλίνη 054 plusmn 004

Μεθειονίνη 044 plusmn 0032

Ισολευκίνη 081 plusmn 0045

Λευκίνη 144 plusmn 012

Τυροσίνη 086 plusmn 0054

Φαινυλαλανίνη 098 plusmn 0057

Λυσίνη 124 plusmn 011

Ιστιδίνη 019 plusmn 0012

Αργινίνη 082 plusmn 0045

Πίνακας 4 Περιεκτικότητα βιταμινών μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida

utilis (mg100g ξηρού βάρους) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Βιταμίνες Candida utilis

Θειαμίνη 053

Ριβοφλαβίνη 450

Νιασίνη 4173

Πυριδοξίνη 334

Παντοθενικό οξύ 372

Χολίνη -

Φολικό οξύ 215

Ινοσιτόλη -

Βιοτίνη 023

Βιταμίνη Β12 0

Ρ-αμινοβενζοiumlκό οξύ 17

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 5: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

4

οποία χρησιμοποιείται ως πρόσθετο σε διάφορα τρόφιμα (ικανότητα

γαλακτωματοποίσης-σταθεροποίησης γαλακτωμάτων αύξησης συγκράτησης νερού

σε γαλακτώματα-διαλύματα αύξηση συγκέντρωσης σε πρωτείνη κλπ) Επίσης το

πλήρες υγρό τυρόγαλα ή έπειτα από ξήρανση μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ζωοτροφή

(κυρίως σε χοίρους) Στη χειρίστη περίπτωση απορρίπτεται ως έχει παράνομα σε

υδροφόρους ορίζοντες

Το αποπρωτεϊνομένο τυρόγαλα (μετά και την απομάκρυνση-αξιοποίηση των

οροπρωτεϊνών του) είναι το κύριο απόβλητο που παραμένει συνήθως αδιάθετο και

εξακολουθεί να περιέχει υψηλό ρυπαντικό φορτίο λόγο της υψηλής συγκέντρωσης

σακχάρων και κυρίως λακτόζης που περιέχει (~ 47-50 ) Αυτό το σάκχαρο μαζί

με άλατα και χαμηλού μοριακού βάρους αζωτούχες ενώσεις που μπορεί να περιέχει

το αποπρωτείνωμένο τυρόγαλο (πρωτεόζες-πεπτόνες-αμινοξέα) είναι ένα αρκετά

καλό υπόστρωμα ζύμωσης για μικροοργανισμούς που μπορούν να μεταβολίσουν τη

λακτόζη και να παράγουν με βιοτεχνολογικό τρόπο ουσίες υψηλής προστιθέμενης

αξίας μειώνοντας παράλληλα σημαντικά το COD-BOD του απομένοντος υγρού

αποβλήτου μετά το τέλος της ζύμωσης Η βιομάζα άλλωστε που καλλιεργείται για

την κάθε ζύμωση μπορεί έπειτα από αποστείρωση-ξήρανση να χρησιμοποιηθεί ως

μονοκυτταρική πρωτείνη και διατροφικό συμπλήρωμα για ζωοτροφές ή ανθρώπινη

διατροφή Αυτός είναι και ο βασικός στόχος της παρούσας εφαρμοσμένης έρευνας

και μελέτης

14 Βιβλιογραφική Ανασκόπηση

141 Το τυρόγαλα Τυρόγαλα είναι το προϊόν το οποίο λαμβάνεται με τη χρήση

οξέων πυτιάς ή και φυσικοχημικών μεθόδων κατά την παραγωγή τυριών και

καζεΐνης (Κανονισμός 62530-3-1978 ΕΕ) Κατά την τυροκόμηση αγελαδινού

γάλακτος το 10-20 (ββ) των συνολικών συστατικών του γάλακτος μεταφέρεται

στο τυρί και το υπόλοιπο στο τυρόγαλα Τα ποσοστά αυτά ποικίλουν ανάλογα με το

είδος του τυριού που παρασκευάζεται και την τεχνολογία που εφαρμόζεται Ως γενική

προσέγγιση μπορούμε να πούμε ότι το τυρόγαλα είναι ιδιαίτερα πλούσιο σε λακτόζη

η οποία συνιστά το κύριο ρυπαντικό συστατικό του αποβλήτου ενώ περιέχει μεγάλη

ποικιλία ανόργανων και οργανικών ουσιών Στις αζωτούχες ενώσεις του

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

5

τυρογάλακτος κυριαρχούν οι αλβουμίνες και γλοβουλίνες του γάλακτος που δεν

πήζουν με την πυτιά ή με την οξίνιση του Πέρα αυτών υπάρχουν πρωτεόζες-

πεπτόνες και πλήθος άλλων υδατοδιαλυτών αζωτούχων ουσιών Θα πρέπει να

τονιστεί επίσης ότι το τυρόγαλα έχει πλήθος αλάτων και βιταμινών Κατά την

τυροκόμιση του γάλακτος μεταφέρεται στο τυρόγαλα περίπου το 40-50 (ββ) των

στερεών συστατικών του γάλακτος και προκαλεί σημαντική ρύπανση όταν

απορρίπτεται στο περιβάλλον Σε πολλές χώρες απαγορεύεται η απόρριψη του στο

αποχετευτικό δίκτυο των πόλεων εάν πριν δεν έχει προηγηθεί κάποια επεξεργασία

μείωσης της οργανικής του ουσίας Σήμερα παράγονται περίπου 120 εκατομμύρια

τόνοι τυρογάλακτος σε όλο τον κόσμο (Peters 2006) Από την παραγωγή αυτή

αξιοποιείται μόνο το 55 περίπου Το υπόλοιπο απορρίπτεται ως απόβλητο

142 Σύσταση Τυρογάλακτος Το τυρόγαλα περιέχει μεγάλη ποικιλία στερεών

συστατικών η αναλογία των οποίων προσδιορίζεται κατά κύριο λόγο από τη

σύσταση του γάλακτος από το οποίο προέρχεται αλλά και από τις τεχνολογικές

επεμβάσεις που γίνονται κατά την διάρκεια της επεξεργασίας του Όλοι οι

παράγοντες που επηρεάζουν τη σύσταση του γάλακτος επηρεάζουν και αυτή του

τυρογάλακτος που λαμβάνεται από αυτό Επίσης η θερμική μεταχείριση του

γάλακτος πριν από την πήξη του ο τρόπος πήξης του - ένζυμα βιολογική οξίνιση

προσθήκη οξέων ο βαθμός διαίρεσης του πήγματος καθώς και ο τρόπος και η

θερμοκρασία αναθέρμανσης επηρεάζουν τη σύσταση του τυρογάλακτος Από τα

συστατικά του τυρογάλακτος το λίπος είναι δυνατόν να απομακρυνθεί εύκολα με

φυγοκέντρηση και να χρησιμοποιηθεί με διαφόρους τρόπους ενώ τα άλλα για να

παραληφθούν και να αξιοποιηθούν θα πρέπει αυτό να υποβληθεί σε ειδική κατά

περίπτωση επεξεργασία Κατά τη φυγοκέντρηση του τυρογάλακτος πέραν του

λίπους απομακρύνονται και μικρά τεμαχίδια πήγματος που περιέχει

Παραπλήσια σύσταση με αυτήν του αγελαδινού τυρογάλακτος έχει και το

αποκορυφωμένο τυρόγαλα από την παρασκευή διάφορων τύπων τυριών του

εξωτερικού με εξαίρεση το λίπος που αφαιρείται

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

6

Χαρακτηριστικό των αζωτούχων ουσιών του τυρογάλακτος είναι ότι σε αυτές η

καζεΐνη υπάρχει σε ίχνη Δεσπόζουν στην περίπτωση αυτή οι αλβουμίνες και

γλοβουλίνες του γάλακτος που δεν πήζουν με την πυτιά ή με την οξίνισή του Πέραν

αυτών υπάρχουν πρωτεόζες-πεπτόνες και πλήθος άλλων υδατοδιαλυτών αζωτούχων

ουσιών Δε μεταφέρονται όμως στο τυρόγαλα μόνον κύρια συστατικά του γάλακτος

αλλά και άλατα και βιταμίνες και μάλιστα σε σημαντικές ποσότητες

Ιδιαίτερα σημαντικό για το τυρόγαλα είναι ότι στη δομή των πρωτεϊνών του

συμμετέχουν όλα τα απαραίτητα αμινοξέα στην ενδεδειγμένη αναλογία και μεταξύ

τους σχέσεις για τη διατροφή του ανθρώπου γεγονός που τους προσδίδει εξαιρετική

βιολογική αξία Ενδεικτικές τιμές για τη θρεπτική αξία και σύσταση τυρογάλακτος

δίδονται στον Πίνακα 1

Πίνακας 1 Θρεπτική αξία και Σύσταση Τυρογάλακτος( Venetsaneas et al 2009

e s 1996)

Συστατικό Τιμή Βιβλιογραφία

Διαλύτες 06-08 wv Venetsaneas et al 2009

e s 1996

Πρωτεΐνες 8-10 wv

Λιπίδια 04-05 wv Venetsaneas et al 2009

e s 1996

Μεταλλικά άλατα 8-10 του ξηρού

εκχυλίσματος

Venetsaneas et al 2009

e s 1996

BOD5 30000-50000 ppm e so 1996

COD 60000-80000 ppm e s 1996

143 Η λακτόζη Η λακτόζη ή γαλακτοσάκχαρο είναι χαρακτηριστικός

υδατάνθρακας του γάλακτος ο μόνος που υπάρχει ελεύθερος και σε σημαντικές

ποσότητες To κανονικό γάλα περιέχει συνήθως 44 έως 52 και κατά μέσο όρο

48 λακτόζη που αντιπροσωπεύει το 50-52 των στερεών συστατικών του άπαχου

γάλακτος Στο γάλα της γυναίκας η λακτόζη απαντά σε μεγαλύτερη αναλογία

περίπου 7 Τα διάφορα είδη γάλακτος παρουσιάζουν πολλές φορές σημαντικές

διαφορές μεταξύ τους στην περιεκτικότητά τους σε λακτόζη Αν εξετάσουμε όμως τη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

7

σύσταση του γάλακτος των περισσοτέρων θηλαστικών διαπιστώνουμε ότι η λακτόζη

παρουσιάζει πάντοτε πολύ μικρότερη διακύμανση από ότι το λίπος και τα

λευκώματα πράγμα που οδηγεί στην άποψη ότι η ενζυματική διεργασία που αφορά

τη σύνθεση της λακτόζης είναι παρόμοια σε τελείως διαφορετικά είδη Από βιολογική

άποψη η λακτόζη χρησιμεύει στον οργανισμό ως πηγή ενέργειας πλην όμως για να

απορροφηθεί πρέπει πρώτα να διασπαστεί σε γλυκόζη και γαλακτόζη Σ αυτό βοηθά

το ένζυμο λακτάση που αφθονεί στο πεπτικό σύστημα των βρεφών Σήμερα έχει

διαπιστωθεί ότι η δράση της λακτάσης παρουσιάζεται αυξημένη κατά τις πρώτες

ημέρες μετά τη γέννηση πλην όμως ελαττώνεται με την πάροδο του χρόνου Ο

βαθμός ανοχής της λακτόζης του σιτηρεσίου από τα διάφορα είδη θηλαστικών μπορεί

να λεχθεί ότι είναι ανάλογος της περιεκτικότητας του γάλακτός τους στο σάκχαρο

αυτό Η παρουσία της λακτόζης στο γάλα και στα προϊόντα του παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον γιατί

α) Είναι πρωταρχικός παράγοντας στον έλεγχο των ζυμώσεων σε διάφορα

γαλακτοκομικά προϊόντα

β) Προσδίδει θρεπτική αξία στο γάλα και στα γαλακτοκομικά προϊόντα

γ) Η γεύση και η διαλυτότητα αποθηκευμένων γαλακτοκομικών προϊόντων

επηρεάζονται out αυτή

δ) Παίζει βασικό ρόλο στην εμφάνιση του χρώματος και της γεύσεως στα

υπερθερμασμένα γαλακτοκομικά προϊόντα

ε) Για τον άνθρωπο και αρκετά ζώα δεν αποτελεί μόνο πηγή ενέργειας αλλά

και πηγή γαλακτόζης που αποτελεί συστατικό των νευρικών ιστών

1431 Δομή της Λακτόζης Η λακτόζη είναι δισακχαρίτης που σχηματίζεται από

την ένωση ενός μορίου d-γλυκόζης και ενός μορίου d-γαλακτόζης κατά τρόπο ώστε

να μένει ελεύθερη μια αλδεϋδική ομάδα Σχηματίζεται από τη γλυκόζη του αίματος

και γι αυτό η περιεκτικότητα του τελευταίου στο σάκχαρο αυτό κατά τη διάρκεια της

γαλακτικής περιόδου είναι μικρότερη εκείνης της ξηράς περιόδου Κατά το άρμεγμα

παρατηρείται επίσης πτώση της γλυκόζης του αίματος που επανέρχεται όμως σε

κανονικό επίπεδο λίγο μετά το άρμεγμα Η λακτόζη υπάρχει σε δύο ισομερείς μορφές

την α και β που διακρίνονται μεταξύ τους από τη θέση του υδροξυλίου της γλυκόζης

(σχήμα 1)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

8

Σχήμα 1 Ισομερείς μορφές λακτόζης

Η λακτόζη απαντά στη φύση και στα γαλακτοκομικά προϊόντα είτε στις δύο

κρυσταλλικές μορφές α-ένυδρη και β-άνυδρη ή σαν άμορφη ιλυώδης μάζα που

είναι μίγμα α και β λακτόζης Κάτω από ειδικές συνθήκες λαμβάνονται και άλλες

μορφές που διαφέρουν μεταξύ τους κυρίως σε ότι αφορά τις φυσικές τους ιδιότητες

Η μορφή α-λακτόζης που απαντά σε συνήθεις θερμοκρασίες είναι η ενυδατωμένη με

ένα μόριο νερού mdash C12H22OMH2O H λακτόζη του εμπορίου είναι η μορφή αυτή και

λαμβάνεται από υπερκορεσμένα υδατικά διαλύματα λακτόζης με βραδεία

κρυστάλλωση σε θερμοκρασίες μικρότερες των 935 C Έχει σημείο τήξεως 2016deg

C Η α-άνυδρη λακτόζη σχηματίζει κρυστάλλους διαφόρων μορφών που

καθορίζονται από τις συνθήκες κρυσταλλώσεως Ο παράγοντας που κατά κύριο

λόγο ρυθμίζει τη μορφή των κρυστάλλων είναι ο λόγος μεταξύ της πραγματικής

συγκεντρώσεως προς τη διαλυτότητα Όταν είναι μεγάλος η κρυστάλλωση

προχωρεί γρήγορα και σχηματίζονται μόνο πρίσματα Όσο ο λόγος αυτός μειώνεται

τόσο η κρυστάλλωση γίνεται με βραδύτερο ρυθμό ενώ η μορφή των κρυστάλλων

αλλάζει Στη συνέχεια δίδονται οι διάφορες μορφές κρυστάλλων της α-ένυδρης

λακτόζης Οι Α Β και C λαμβάνονται όταν ο ρυθμός κρυσταλλώσεως είναι

γρήγορος ενώ οι Ε F και G όταν είναι βραδύς Ο κρύσταλλος Η δίδει την άλλη όψη

του G ενώ η μορφή D έχει σχήμα πυραμίδας που προκύπτει από την εξέλιξη του

κρυστάλλου C Η κρυστάλλωση στα γαλακτοκομικά προϊόντα είναι συχνά πιο

πολύπλοκοo φαινόμενο Τα άλλα συστατικά του επηρεάζουν την κρυστάλλωση της

λακτόζης με αποτέλεσμα να δημιουργούνται ακανόνιστοι κρύσταλλοι που

διαφέρουν εκείνων που λαμβάνονται από καθαρά διαλύματά της σε ορισμένες

περιπτώσεις μάλιστα είναι δυνατό να παρεμποδίσουν το σχηματισμό πυρήνων

κρυσταλλώσεως και να καθυστερήσουν την κρυστάλλωση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

9

Οι κρύσταλλοι της α-ένυδρης λακτόζης είναι σκληροί και δυσκολοδιάλυτοι (σχήμα

2)

Σχήμα 2 Κρυσταλλικές μορφές λακτόζης

1432 Βιοσύνθεση της Λακτόζης Κατά την υδρόλυσή της η λακτόζη δίδει ένα

μόριο γλυκόζης και ένα μόριο γαλακτόζης Ο τρόπος συνθέσεως της λακτόζης στο

μαστό των ζώων έχει κατά καιρούς απασχολήσει ερευνητές διαφόρων χωρών

Σήμερα είναι γνωστό ότι η κατ εξοχήν πρόδρομη ουσία για τη σύνθεση της είναι η

D-γλυκόζη του αίματος

Σε πρώτη φάση μετατρέπεται στο μαστό ένα μέρος της D-γλυκόζης σε D-γαλακτόζη

Στη συνέχεια ένα μόριο D-γλυκόζης ενώνεται με ένα μόριο D-γαλοκτόζης και

δημιουργείται η λακτόζη

Αναλυτικότερα ο σχηματισμός της λακτόζης στο μαστό περιλαμβάνει τα εξής στάδια

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

10

Από τα ένζυμα που συμμετέχουν στο σχηματισμό της λακτόζης η συνθετάση της

λακτόζης (UDP mdash γαλακτόζη mdash d mdash γλυκόζη I mdash γαλακτοζυλοτρανφεράση)

απαντά μόνο στο μαστό ενώ τα άλλα ανευρίσκονται και σε άλλα σημεία του

σώματος των ζώων όπου λαμβάνουν μέρος σε διάφορους μεταβολικούς κύκλους

Διαπιστώθηκε ότι η συνθετάση της λακτόζης αποτελείται από δύο πρωτεΐνες που

ονομάστηκαν Α και Β To τμήμα Β του ενζύμου βρέθηκε ότι είναι ταυτόσημο με την

α-γαλακταλβουμίνη που είναι προϊόν της συνθετικής δραστηριότητας των

γαλακτικών κυττάρων και απαντά μόνο στο μαστό ενώ το Α υπάρχει σε διάφορους

ιστούς και μόνο του καταλύει διαφορετική αντίδραση

1433 Ισορροπία λακτόζης σε διάλυμα Ο ρυθμός μετατροπής της α-λακτόζης προς

β και αντίστροφα μέχρι να επιτευχθεί η ισορροπία μεταξύ τους επηρεάζεται

σημαντικά από τη θερμοκρασία του διαλύματος Είναι μικρή σε χαμηλές

θερμοκρασίες και αυξάνει με την αύξησή της Στους 70 C η ισορροπία επιτυγχάνεται

αμέσως To pH επηρεάζει επίσης το φαινόμενο αυτό Σε τιμές ρΗ γύρω από 50 ο

ρυθμός μετατροπής της μιας μορφής προς την άλλη είναι πολύ μικρός πλην όμως

αυξάνει με τη μεταβολή του Σε ρΗ 90 η ισορροπία επιτυγχάνεται σε λίγα λεπτά Η

παρουσία αλάτων μπορεί να επηρεάσει την ταχύτητα μετατροπής της α-λακτόζης

προς β και αντίστροφα Η επίδραση είναι περιορισμένη σε αραιά διαλύματα αλάτων

πλην όμως σε συγκεντρώσεις παραπλήσιες με αυτές του γάλακτος η ταχύτητα σχεδόν

διπλασιάζεται

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

11

Παρόμοια επίδραση με τα άλατα έχει και η παρουσία σακχάρων σε χαμηλές

συγκεντρώσεις Αντίθετα οι υψηλές συγκεντρώσεις μειώνουν την ταχύτητα

μετατροπής της μιας μορφής λακτόζης προς την άλλη (σχήμα 3)

Σχήμα 3 Σχέση μεταξύ των διαφόρων μορφών λακτόζης (Τ=C)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

12

144 Πλεονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Μερικά από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα του τυρογάλακτος ως υπόστρωμα

ζύμωσης είναι τα εξής

Υψηλό ποσοστό πρωτεϊνών και σακχάρων

Χαμηλό κόστος υποστρώματος

145 Μειονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Για την αξιοποίηση του τυρογάλακτος αντιμετωπίζονται διάφορες δυσκολίες από τις

οποίες οι πιο σημαντικές είναι

Το μεγάλο μικροβιακό φορτίο που το καθιστά ευπαθές Αν δεν παστεριωθεί ή

ψυχθεί αμέσως μετά την παραγωγή του αλλοιώνεται σε σύντομο χρονικό

διάστημα

Η σύστασή του δεν είναι σταθερή Κυμαίνεται ανάλογα με τον τύπο του

τυριού και το είδος του γάλακτος από τα οποία προέρχεται

Περιέχει χαμηλό σχετικά ποσοστό στερεών συστατικών πράγμα που

επιβραδύνει το κόστος επεξεργασίας του

Θεωρείται σαν προϊόν ευτελούς αξίας για αυτό και συχνά δεν αξιοποιείται Η

άποψη αυτή αναθεωρήθηκε τελευταία

146 Αξιοποίηση τυρογάλακτος Το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν

ζωοτροφή για χοίρους ή πτηνά σαν προσθήκη στο ψωμί για αύξηση της θρεπτικής

του αξίας σαν προσθήκη (πρωτεϊνών) σε διαιτητικές παιδικές τροφές Επίσης

χρησιμοποιείται για την παρασκευή αεριούχων ποτών ή άλλων ζυμωθέντων ποτών

αλβουμίνης και σφαιρίνης για προσθετικά τροφίμων αλκοόλης λακτόζης σιροπιών

γαλακτόζης και γλυκόζης και για την παρασκευή ριβοφλαμίνης

Ακόμη χρησιμοποιείται για την παραγωγή γαλακτικού οξέος για την παρασκευή

υποστρωμάτων ζυμώσεως για παραγωγή αντιβιοτικών μεθανίου ακετόνης και

βιομάζας (πρωτεΐνες SCP) και τέλος για την παρασκευή τυριών (Ricotta μανούρι

μυζήθρα)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

13

147 Χρήση των αποβλήτων τυροκομείου ως υπόστρωμα ζύμωσης Μια από τις

κύριες οδούς αξιοποίησης του τυρογάλακτος σχετίζεται με τη ζύμωση αυτού προς

παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας (γαλακτικό οξύ αιθυλική

αλκοόλη βιταμίνες β- γαλακτοσιδάση ξύδι βιομάζα μικροβιακό λίπος) (Αγγελής

2007) Ειδικότερα το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θρεπτικό μέσο για την

ανάπτυξη μικροοργανισμών (πχ γένη Kluyveromyces Candida Trichosporum

Torula) που δίδουν βιομάζα που περιέχει πρωτείνη υψηλής βιολογικής αξίας

(πλούσια σε απαραίτητα αμινοξέα) την αποκαλούμενη laquoμονοκυτταρική πρωτείνηraquo

Σε σύγκριση με τα φυτά οι μικροοργανισμοί εμφανίζουν σημαντικά υψηλότερους

ειδικούς ρυθμούς ανάπτυξης και υψηλότερη συγκέντρωση πρωτεΐνης στην

παραγόμενη βιομάζα που σε πολλές περιπτώσεις φτάνει το 80 (ββ) επί ξηρής

μάζας (Αγγελής 2007) Ενδεικτικά αναφέρεται ότι ήδη στη Γαλλία (Εταιρεία

laquoFr mager es Le Be raquo) παράγεται υψηλής αξίας μονοκυτταρική πρωτεΐνη κατά την

ανάπτυξη μυκήτων του είδους Kluyveromyces fragilis σε τυρόγαλα σε βιομηχανική

κλίμακα το δε παραγόμενο προϊόν χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία στη διατροφή

του ανθρώπου (Αγγελής 2007) Η χρησιμοποίηση των δυνάμενων να παράξουν

ενδοκυτταρικό λίπος μικροοργανισμών ( eag us ή -bearing microorganisms)

έχει ήδη αναφερθεί από το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο επισταμένη όμως μελέτη των

μικροοργανισμών αυτών πραγματοποιείται τα τελευταία 35 χρόνια (Agge s κλπ

1987 1988 1990 Ratledge 1994 2002 Certik and Shimizu 1999 Ratledge κλπ

2005 Αγγελής 2007) Το ενδιαφέρον για την παραγωγή των λιπιδίων αυτών

καλουμένων και μικροβιακών ή μονοκυτταρικών λιπιδίων (m cr b a s ή s g e ce

s) είναι μεγάλη καθώς αποτελούν πηγή σημαντικών λιπαρών οξέων που δεν

συναντάμε συχνά στη φύση Αυτά τα λιπαρά οξέα χρησιμοποιούνται στην κλινική

διατροφή και ως πρώτες ύλες για την παρασκευή ειδικών τροφών και καλλυντικών

(Rat edge 1994 Rat edge κλπ 2005 Αγγελής 2007)

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον εστιάζεται στο γ-λινολενικό οξύ ( LA Δ6912C183) ένα

λιπαρό οξύ το οποίο παράγεται κατά κύριο λόγο ως μεταβολικό προϊόν από τους

ελαιογόνους ζυγομύκητες (Agge s κλπ 1987 1988 1990 Rat edge 1994 2002

Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) και παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον λόγω των αντικαρκινικών και αντιφλεγμονωδών ιδιοτήτων που έχει

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

14

βρεθεί ότι περιέχει (Cert k a d h m u 1999 Ke y κλπ 2000) Παρά το γεγονός

ότι έχει αναφερθεί χρησιμοποίηση πληθώρας ανανεώσιμων υποστρωμάτων ή

υποστρωμάτων τύπου laquoαποβλήτωνraquo ως πηγών άνθρακα από ελαιογόνους

ζυγομύκητες προκειμένου να παραχθεί λίπος και γ-λινολενικό οξύ (Certik and

Shimizu 1999 Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) το τυρόγαλα

μέχρι στιγμής δεν έχει χρησιμοποιηθεί από μικροοργανισμούς αυτής της κατηγορίας

πιθανώς λόγω της μη-ικανοποιητικής ανάπτυξης αυτών στη λακτόζη (Cert k a d

h m u 1999) Αντίθετα ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 είχε παραχθεί

μικροβιακό λίπος που προσομοίαζε με αυτό του λίπους του κακάο (c c a- butter

subst tute) σε βιομηχανική κλίμακα χρησιμοποιώντας ελαιοπαραγωγούς ζύμες του

είδους Apiotrichum curvatum κατά την καλλιέργεια τους στο τυρόγαλα (Ykema κλπ

1988 1990 Davies κλπ 1990 Davies and Holdsworth 1992 Ratledge 1994

Αγγελής 2007)

148 Χρήσεις της Μονοκυτταρικής Πρωτεΐνης στην ανθρώπινη διατροφή και

στις ζωοτροφές Στη διατροφή των ζώων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται για την πάχυνση των μόσχων για την πάχυνση πουλερικών και

χοίρων Επίσης χρησιμοποιείται στις ζωοτροφές για όρνιθες ωοπαραγωγής καθώς και

για την καλλιέργεια ψαριών Τέλος η μονοκυτταρική πρωτεΐνη χρησιμοποιείται ως

τροφή κατοικίδιων ζώων Στον τομέα των τροφίμων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται ως φορέας αρωμάτων βιταμινών και ως ενισχυτικό

γαλακτωματοποιητών Επίσης χρησιμοποιείται για την βελτίωση της θρεπτικής αξίας

των ψημένων προϊόντων σε σούπες σε έτοιμα γεύματα για σερβίρισμα και σε

συνταγές δίαιτας

149 Παραγωγή Μονοκυτταρικής Πρωτείνης (SCP) Ο όρος laquo πρωτεΐνες μονο-

κυττάρωνraquo (SCP) επινοήθηκε από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης το

1966 και συνηθίζεται σήμερα να αναφέρεται ως μικροβιακή βιομάζα

χρησιμοποιούμενη ως τρόφιμο και ως πρόσθετο τροφίμων Ακόμα η απομονωμένη

κυτταρική πρωτεΐνη ή τα ολικά κυτταρικά συστατικά μπορούν να καλούνται SCP

Επίσης ο όρος μονοκυτταρική πρωτεΐνη αναφέρεται σε αποξηραμένα κύτταρα

μικροοργανισμών όπως πλαγκτόν ακτινομυκήτων βακτηρίων ζυμομυκήτων και

μυκήτων που αναπτύσσονται σε μεγάλη κλίμακα για να χρησιμοποιηθούν ως πηγές

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

15

πρωτεϊνών στην τροφή των ανθρώπων ή ζώων Αν και οι μικροοργανισμοί αυτοί

αναπτύσσονται για τις πρωτεΐνες τους τα κύτταρά τους περιέχουν επίσης

υδατάνθρακες λιπίδια βιταμίνες ιχνοστοιχεία και νουκλεiumlκά οξέα

Δεν είναι παράξενο ότι οι μικροοργανισμοί έχουν χρησιμοποιηθεί ως συστατικά

τροφών από τους αρχαίους χρόνους Για παράδειγμα οι ζυμομύκητες

χρησιμοποιούνται εδώ και πολλούς αιώνες για την παρασκευή του ψωμιού Επίσης

τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιούνται γα την παρασκευή τυριού και

αλλαντικών Γύρω από το 1900 στην Αμερική η φυγοκέντρηση χρησιμοποιήθηκε για

τον διαχωρισμό των κυττάρων της ζύμης από το μέσον καλλιέργειας

Η πρώτη παραγωγή πρωτεϊνών από μονοκύτταρους οργανισμούς έγινε στη Γερμανία

κατά την διάρκεια του Αrsquo παγκοσμίου πολέμου όταν ο ζυμομύκητας Saccharomyces

cerevisiae αναπτύχθηκε με μελάσα για πηγή άνθρακα και άλατα αμμωνίου για πηγή

αζώτου Κατά τη διάρκεια του Βrsquo παγκοσμίου πολέμου η τεχνολογία των

βιοαντιδραστήρων είχε αρχίσει να αναπτύσσεται με άμεση εφαρμογή στη μαζική

παραγωγή μικροβιακών κυττάρων Σήμερα με τις τεχνικές διήθησης του υγρού

καλλιέργειας από ειδικά φίλτρα έχει ελαττωθεί κατά πολύ το κόστος μια και η

φυγοκέντρηση δεν είναι πλέον αναγκαία

Πολλά ακατέργαστα υλικά θεωρήθηκαν ως πηγή τροφής των κυττάρων για την

παραγωγή των πρωτεϊνών μονοκυττάρων Στις περισσότερες περιπτώσεις τα

ακατέργαστα υλικά πρέπει να τροποποιηθούν με φυσικούς χημικούς ή ενζυμικούς

τρόπους

Πηγή κυτταρίνης όπως τα ξύλα και άχυρα που αποτελούνται από το σύμπλοκο

λιγνίνης-κυτταρίνης δεν υδρολύονται εύκολα με ένζυμα ή οξέα για να

απελευθερώσουν σάκχαρα Στο παρακάτω σχήμα 5 περιγράφεται σχηματικά η

διαδικασία παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτείνης από κόκκους κεφίρ (μίγμα

γαλακτικών βακτηρίων και ζυμών Kluyveromyces)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

16

Σχήμα 5 Διάγραμμα παραγωγής SCP από κόκκους κεφίρ

1410 Σύσταση και διατροφική αξία της Μονοκυτταρικής πρωτείνης Η

θρεπτική αξία των τροφίμων από μονοκυτταρική πρωτεΐνη ποικίλει ανάλογα με την

χρήση των μικροοργανισμών Η μέθοδος της συγκομιδής της αποξήρανσης και της

επεξεργασίας έχει επίδραση στην θρεπτική αξία του τελικού προϊόντος Η θρεπτική

αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι η εξής

1 Μπορεί να καλλιεργηθεί σε μη τρόφιμα (υπόστρωμα)

2 Το ξηρό βάρος των μικροοργανισμών περιέχει 60-70 πρωτεΐνη

3 Έχει εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα αναπαραγωγής δηλαδή έχει

γρήγορο ρυθμό πολλαπλασιασμού

4 Έχει υψηλή περιεκτικότητα στο σύμπλεγμα βιταμινών Β

5 Περιέχει θειαμίνη ριβοφλαβίνη γλουταθειόνη φολικό οξύ κλπ

Η ενδεικτική σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτείνης

περιγράφεται στους πίνακες 2-4

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

17

Πίνακας 2 Σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης σε

διαφορετικά είδη μικροοργανισμών(Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Συστατικά Μύκητες Άλγη Ζύμες Βακτήρια

Πρωτεΐνες 30-45 40-60 45-55 50-65

Λιπίδια 2-8 7-20 2-6 15-3

Τέφρα 9-14 8-10 5-95 3-7

Νουκλεΐκό οξύ 7-10 3-8 6-12 8-12

Πίνακας 3 Αμινοξέα της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida utilis

(g αμινοξέων100g πρωτεΐνης) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Αμινοξέα Candida utilis

Ασπαρτικό οξύ 132 plusmn 012

Θρεονίνη 060 plusmn 005

Σερίνη 064 plusmn 004

Γλουταμινικό οξύ 320 plusmn 02

Προλίνη 074 plusmn 0045

Γλυκίνη 075 plusmn 006

Αλανίνη 118 plusmn 012

Βαλίνη 054 plusmn 004

Μεθειονίνη 044 plusmn 0032

Ισολευκίνη 081 plusmn 0045

Λευκίνη 144 plusmn 012

Τυροσίνη 086 plusmn 0054

Φαινυλαλανίνη 098 plusmn 0057

Λυσίνη 124 plusmn 011

Ιστιδίνη 019 plusmn 0012

Αργινίνη 082 plusmn 0045

Πίνακας 4 Περιεκτικότητα βιταμινών μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida

utilis (mg100g ξηρού βάρους) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Βιταμίνες Candida utilis

Θειαμίνη 053

Ριβοφλαβίνη 450

Νιασίνη 4173

Πυριδοξίνη 334

Παντοθενικό οξύ 372

Χολίνη -

Φολικό οξύ 215

Ινοσιτόλη -

Βιοτίνη 023

Βιταμίνη Β12 0

Ρ-αμινοβενζοiumlκό οξύ 17

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 6: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

5

τυρογάλακτος κυριαρχούν οι αλβουμίνες και γλοβουλίνες του γάλακτος που δεν

πήζουν με την πυτιά ή με την οξίνιση του Πέρα αυτών υπάρχουν πρωτεόζες-

πεπτόνες και πλήθος άλλων υδατοδιαλυτών αζωτούχων ουσιών Θα πρέπει να

τονιστεί επίσης ότι το τυρόγαλα έχει πλήθος αλάτων και βιταμινών Κατά την

τυροκόμιση του γάλακτος μεταφέρεται στο τυρόγαλα περίπου το 40-50 (ββ) των

στερεών συστατικών του γάλακτος και προκαλεί σημαντική ρύπανση όταν

απορρίπτεται στο περιβάλλον Σε πολλές χώρες απαγορεύεται η απόρριψη του στο

αποχετευτικό δίκτυο των πόλεων εάν πριν δεν έχει προηγηθεί κάποια επεξεργασία

μείωσης της οργανικής του ουσίας Σήμερα παράγονται περίπου 120 εκατομμύρια

τόνοι τυρογάλακτος σε όλο τον κόσμο (Peters 2006) Από την παραγωγή αυτή

αξιοποιείται μόνο το 55 περίπου Το υπόλοιπο απορρίπτεται ως απόβλητο

142 Σύσταση Τυρογάλακτος Το τυρόγαλα περιέχει μεγάλη ποικιλία στερεών

συστατικών η αναλογία των οποίων προσδιορίζεται κατά κύριο λόγο από τη

σύσταση του γάλακτος από το οποίο προέρχεται αλλά και από τις τεχνολογικές

επεμβάσεις που γίνονται κατά την διάρκεια της επεξεργασίας του Όλοι οι

παράγοντες που επηρεάζουν τη σύσταση του γάλακτος επηρεάζουν και αυτή του

τυρογάλακτος που λαμβάνεται από αυτό Επίσης η θερμική μεταχείριση του

γάλακτος πριν από την πήξη του ο τρόπος πήξης του - ένζυμα βιολογική οξίνιση

προσθήκη οξέων ο βαθμός διαίρεσης του πήγματος καθώς και ο τρόπος και η

θερμοκρασία αναθέρμανσης επηρεάζουν τη σύσταση του τυρογάλακτος Από τα

συστατικά του τυρογάλακτος το λίπος είναι δυνατόν να απομακρυνθεί εύκολα με

φυγοκέντρηση και να χρησιμοποιηθεί με διαφόρους τρόπους ενώ τα άλλα για να

παραληφθούν και να αξιοποιηθούν θα πρέπει αυτό να υποβληθεί σε ειδική κατά

περίπτωση επεξεργασία Κατά τη φυγοκέντρηση του τυρογάλακτος πέραν του

λίπους απομακρύνονται και μικρά τεμαχίδια πήγματος που περιέχει

Παραπλήσια σύσταση με αυτήν του αγελαδινού τυρογάλακτος έχει και το

αποκορυφωμένο τυρόγαλα από την παρασκευή διάφορων τύπων τυριών του

εξωτερικού με εξαίρεση το λίπος που αφαιρείται

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

6

Χαρακτηριστικό των αζωτούχων ουσιών του τυρογάλακτος είναι ότι σε αυτές η

καζεΐνη υπάρχει σε ίχνη Δεσπόζουν στην περίπτωση αυτή οι αλβουμίνες και

γλοβουλίνες του γάλακτος που δεν πήζουν με την πυτιά ή με την οξίνισή του Πέραν

αυτών υπάρχουν πρωτεόζες-πεπτόνες και πλήθος άλλων υδατοδιαλυτών αζωτούχων

ουσιών Δε μεταφέρονται όμως στο τυρόγαλα μόνον κύρια συστατικά του γάλακτος

αλλά και άλατα και βιταμίνες και μάλιστα σε σημαντικές ποσότητες

Ιδιαίτερα σημαντικό για το τυρόγαλα είναι ότι στη δομή των πρωτεϊνών του

συμμετέχουν όλα τα απαραίτητα αμινοξέα στην ενδεδειγμένη αναλογία και μεταξύ

τους σχέσεις για τη διατροφή του ανθρώπου γεγονός που τους προσδίδει εξαιρετική

βιολογική αξία Ενδεικτικές τιμές για τη θρεπτική αξία και σύσταση τυρογάλακτος

δίδονται στον Πίνακα 1

Πίνακας 1 Θρεπτική αξία και Σύσταση Τυρογάλακτος( Venetsaneas et al 2009

e s 1996)

Συστατικό Τιμή Βιβλιογραφία

Διαλύτες 06-08 wv Venetsaneas et al 2009

e s 1996

Πρωτεΐνες 8-10 wv

Λιπίδια 04-05 wv Venetsaneas et al 2009

e s 1996

Μεταλλικά άλατα 8-10 του ξηρού

εκχυλίσματος

Venetsaneas et al 2009

e s 1996

BOD5 30000-50000 ppm e so 1996

COD 60000-80000 ppm e s 1996

143 Η λακτόζη Η λακτόζη ή γαλακτοσάκχαρο είναι χαρακτηριστικός

υδατάνθρακας του γάλακτος ο μόνος που υπάρχει ελεύθερος και σε σημαντικές

ποσότητες To κανονικό γάλα περιέχει συνήθως 44 έως 52 και κατά μέσο όρο

48 λακτόζη που αντιπροσωπεύει το 50-52 των στερεών συστατικών του άπαχου

γάλακτος Στο γάλα της γυναίκας η λακτόζη απαντά σε μεγαλύτερη αναλογία

περίπου 7 Τα διάφορα είδη γάλακτος παρουσιάζουν πολλές φορές σημαντικές

διαφορές μεταξύ τους στην περιεκτικότητά τους σε λακτόζη Αν εξετάσουμε όμως τη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

7

σύσταση του γάλακτος των περισσοτέρων θηλαστικών διαπιστώνουμε ότι η λακτόζη

παρουσιάζει πάντοτε πολύ μικρότερη διακύμανση από ότι το λίπος και τα

λευκώματα πράγμα που οδηγεί στην άποψη ότι η ενζυματική διεργασία που αφορά

τη σύνθεση της λακτόζης είναι παρόμοια σε τελείως διαφορετικά είδη Από βιολογική

άποψη η λακτόζη χρησιμεύει στον οργανισμό ως πηγή ενέργειας πλην όμως για να

απορροφηθεί πρέπει πρώτα να διασπαστεί σε γλυκόζη και γαλακτόζη Σ αυτό βοηθά

το ένζυμο λακτάση που αφθονεί στο πεπτικό σύστημα των βρεφών Σήμερα έχει

διαπιστωθεί ότι η δράση της λακτάσης παρουσιάζεται αυξημένη κατά τις πρώτες

ημέρες μετά τη γέννηση πλην όμως ελαττώνεται με την πάροδο του χρόνου Ο

βαθμός ανοχής της λακτόζης του σιτηρεσίου από τα διάφορα είδη θηλαστικών μπορεί

να λεχθεί ότι είναι ανάλογος της περιεκτικότητας του γάλακτός τους στο σάκχαρο

αυτό Η παρουσία της λακτόζης στο γάλα και στα προϊόντα του παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον γιατί

α) Είναι πρωταρχικός παράγοντας στον έλεγχο των ζυμώσεων σε διάφορα

γαλακτοκομικά προϊόντα

β) Προσδίδει θρεπτική αξία στο γάλα και στα γαλακτοκομικά προϊόντα

γ) Η γεύση και η διαλυτότητα αποθηκευμένων γαλακτοκομικών προϊόντων

επηρεάζονται out αυτή

δ) Παίζει βασικό ρόλο στην εμφάνιση του χρώματος και της γεύσεως στα

υπερθερμασμένα γαλακτοκομικά προϊόντα

ε) Για τον άνθρωπο και αρκετά ζώα δεν αποτελεί μόνο πηγή ενέργειας αλλά

και πηγή γαλακτόζης που αποτελεί συστατικό των νευρικών ιστών

1431 Δομή της Λακτόζης Η λακτόζη είναι δισακχαρίτης που σχηματίζεται από

την ένωση ενός μορίου d-γλυκόζης και ενός μορίου d-γαλακτόζης κατά τρόπο ώστε

να μένει ελεύθερη μια αλδεϋδική ομάδα Σχηματίζεται από τη γλυκόζη του αίματος

και γι αυτό η περιεκτικότητα του τελευταίου στο σάκχαρο αυτό κατά τη διάρκεια της

γαλακτικής περιόδου είναι μικρότερη εκείνης της ξηράς περιόδου Κατά το άρμεγμα

παρατηρείται επίσης πτώση της γλυκόζης του αίματος που επανέρχεται όμως σε

κανονικό επίπεδο λίγο μετά το άρμεγμα Η λακτόζη υπάρχει σε δύο ισομερείς μορφές

την α και β που διακρίνονται μεταξύ τους από τη θέση του υδροξυλίου της γλυκόζης

(σχήμα 1)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

8

Σχήμα 1 Ισομερείς μορφές λακτόζης

Η λακτόζη απαντά στη φύση και στα γαλακτοκομικά προϊόντα είτε στις δύο

κρυσταλλικές μορφές α-ένυδρη και β-άνυδρη ή σαν άμορφη ιλυώδης μάζα που

είναι μίγμα α και β λακτόζης Κάτω από ειδικές συνθήκες λαμβάνονται και άλλες

μορφές που διαφέρουν μεταξύ τους κυρίως σε ότι αφορά τις φυσικές τους ιδιότητες

Η μορφή α-λακτόζης που απαντά σε συνήθεις θερμοκρασίες είναι η ενυδατωμένη με

ένα μόριο νερού mdash C12H22OMH2O H λακτόζη του εμπορίου είναι η μορφή αυτή και

λαμβάνεται από υπερκορεσμένα υδατικά διαλύματα λακτόζης με βραδεία

κρυστάλλωση σε θερμοκρασίες μικρότερες των 935 C Έχει σημείο τήξεως 2016deg

C Η α-άνυδρη λακτόζη σχηματίζει κρυστάλλους διαφόρων μορφών που

καθορίζονται από τις συνθήκες κρυσταλλώσεως Ο παράγοντας που κατά κύριο

λόγο ρυθμίζει τη μορφή των κρυστάλλων είναι ο λόγος μεταξύ της πραγματικής

συγκεντρώσεως προς τη διαλυτότητα Όταν είναι μεγάλος η κρυστάλλωση

προχωρεί γρήγορα και σχηματίζονται μόνο πρίσματα Όσο ο λόγος αυτός μειώνεται

τόσο η κρυστάλλωση γίνεται με βραδύτερο ρυθμό ενώ η μορφή των κρυστάλλων

αλλάζει Στη συνέχεια δίδονται οι διάφορες μορφές κρυστάλλων της α-ένυδρης

λακτόζης Οι Α Β και C λαμβάνονται όταν ο ρυθμός κρυσταλλώσεως είναι

γρήγορος ενώ οι Ε F και G όταν είναι βραδύς Ο κρύσταλλος Η δίδει την άλλη όψη

του G ενώ η μορφή D έχει σχήμα πυραμίδας που προκύπτει από την εξέλιξη του

κρυστάλλου C Η κρυστάλλωση στα γαλακτοκομικά προϊόντα είναι συχνά πιο

πολύπλοκοo φαινόμενο Τα άλλα συστατικά του επηρεάζουν την κρυστάλλωση της

λακτόζης με αποτέλεσμα να δημιουργούνται ακανόνιστοι κρύσταλλοι που

διαφέρουν εκείνων που λαμβάνονται από καθαρά διαλύματά της σε ορισμένες

περιπτώσεις μάλιστα είναι δυνατό να παρεμποδίσουν το σχηματισμό πυρήνων

κρυσταλλώσεως και να καθυστερήσουν την κρυστάλλωση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

9

Οι κρύσταλλοι της α-ένυδρης λακτόζης είναι σκληροί και δυσκολοδιάλυτοι (σχήμα

2)

Σχήμα 2 Κρυσταλλικές μορφές λακτόζης

1432 Βιοσύνθεση της Λακτόζης Κατά την υδρόλυσή της η λακτόζη δίδει ένα

μόριο γλυκόζης και ένα μόριο γαλακτόζης Ο τρόπος συνθέσεως της λακτόζης στο

μαστό των ζώων έχει κατά καιρούς απασχολήσει ερευνητές διαφόρων χωρών

Σήμερα είναι γνωστό ότι η κατ εξοχήν πρόδρομη ουσία για τη σύνθεση της είναι η

D-γλυκόζη του αίματος

Σε πρώτη φάση μετατρέπεται στο μαστό ένα μέρος της D-γλυκόζης σε D-γαλακτόζη

Στη συνέχεια ένα μόριο D-γλυκόζης ενώνεται με ένα μόριο D-γαλοκτόζης και

δημιουργείται η λακτόζη

Αναλυτικότερα ο σχηματισμός της λακτόζης στο μαστό περιλαμβάνει τα εξής στάδια

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

10

Από τα ένζυμα που συμμετέχουν στο σχηματισμό της λακτόζης η συνθετάση της

λακτόζης (UDP mdash γαλακτόζη mdash d mdash γλυκόζη I mdash γαλακτοζυλοτρανφεράση)

απαντά μόνο στο μαστό ενώ τα άλλα ανευρίσκονται και σε άλλα σημεία του

σώματος των ζώων όπου λαμβάνουν μέρος σε διάφορους μεταβολικούς κύκλους

Διαπιστώθηκε ότι η συνθετάση της λακτόζης αποτελείται από δύο πρωτεΐνες που

ονομάστηκαν Α και Β To τμήμα Β του ενζύμου βρέθηκε ότι είναι ταυτόσημο με την

α-γαλακταλβουμίνη που είναι προϊόν της συνθετικής δραστηριότητας των

γαλακτικών κυττάρων και απαντά μόνο στο μαστό ενώ το Α υπάρχει σε διάφορους

ιστούς και μόνο του καταλύει διαφορετική αντίδραση

1433 Ισορροπία λακτόζης σε διάλυμα Ο ρυθμός μετατροπής της α-λακτόζης προς

β και αντίστροφα μέχρι να επιτευχθεί η ισορροπία μεταξύ τους επηρεάζεται

σημαντικά από τη θερμοκρασία του διαλύματος Είναι μικρή σε χαμηλές

θερμοκρασίες και αυξάνει με την αύξησή της Στους 70 C η ισορροπία επιτυγχάνεται

αμέσως To pH επηρεάζει επίσης το φαινόμενο αυτό Σε τιμές ρΗ γύρω από 50 ο

ρυθμός μετατροπής της μιας μορφής προς την άλλη είναι πολύ μικρός πλην όμως

αυξάνει με τη μεταβολή του Σε ρΗ 90 η ισορροπία επιτυγχάνεται σε λίγα λεπτά Η

παρουσία αλάτων μπορεί να επηρεάσει την ταχύτητα μετατροπής της α-λακτόζης

προς β και αντίστροφα Η επίδραση είναι περιορισμένη σε αραιά διαλύματα αλάτων

πλην όμως σε συγκεντρώσεις παραπλήσιες με αυτές του γάλακτος η ταχύτητα σχεδόν

διπλασιάζεται

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

11

Παρόμοια επίδραση με τα άλατα έχει και η παρουσία σακχάρων σε χαμηλές

συγκεντρώσεις Αντίθετα οι υψηλές συγκεντρώσεις μειώνουν την ταχύτητα

μετατροπής της μιας μορφής λακτόζης προς την άλλη (σχήμα 3)

Σχήμα 3 Σχέση μεταξύ των διαφόρων μορφών λακτόζης (Τ=C)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

12

144 Πλεονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Μερικά από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα του τυρογάλακτος ως υπόστρωμα

ζύμωσης είναι τα εξής

Υψηλό ποσοστό πρωτεϊνών και σακχάρων

Χαμηλό κόστος υποστρώματος

145 Μειονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Για την αξιοποίηση του τυρογάλακτος αντιμετωπίζονται διάφορες δυσκολίες από τις

οποίες οι πιο σημαντικές είναι

Το μεγάλο μικροβιακό φορτίο που το καθιστά ευπαθές Αν δεν παστεριωθεί ή

ψυχθεί αμέσως μετά την παραγωγή του αλλοιώνεται σε σύντομο χρονικό

διάστημα

Η σύστασή του δεν είναι σταθερή Κυμαίνεται ανάλογα με τον τύπο του

τυριού και το είδος του γάλακτος από τα οποία προέρχεται

Περιέχει χαμηλό σχετικά ποσοστό στερεών συστατικών πράγμα που

επιβραδύνει το κόστος επεξεργασίας του

Θεωρείται σαν προϊόν ευτελούς αξίας για αυτό και συχνά δεν αξιοποιείται Η

άποψη αυτή αναθεωρήθηκε τελευταία

146 Αξιοποίηση τυρογάλακτος Το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν

ζωοτροφή για χοίρους ή πτηνά σαν προσθήκη στο ψωμί για αύξηση της θρεπτικής

του αξίας σαν προσθήκη (πρωτεϊνών) σε διαιτητικές παιδικές τροφές Επίσης

χρησιμοποιείται για την παρασκευή αεριούχων ποτών ή άλλων ζυμωθέντων ποτών

αλβουμίνης και σφαιρίνης για προσθετικά τροφίμων αλκοόλης λακτόζης σιροπιών

γαλακτόζης και γλυκόζης και για την παρασκευή ριβοφλαμίνης

Ακόμη χρησιμοποιείται για την παραγωγή γαλακτικού οξέος για την παρασκευή

υποστρωμάτων ζυμώσεως για παραγωγή αντιβιοτικών μεθανίου ακετόνης και

βιομάζας (πρωτεΐνες SCP) και τέλος για την παρασκευή τυριών (Ricotta μανούρι

μυζήθρα)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

13

147 Χρήση των αποβλήτων τυροκομείου ως υπόστρωμα ζύμωσης Μια από τις

κύριες οδούς αξιοποίησης του τυρογάλακτος σχετίζεται με τη ζύμωση αυτού προς

παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας (γαλακτικό οξύ αιθυλική

αλκοόλη βιταμίνες β- γαλακτοσιδάση ξύδι βιομάζα μικροβιακό λίπος) (Αγγελής

2007) Ειδικότερα το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θρεπτικό μέσο για την

ανάπτυξη μικροοργανισμών (πχ γένη Kluyveromyces Candida Trichosporum

Torula) που δίδουν βιομάζα που περιέχει πρωτείνη υψηλής βιολογικής αξίας

(πλούσια σε απαραίτητα αμινοξέα) την αποκαλούμενη laquoμονοκυτταρική πρωτείνηraquo

Σε σύγκριση με τα φυτά οι μικροοργανισμοί εμφανίζουν σημαντικά υψηλότερους

ειδικούς ρυθμούς ανάπτυξης και υψηλότερη συγκέντρωση πρωτεΐνης στην

παραγόμενη βιομάζα που σε πολλές περιπτώσεις φτάνει το 80 (ββ) επί ξηρής

μάζας (Αγγελής 2007) Ενδεικτικά αναφέρεται ότι ήδη στη Γαλλία (Εταιρεία

laquoFr mager es Le Be raquo) παράγεται υψηλής αξίας μονοκυτταρική πρωτεΐνη κατά την

ανάπτυξη μυκήτων του είδους Kluyveromyces fragilis σε τυρόγαλα σε βιομηχανική

κλίμακα το δε παραγόμενο προϊόν χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία στη διατροφή

του ανθρώπου (Αγγελής 2007) Η χρησιμοποίηση των δυνάμενων να παράξουν

ενδοκυτταρικό λίπος μικροοργανισμών ( eag us ή -bearing microorganisms)

έχει ήδη αναφερθεί από το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο επισταμένη όμως μελέτη των

μικροοργανισμών αυτών πραγματοποιείται τα τελευταία 35 χρόνια (Agge s κλπ

1987 1988 1990 Ratledge 1994 2002 Certik and Shimizu 1999 Ratledge κλπ

2005 Αγγελής 2007) Το ενδιαφέρον για την παραγωγή των λιπιδίων αυτών

καλουμένων και μικροβιακών ή μονοκυτταρικών λιπιδίων (m cr b a s ή s g e ce

s) είναι μεγάλη καθώς αποτελούν πηγή σημαντικών λιπαρών οξέων που δεν

συναντάμε συχνά στη φύση Αυτά τα λιπαρά οξέα χρησιμοποιούνται στην κλινική

διατροφή και ως πρώτες ύλες για την παρασκευή ειδικών τροφών και καλλυντικών

(Rat edge 1994 Rat edge κλπ 2005 Αγγελής 2007)

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον εστιάζεται στο γ-λινολενικό οξύ ( LA Δ6912C183) ένα

λιπαρό οξύ το οποίο παράγεται κατά κύριο λόγο ως μεταβολικό προϊόν από τους

ελαιογόνους ζυγομύκητες (Agge s κλπ 1987 1988 1990 Rat edge 1994 2002

Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) και παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον λόγω των αντικαρκινικών και αντιφλεγμονωδών ιδιοτήτων που έχει

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

14

βρεθεί ότι περιέχει (Cert k a d h m u 1999 Ke y κλπ 2000) Παρά το γεγονός

ότι έχει αναφερθεί χρησιμοποίηση πληθώρας ανανεώσιμων υποστρωμάτων ή

υποστρωμάτων τύπου laquoαποβλήτωνraquo ως πηγών άνθρακα από ελαιογόνους

ζυγομύκητες προκειμένου να παραχθεί λίπος και γ-λινολενικό οξύ (Certik and

Shimizu 1999 Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) το τυρόγαλα

μέχρι στιγμής δεν έχει χρησιμοποιηθεί από μικροοργανισμούς αυτής της κατηγορίας

πιθανώς λόγω της μη-ικανοποιητικής ανάπτυξης αυτών στη λακτόζη (Cert k a d

h m u 1999) Αντίθετα ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 είχε παραχθεί

μικροβιακό λίπος που προσομοίαζε με αυτό του λίπους του κακάο (c c a- butter

subst tute) σε βιομηχανική κλίμακα χρησιμοποιώντας ελαιοπαραγωγούς ζύμες του

είδους Apiotrichum curvatum κατά την καλλιέργεια τους στο τυρόγαλα (Ykema κλπ

1988 1990 Davies κλπ 1990 Davies and Holdsworth 1992 Ratledge 1994

Αγγελής 2007)

148 Χρήσεις της Μονοκυτταρικής Πρωτεΐνης στην ανθρώπινη διατροφή και

στις ζωοτροφές Στη διατροφή των ζώων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται για την πάχυνση των μόσχων για την πάχυνση πουλερικών και

χοίρων Επίσης χρησιμοποιείται στις ζωοτροφές για όρνιθες ωοπαραγωγής καθώς και

για την καλλιέργεια ψαριών Τέλος η μονοκυτταρική πρωτεΐνη χρησιμοποιείται ως

τροφή κατοικίδιων ζώων Στον τομέα των τροφίμων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται ως φορέας αρωμάτων βιταμινών και ως ενισχυτικό

γαλακτωματοποιητών Επίσης χρησιμοποιείται για την βελτίωση της θρεπτικής αξίας

των ψημένων προϊόντων σε σούπες σε έτοιμα γεύματα για σερβίρισμα και σε

συνταγές δίαιτας

149 Παραγωγή Μονοκυτταρικής Πρωτείνης (SCP) Ο όρος laquo πρωτεΐνες μονο-

κυττάρωνraquo (SCP) επινοήθηκε από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης το

1966 και συνηθίζεται σήμερα να αναφέρεται ως μικροβιακή βιομάζα

χρησιμοποιούμενη ως τρόφιμο και ως πρόσθετο τροφίμων Ακόμα η απομονωμένη

κυτταρική πρωτεΐνη ή τα ολικά κυτταρικά συστατικά μπορούν να καλούνται SCP

Επίσης ο όρος μονοκυτταρική πρωτεΐνη αναφέρεται σε αποξηραμένα κύτταρα

μικροοργανισμών όπως πλαγκτόν ακτινομυκήτων βακτηρίων ζυμομυκήτων και

μυκήτων που αναπτύσσονται σε μεγάλη κλίμακα για να χρησιμοποιηθούν ως πηγές

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

15

πρωτεϊνών στην τροφή των ανθρώπων ή ζώων Αν και οι μικροοργανισμοί αυτοί

αναπτύσσονται για τις πρωτεΐνες τους τα κύτταρά τους περιέχουν επίσης

υδατάνθρακες λιπίδια βιταμίνες ιχνοστοιχεία και νουκλεiumlκά οξέα

Δεν είναι παράξενο ότι οι μικροοργανισμοί έχουν χρησιμοποιηθεί ως συστατικά

τροφών από τους αρχαίους χρόνους Για παράδειγμα οι ζυμομύκητες

χρησιμοποιούνται εδώ και πολλούς αιώνες για την παρασκευή του ψωμιού Επίσης

τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιούνται γα την παρασκευή τυριού και

αλλαντικών Γύρω από το 1900 στην Αμερική η φυγοκέντρηση χρησιμοποιήθηκε για

τον διαχωρισμό των κυττάρων της ζύμης από το μέσον καλλιέργειας

Η πρώτη παραγωγή πρωτεϊνών από μονοκύτταρους οργανισμούς έγινε στη Γερμανία

κατά την διάρκεια του Αrsquo παγκοσμίου πολέμου όταν ο ζυμομύκητας Saccharomyces

cerevisiae αναπτύχθηκε με μελάσα για πηγή άνθρακα και άλατα αμμωνίου για πηγή

αζώτου Κατά τη διάρκεια του Βrsquo παγκοσμίου πολέμου η τεχνολογία των

βιοαντιδραστήρων είχε αρχίσει να αναπτύσσεται με άμεση εφαρμογή στη μαζική

παραγωγή μικροβιακών κυττάρων Σήμερα με τις τεχνικές διήθησης του υγρού

καλλιέργειας από ειδικά φίλτρα έχει ελαττωθεί κατά πολύ το κόστος μια και η

φυγοκέντρηση δεν είναι πλέον αναγκαία

Πολλά ακατέργαστα υλικά θεωρήθηκαν ως πηγή τροφής των κυττάρων για την

παραγωγή των πρωτεϊνών μονοκυττάρων Στις περισσότερες περιπτώσεις τα

ακατέργαστα υλικά πρέπει να τροποποιηθούν με φυσικούς χημικούς ή ενζυμικούς

τρόπους

Πηγή κυτταρίνης όπως τα ξύλα και άχυρα που αποτελούνται από το σύμπλοκο

λιγνίνης-κυτταρίνης δεν υδρολύονται εύκολα με ένζυμα ή οξέα για να

απελευθερώσουν σάκχαρα Στο παρακάτω σχήμα 5 περιγράφεται σχηματικά η

διαδικασία παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτείνης από κόκκους κεφίρ (μίγμα

γαλακτικών βακτηρίων και ζυμών Kluyveromyces)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

16

Σχήμα 5 Διάγραμμα παραγωγής SCP από κόκκους κεφίρ

1410 Σύσταση και διατροφική αξία της Μονοκυτταρικής πρωτείνης Η

θρεπτική αξία των τροφίμων από μονοκυτταρική πρωτεΐνη ποικίλει ανάλογα με την

χρήση των μικροοργανισμών Η μέθοδος της συγκομιδής της αποξήρανσης και της

επεξεργασίας έχει επίδραση στην θρεπτική αξία του τελικού προϊόντος Η θρεπτική

αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι η εξής

1 Μπορεί να καλλιεργηθεί σε μη τρόφιμα (υπόστρωμα)

2 Το ξηρό βάρος των μικροοργανισμών περιέχει 60-70 πρωτεΐνη

3 Έχει εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα αναπαραγωγής δηλαδή έχει

γρήγορο ρυθμό πολλαπλασιασμού

4 Έχει υψηλή περιεκτικότητα στο σύμπλεγμα βιταμινών Β

5 Περιέχει θειαμίνη ριβοφλαβίνη γλουταθειόνη φολικό οξύ κλπ

Η ενδεικτική σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτείνης

περιγράφεται στους πίνακες 2-4

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

17

Πίνακας 2 Σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης σε

διαφορετικά είδη μικροοργανισμών(Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Συστατικά Μύκητες Άλγη Ζύμες Βακτήρια

Πρωτεΐνες 30-45 40-60 45-55 50-65

Λιπίδια 2-8 7-20 2-6 15-3

Τέφρα 9-14 8-10 5-95 3-7

Νουκλεΐκό οξύ 7-10 3-8 6-12 8-12

Πίνακας 3 Αμινοξέα της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida utilis

(g αμινοξέων100g πρωτεΐνης) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Αμινοξέα Candida utilis

Ασπαρτικό οξύ 132 plusmn 012

Θρεονίνη 060 plusmn 005

Σερίνη 064 plusmn 004

Γλουταμινικό οξύ 320 plusmn 02

Προλίνη 074 plusmn 0045

Γλυκίνη 075 plusmn 006

Αλανίνη 118 plusmn 012

Βαλίνη 054 plusmn 004

Μεθειονίνη 044 plusmn 0032

Ισολευκίνη 081 plusmn 0045

Λευκίνη 144 plusmn 012

Τυροσίνη 086 plusmn 0054

Φαινυλαλανίνη 098 plusmn 0057

Λυσίνη 124 plusmn 011

Ιστιδίνη 019 plusmn 0012

Αργινίνη 082 plusmn 0045

Πίνακας 4 Περιεκτικότητα βιταμινών μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida

utilis (mg100g ξηρού βάρους) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Βιταμίνες Candida utilis

Θειαμίνη 053

Ριβοφλαβίνη 450

Νιασίνη 4173

Πυριδοξίνη 334

Παντοθενικό οξύ 372

Χολίνη -

Φολικό οξύ 215

Ινοσιτόλη -

Βιοτίνη 023

Βιταμίνη Β12 0

Ρ-αμινοβενζοiumlκό οξύ 17

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 7: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

6

Χαρακτηριστικό των αζωτούχων ουσιών του τυρογάλακτος είναι ότι σε αυτές η

καζεΐνη υπάρχει σε ίχνη Δεσπόζουν στην περίπτωση αυτή οι αλβουμίνες και

γλοβουλίνες του γάλακτος που δεν πήζουν με την πυτιά ή με την οξίνισή του Πέραν

αυτών υπάρχουν πρωτεόζες-πεπτόνες και πλήθος άλλων υδατοδιαλυτών αζωτούχων

ουσιών Δε μεταφέρονται όμως στο τυρόγαλα μόνον κύρια συστατικά του γάλακτος

αλλά και άλατα και βιταμίνες και μάλιστα σε σημαντικές ποσότητες

Ιδιαίτερα σημαντικό για το τυρόγαλα είναι ότι στη δομή των πρωτεϊνών του

συμμετέχουν όλα τα απαραίτητα αμινοξέα στην ενδεδειγμένη αναλογία και μεταξύ

τους σχέσεις για τη διατροφή του ανθρώπου γεγονός που τους προσδίδει εξαιρετική

βιολογική αξία Ενδεικτικές τιμές για τη θρεπτική αξία και σύσταση τυρογάλακτος

δίδονται στον Πίνακα 1

Πίνακας 1 Θρεπτική αξία και Σύσταση Τυρογάλακτος( Venetsaneas et al 2009

e s 1996)

Συστατικό Τιμή Βιβλιογραφία

Διαλύτες 06-08 wv Venetsaneas et al 2009

e s 1996

Πρωτεΐνες 8-10 wv

Λιπίδια 04-05 wv Venetsaneas et al 2009

e s 1996

Μεταλλικά άλατα 8-10 του ξηρού

εκχυλίσματος

Venetsaneas et al 2009

e s 1996

BOD5 30000-50000 ppm e so 1996

COD 60000-80000 ppm e s 1996

143 Η λακτόζη Η λακτόζη ή γαλακτοσάκχαρο είναι χαρακτηριστικός

υδατάνθρακας του γάλακτος ο μόνος που υπάρχει ελεύθερος και σε σημαντικές

ποσότητες To κανονικό γάλα περιέχει συνήθως 44 έως 52 και κατά μέσο όρο

48 λακτόζη που αντιπροσωπεύει το 50-52 των στερεών συστατικών του άπαχου

γάλακτος Στο γάλα της γυναίκας η λακτόζη απαντά σε μεγαλύτερη αναλογία

περίπου 7 Τα διάφορα είδη γάλακτος παρουσιάζουν πολλές φορές σημαντικές

διαφορές μεταξύ τους στην περιεκτικότητά τους σε λακτόζη Αν εξετάσουμε όμως τη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

7

σύσταση του γάλακτος των περισσοτέρων θηλαστικών διαπιστώνουμε ότι η λακτόζη

παρουσιάζει πάντοτε πολύ μικρότερη διακύμανση από ότι το λίπος και τα

λευκώματα πράγμα που οδηγεί στην άποψη ότι η ενζυματική διεργασία που αφορά

τη σύνθεση της λακτόζης είναι παρόμοια σε τελείως διαφορετικά είδη Από βιολογική

άποψη η λακτόζη χρησιμεύει στον οργανισμό ως πηγή ενέργειας πλην όμως για να

απορροφηθεί πρέπει πρώτα να διασπαστεί σε γλυκόζη και γαλακτόζη Σ αυτό βοηθά

το ένζυμο λακτάση που αφθονεί στο πεπτικό σύστημα των βρεφών Σήμερα έχει

διαπιστωθεί ότι η δράση της λακτάσης παρουσιάζεται αυξημένη κατά τις πρώτες

ημέρες μετά τη γέννηση πλην όμως ελαττώνεται με την πάροδο του χρόνου Ο

βαθμός ανοχής της λακτόζης του σιτηρεσίου από τα διάφορα είδη θηλαστικών μπορεί

να λεχθεί ότι είναι ανάλογος της περιεκτικότητας του γάλακτός τους στο σάκχαρο

αυτό Η παρουσία της λακτόζης στο γάλα και στα προϊόντα του παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον γιατί

α) Είναι πρωταρχικός παράγοντας στον έλεγχο των ζυμώσεων σε διάφορα

γαλακτοκομικά προϊόντα

β) Προσδίδει θρεπτική αξία στο γάλα και στα γαλακτοκομικά προϊόντα

γ) Η γεύση και η διαλυτότητα αποθηκευμένων γαλακτοκομικών προϊόντων

επηρεάζονται out αυτή

δ) Παίζει βασικό ρόλο στην εμφάνιση του χρώματος και της γεύσεως στα

υπερθερμασμένα γαλακτοκομικά προϊόντα

ε) Για τον άνθρωπο και αρκετά ζώα δεν αποτελεί μόνο πηγή ενέργειας αλλά

και πηγή γαλακτόζης που αποτελεί συστατικό των νευρικών ιστών

1431 Δομή της Λακτόζης Η λακτόζη είναι δισακχαρίτης που σχηματίζεται από

την ένωση ενός μορίου d-γλυκόζης και ενός μορίου d-γαλακτόζης κατά τρόπο ώστε

να μένει ελεύθερη μια αλδεϋδική ομάδα Σχηματίζεται από τη γλυκόζη του αίματος

και γι αυτό η περιεκτικότητα του τελευταίου στο σάκχαρο αυτό κατά τη διάρκεια της

γαλακτικής περιόδου είναι μικρότερη εκείνης της ξηράς περιόδου Κατά το άρμεγμα

παρατηρείται επίσης πτώση της γλυκόζης του αίματος που επανέρχεται όμως σε

κανονικό επίπεδο λίγο μετά το άρμεγμα Η λακτόζη υπάρχει σε δύο ισομερείς μορφές

την α και β που διακρίνονται μεταξύ τους από τη θέση του υδροξυλίου της γλυκόζης

(σχήμα 1)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

8

Σχήμα 1 Ισομερείς μορφές λακτόζης

Η λακτόζη απαντά στη φύση και στα γαλακτοκομικά προϊόντα είτε στις δύο

κρυσταλλικές μορφές α-ένυδρη και β-άνυδρη ή σαν άμορφη ιλυώδης μάζα που

είναι μίγμα α και β λακτόζης Κάτω από ειδικές συνθήκες λαμβάνονται και άλλες

μορφές που διαφέρουν μεταξύ τους κυρίως σε ότι αφορά τις φυσικές τους ιδιότητες

Η μορφή α-λακτόζης που απαντά σε συνήθεις θερμοκρασίες είναι η ενυδατωμένη με

ένα μόριο νερού mdash C12H22OMH2O H λακτόζη του εμπορίου είναι η μορφή αυτή και

λαμβάνεται από υπερκορεσμένα υδατικά διαλύματα λακτόζης με βραδεία

κρυστάλλωση σε θερμοκρασίες μικρότερες των 935 C Έχει σημείο τήξεως 2016deg

C Η α-άνυδρη λακτόζη σχηματίζει κρυστάλλους διαφόρων μορφών που

καθορίζονται από τις συνθήκες κρυσταλλώσεως Ο παράγοντας που κατά κύριο

λόγο ρυθμίζει τη μορφή των κρυστάλλων είναι ο λόγος μεταξύ της πραγματικής

συγκεντρώσεως προς τη διαλυτότητα Όταν είναι μεγάλος η κρυστάλλωση

προχωρεί γρήγορα και σχηματίζονται μόνο πρίσματα Όσο ο λόγος αυτός μειώνεται

τόσο η κρυστάλλωση γίνεται με βραδύτερο ρυθμό ενώ η μορφή των κρυστάλλων

αλλάζει Στη συνέχεια δίδονται οι διάφορες μορφές κρυστάλλων της α-ένυδρης

λακτόζης Οι Α Β και C λαμβάνονται όταν ο ρυθμός κρυσταλλώσεως είναι

γρήγορος ενώ οι Ε F και G όταν είναι βραδύς Ο κρύσταλλος Η δίδει την άλλη όψη

του G ενώ η μορφή D έχει σχήμα πυραμίδας που προκύπτει από την εξέλιξη του

κρυστάλλου C Η κρυστάλλωση στα γαλακτοκομικά προϊόντα είναι συχνά πιο

πολύπλοκοo φαινόμενο Τα άλλα συστατικά του επηρεάζουν την κρυστάλλωση της

λακτόζης με αποτέλεσμα να δημιουργούνται ακανόνιστοι κρύσταλλοι που

διαφέρουν εκείνων που λαμβάνονται από καθαρά διαλύματά της σε ορισμένες

περιπτώσεις μάλιστα είναι δυνατό να παρεμποδίσουν το σχηματισμό πυρήνων

κρυσταλλώσεως και να καθυστερήσουν την κρυστάλλωση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

9

Οι κρύσταλλοι της α-ένυδρης λακτόζης είναι σκληροί και δυσκολοδιάλυτοι (σχήμα

2)

Σχήμα 2 Κρυσταλλικές μορφές λακτόζης

1432 Βιοσύνθεση της Λακτόζης Κατά την υδρόλυσή της η λακτόζη δίδει ένα

μόριο γλυκόζης και ένα μόριο γαλακτόζης Ο τρόπος συνθέσεως της λακτόζης στο

μαστό των ζώων έχει κατά καιρούς απασχολήσει ερευνητές διαφόρων χωρών

Σήμερα είναι γνωστό ότι η κατ εξοχήν πρόδρομη ουσία για τη σύνθεση της είναι η

D-γλυκόζη του αίματος

Σε πρώτη φάση μετατρέπεται στο μαστό ένα μέρος της D-γλυκόζης σε D-γαλακτόζη

Στη συνέχεια ένα μόριο D-γλυκόζης ενώνεται με ένα μόριο D-γαλοκτόζης και

δημιουργείται η λακτόζη

Αναλυτικότερα ο σχηματισμός της λακτόζης στο μαστό περιλαμβάνει τα εξής στάδια

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

10

Από τα ένζυμα που συμμετέχουν στο σχηματισμό της λακτόζης η συνθετάση της

λακτόζης (UDP mdash γαλακτόζη mdash d mdash γλυκόζη I mdash γαλακτοζυλοτρανφεράση)

απαντά μόνο στο μαστό ενώ τα άλλα ανευρίσκονται και σε άλλα σημεία του

σώματος των ζώων όπου λαμβάνουν μέρος σε διάφορους μεταβολικούς κύκλους

Διαπιστώθηκε ότι η συνθετάση της λακτόζης αποτελείται από δύο πρωτεΐνες που

ονομάστηκαν Α και Β To τμήμα Β του ενζύμου βρέθηκε ότι είναι ταυτόσημο με την

α-γαλακταλβουμίνη που είναι προϊόν της συνθετικής δραστηριότητας των

γαλακτικών κυττάρων και απαντά μόνο στο μαστό ενώ το Α υπάρχει σε διάφορους

ιστούς και μόνο του καταλύει διαφορετική αντίδραση

1433 Ισορροπία λακτόζης σε διάλυμα Ο ρυθμός μετατροπής της α-λακτόζης προς

β και αντίστροφα μέχρι να επιτευχθεί η ισορροπία μεταξύ τους επηρεάζεται

σημαντικά από τη θερμοκρασία του διαλύματος Είναι μικρή σε χαμηλές

θερμοκρασίες και αυξάνει με την αύξησή της Στους 70 C η ισορροπία επιτυγχάνεται

αμέσως To pH επηρεάζει επίσης το φαινόμενο αυτό Σε τιμές ρΗ γύρω από 50 ο

ρυθμός μετατροπής της μιας μορφής προς την άλλη είναι πολύ μικρός πλην όμως

αυξάνει με τη μεταβολή του Σε ρΗ 90 η ισορροπία επιτυγχάνεται σε λίγα λεπτά Η

παρουσία αλάτων μπορεί να επηρεάσει την ταχύτητα μετατροπής της α-λακτόζης

προς β και αντίστροφα Η επίδραση είναι περιορισμένη σε αραιά διαλύματα αλάτων

πλην όμως σε συγκεντρώσεις παραπλήσιες με αυτές του γάλακτος η ταχύτητα σχεδόν

διπλασιάζεται

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

11

Παρόμοια επίδραση με τα άλατα έχει και η παρουσία σακχάρων σε χαμηλές

συγκεντρώσεις Αντίθετα οι υψηλές συγκεντρώσεις μειώνουν την ταχύτητα

μετατροπής της μιας μορφής λακτόζης προς την άλλη (σχήμα 3)

Σχήμα 3 Σχέση μεταξύ των διαφόρων μορφών λακτόζης (Τ=C)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

12

144 Πλεονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Μερικά από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα του τυρογάλακτος ως υπόστρωμα

ζύμωσης είναι τα εξής

Υψηλό ποσοστό πρωτεϊνών και σακχάρων

Χαμηλό κόστος υποστρώματος

145 Μειονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Για την αξιοποίηση του τυρογάλακτος αντιμετωπίζονται διάφορες δυσκολίες από τις

οποίες οι πιο σημαντικές είναι

Το μεγάλο μικροβιακό φορτίο που το καθιστά ευπαθές Αν δεν παστεριωθεί ή

ψυχθεί αμέσως μετά την παραγωγή του αλλοιώνεται σε σύντομο χρονικό

διάστημα

Η σύστασή του δεν είναι σταθερή Κυμαίνεται ανάλογα με τον τύπο του

τυριού και το είδος του γάλακτος από τα οποία προέρχεται

Περιέχει χαμηλό σχετικά ποσοστό στερεών συστατικών πράγμα που

επιβραδύνει το κόστος επεξεργασίας του

Θεωρείται σαν προϊόν ευτελούς αξίας για αυτό και συχνά δεν αξιοποιείται Η

άποψη αυτή αναθεωρήθηκε τελευταία

146 Αξιοποίηση τυρογάλακτος Το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν

ζωοτροφή για χοίρους ή πτηνά σαν προσθήκη στο ψωμί για αύξηση της θρεπτικής

του αξίας σαν προσθήκη (πρωτεϊνών) σε διαιτητικές παιδικές τροφές Επίσης

χρησιμοποιείται για την παρασκευή αεριούχων ποτών ή άλλων ζυμωθέντων ποτών

αλβουμίνης και σφαιρίνης για προσθετικά τροφίμων αλκοόλης λακτόζης σιροπιών

γαλακτόζης και γλυκόζης και για την παρασκευή ριβοφλαμίνης

Ακόμη χρησιμοποιείται για την παραγωγή γαλακτικού οξέος για την παρασκευή

υποστρωμάτων ζυμώσεως για παραγωγή αντιβιοτικών μεθανίου ακετόνης και

βιομάζας (πρωτεΐνες SCP) και τέλος για την παρασκευή τυριών (Ricotta μανούρι

μυζήθρα)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

13

147 Χρήση των αποβλήτων τυροκομείου ως υπόστρωμα ζύμωσης Μια από τις

κύριες οδούς αξιοποίησης του τυρογάλακτος σχετίζεται με τη ζύμωση αυτού προς

παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας (γαλακτικό οξύ αιθυλική

αλκοόλη βιταμίνες β- γαλακτοσιδάση ξύδι βιομάζα μικροβιακό λίπος) (Αγγελής

2007) Ειδικότερα το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θρεπτικό μέσο για την

ανάπτυξη μικροοργανισμών (πχ γένη Kluyveromyces Candida Trichosporum

Torula) που δίδουν βιομάζα που περιέχει πρωτείνη υψηλής βιολογικής αξίας

(πλούσια σε απαραίτητα αμινοξέα) την αποκαλούμενη laquoμονοκυτταρική πρωτείνηraquo

Σε σύγκριση με τα φυτά οι μικροοργανισμοί εμφανίζουν σημαντικά υψηλότερους

ειδικούς ρυθμούς ανάπτυξης και υψηλότερη συγκέντρωση πρωτεΐνης στην

παραγόμενη βιομάζα που σε πολλές περιπτώσεις φτάνει το 80 (ββ) επί ξηρής

μάζας (Αγγελής 2007) Ενδεικτικά αναφέρεται ότι ήδη στη Γαλλία (Εταιρεία

laquoFr mager es Le Be raquo) παράγεται υψηλής αξίας μονοκυτταρική πρωτεΐνη κατά την

ανάπτυξη μυκήτων του είδους Kluyveromyces fragilis σε τυρόγαλα σε βιομηχανική

κλίμακα το δε παραγόμενο προϊόν χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία στη διατροφή

του ανθρώπου (Αγγελής 2007) Η χρησιμοποίηση των δυνάμενων να παράξουν

ενδοκυτταρικό λίπος μικροοργανισμών ( eag us ή -bearing microorganisms)

έχει ήδη αναφερθεί από το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο επισταμένη όμως μελέτη των

μικροοργανισμών αυτών πραγματοποιείται τα τελευταία 35 χρόνια (Agge s κλπ

1987 1988 1990 Ratledge 1994 2002 Certik and Shimizu 1999 Ratledge κλπ

2005 Αγγελής 2007) Το ενδιαφέρον για την παραγωγή των λιπιδίων αυτών

καλουμένων και μικροβιακών ή μονοκυτταρικών λιπιδίων (m cr b a s ή s g e ce

s) είναι μεγάλη καθώς αποτελούν πηγή σημαντικών λιπαρών οξέων που δεν

συναντάμε συχνά στη φύση Αυτά τα λιπαρά οξέα χρησιμοποιούνται στην κλινική

διατροφή και ως πρώτες ύλες για την παρασκευή ειδικών τροφών και καλλυντικών

(Rat edge 1994 Rat edge κλπ 2005 Αγγελής 2007)

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον εστιάζεται στο γ-λινολενικό οξύ ( LA Δ6912C183) ένα

λιπαρό οξύ το οποίο παράγεται κατά κύριο λόγο ως μεταβολικό προϊόν από τους

ελαιογόνους ζυγομύκητες (Agge s κλπ 1987 1988 1990 Rat edge 1994 2002

Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) και παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον λόγω των αντικαρκινικών και αντιφλεγμονωδών ιδιοτήτων που έχει

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

14

βρεθεί ότι περιέχει (Cert k a d h m u 1999 Ke y κλπ 2000) Παρά το γεγονός

ότι έχει αναφερθεί χρησιμοποίηση πληθώρας ανανεώσιμων υποστρωμάτων ή

υποστρωμάτων τύπου laquoαποβλήτωνraquo ως πηγών άνθρακα από ελαιογόνους

ζυγομύκητες προκειμένου να παραχθεί λίπος και γ-λινολενικό οξύ (Certik and

Shimizu 1999 Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) το τυρόγαλα

μέχρι στιγμής δεν έχει χρησιμοποιηθεί από μικροοργανισμούς αυτής της κατηγορίας

πιθανώς λόγω της μη-ικανοποιητικής ανάπτυξης αυτών στη λακτόζη (Cert k a d

h m u 1999) Αντίθετα ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 είχε παραχθεί

μικροβιακό λίπος που προσομοίαζε με αυτό του λίπους του κακάο (c c a- butter

subst tute) σε βιομηχανική κλίμακα χρησιμοποιώντας ελαιοπαραγωγούς ζύμες του

είδους Apiotrichum curvatum κατά την καλλιέργεια τους στο τυρόγαλα (Ykema κλπ

1988 1990 Davies κλπ 1990 Davies and Holdsworth 1992 Ratledge 1994

Αγγελής 2007)

148 Χρήσεις της Μονοκυτταρικής Πρωτεΐνης στην ανθρώπινη διατροφή και

στις ζωοτροφές Στη διατροφή των ζώων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται για την πάχυνση των μόσχων για την πάχυνση πουλερικών και

χοίρων Επίσης χρησιμοποιείται στις ζωοτροφές για όρνιθες ωοπαραγωγής καθώς και

για την καλλιέργεια ψαριών Τέλος η μονοκυτταρική πρωτεΐνη χρησιμοποιείται ως

τροφή κατοικίδιων ζώων Στον τομέα των τροφίμων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται ως φορέας αρωμάτων βιταμινών και ως ενισχυτικό

γαλακτωματοποιητών Επίσης χρησιμοποιείται για την βελτίωση της θρεπτικής αξίας

των ψημένων προϊόντων σε σούπες σε έτοιμα γεύματα για σερβίρισμα και σε

συνταγές δίαιτας

149 Παραγωγή Μονοκυτταρικής Πρωτείνης (SCP) Ο όρος laquo πρωτεΐνες μονο-

κυττάρωνraquo (SCP) επινοήθηκε από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης το

1966 και συνηθίζεται σήμερα να αναφέρεται ως μικροβιακή βιομάζα

χρησιμοποιούμενη ως τρόφιμο και ως πρόσθετο τροφίμων Ακόμα η απομονωμένη

κυτταρική πρωτεΐνη ή τα ολικά κυτταρικά συστατικά μπορούν να καλούνται SCP

Επίσης ο όρος μονοκυτταρική πρωτεΐνη αναφέρεται σε αποξηραμένα κύτταρα

μικροοργανισμών όπως πλαγκτόν ακτινομυκήτων βακτηρίων ζυμομυκήτων και

μυκήτων που αναπτύσσονται σε μεγάλη κλίμακα για να χρησιμοποιηθούν ως πηγές

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

15

πρωτεϊνών στην τροφή των ανθρώπων ή ζώων Αν και οι μικροοργανισμοί αυτοί

αναπτύσσονται για τις πρωτεΐνες τους τα κύτταρά τους περιέχουν επίσης

υδατάνθρακες λιπίδια βιταμίνες ιχνοστοιχεία και νουκλεiumlκά οξέα

Δεν είναι παράξενο ότι οι μικροοργανισμοί έχουν χρησιμοποιηθεί ως συστατικά

τροφών από τους αρχαίους χρόνους Για παράδειγμα οι ζυμομύκητες

χρησιμοποιούνται εδώ και πολλούς αιώνες για την παρασκευή του ψωμιού Επίσης

τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιούνται γα την παρασκευή τυριού και

αλλαντικών Γύρω από το 1900 στην Αμερική η φυγοκέντρηση χρησιμοποιήθηκε για

τον διαχωρισμό των κυττάρων της ζύμης από το μέσον καλλιέργειας

Η πρώτη παραγωγή πρωτεϊνών από μονοκύτταρους οργανισμούς έγινε στη Γερμανία

κατά την διάρκεια του Αrsquo παγκοσμίου πολέμου όταν ο ζυμομύκητας Saccharomyces

cerevisiae αναπτύχθηκε με μελάσα για πηγή άνθρακα και άλατα αμμωνίου για πηγή

αζώτου Κατά τη διάρκεια του Βrsquo παγκοσμίου πολέμου η τεχνολογία των

βιοαντιδραστήρων είχε αρχίσει να αναπτύσσεται με άμεση εφαρμογή στη μαζική

παραγωγή μικροβιακών κυττάρων Σήμερα με τις τεχνικές διήθησης του υγρού

καλλιέργειας από ειδικά φίλτρα έχει ελαττωθεί κατά πολύ το κόστος μια και η

φυγοκέντρηση δεν είναι πλέον αναγκαία

Πολλά ακατέργαστα υλικά θεωρήθηκαν ως πηγή τροφής των κυττάρων για την

παραγωγή των πρωτεϊνών μονοκυττάρων Στις περισσότερες περιπτώσεις τα

ακατέργαστα υλικά πρέπει να τροποποιηθούν με φυσικούς χημικούς ή ενζυμικούς

τρόπους

Πηγή κυτταρίνης όπως τα ξύλα και άχυρα που αποτελούνται από το σύμπλοκο

λιγνίνης-κυτταρίνης δεν υδρολύονται εύκολα με ένζυμα ή οξέα για να

απελευθερώσουν σάκχαρα Στο παρακάτω σχήμα 5 περιγράφεται σχηματικά η

διαδικασία παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτείνης από κόκκους κεφίρ (μίγμα

γαλακτικών βακτηρίων και ζυμών Kluyveromyces)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

16

Σχήμα 5 Διάγραμμα παραγωγής SCP από κόκκους κεφίρ

1410 Σύσταση και διατροφική αξία της Μονοκυτταρικής πρωτείνης Η

θρεπτική αξία των τροφίμων από μονοκυτταρική πρωτεΐνη ποικίλει ανάλογα με την

χρήση των μικροοργανισμών Η μέθοδος της συγκομιδής της αποξήρανσης και της

επεξεργασίας έχει επίδραση στην θρεπτική αξία του τελικού προϊόντος Η θρεπτική

αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι η εξής

1 Μπορεί να καλλιεργηθεί σε μη τρόφιμα (υπόστρωμα)

2 Το ξηρό βάρος των μικροοργανισμών περιέχει 60-70 πρωτεΐνη

3 Έχει εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα αναπαραγωγής δηλαδή έχει

γρήγορο ρυθμό πολλαπλασιασμού

4 Έχει υψηλή περιεκτικότητα στο σύμπλεγμα βιταμινών Β

5 Περιέχει θειαμίνη ριβοφλαβίνη γλουταθειόνη φολικό οξύ κλπ

Η ενδεικτική σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτείνης

περιγράφεται στους πίνακες 2-4

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

17

Πίνακας 2 Σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης σε

διαφορετικά είδη μικροοργανισμών(Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Συστατικά Μύκητες Άλγη Ζύμες Βακτήρια

Πρωτεΐνες 30-45 40-60 45-55 50-65

Λιπίδια 2-8 7-20 2-6 15-3

Τέφρα 9-14 8-10 5-95 3-7

Νουκλεΐκό οξύ 7-10 3-8 6-12 8-12

Πίνακας 3 Αμινοξέα της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida utilis

(g αμινοξέων100g πρωτεΐνης) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Αμινοξέα Candida utilis

Ασπαρτικό οξύ 132 plusmn 012

Θρεονίνη 060 plusmn 005

Σερίνη 064 plusmn 004

Γλουταμινικό οξύ 320 plusmn 02

Προλίνη 074 plusmn 0045

Γλυκίνη 075 plusmn 006

Αλανίνη 118 plusmn 012

Βαλίνη 054 plusmn 004

Μεθειονίνη 044 plusmn 0032

Ισολευκίνη 081 plusmn 0045

Λευκίνη 144 plusmn 012

Τυροσίνη 086 plusmn 0054

Φαινυλαλανίνη 098 plusmn 0057

Λυσίνη 124 plusmn 011

Ιστιδίνη 019 plusmn 0012

Αργινίνη 082 plusmn 0045

Πίνακας 4 Περιεκτικότητα βιταμινών μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida

utilis (mg100g ξηρού βάρους) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Βιταμίνες Candida utilis

Θειαμίνη 053

Ριβοφλαβίνη 450

Νιασίνη 4173

Πυριδοξίνη 334

Παντοθενικό οξύ 372

Χολίνη -

Φολικό οξύ 215

Ινοσιτόλη -

Βιοτίνη 023

Βιταμίνη Β12 0

Ρ-αμινοβενζοiumlκό οξύ 17

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 8: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

7

σύσταση του γάλακτος των περισσοτέρων θηλαστικών διαπιστώνουμε ότι η λακτόζη

παρουσιάζει πάντοτε πολύ μικρότερη διακύμανση από ότι το λίπος και τα

λευκώματα πράγμα που οδηγεί στην άποψη ότι η ενζυματική διεργασία που αφορά

τη σύνθεση της λακτόζης είναι παρόμοια σε τελείως διαφορετικά είδη Από βιολογική

άποψη η λακτόζη χρησιμεύει στον οργανισμό ως πηγή ενέργειας πλην όμως για να

απορροφηθεί πρέπει πρώτα να διασπαστεί σε γλυκόζη και γαλακτόζη Σ αυτό βοηθά

το ένζυμο λακτάση που αφθονεί στο πεπτικό σύστημα των βρεφών Σήμερα έχει

διαπιστωθεί ότι η δράση της λακτάσης παρουσιάζεται αυξημένη κατά τις πρώτες

ημέρες μετά τη γέννηση πλην όμως ελαττώνεται με την πάροδο του χρόνου Ο

βαθμός ανοχής της λακτόζης του σιτηρεσίου από τα διάφορα είδη θηλαστικών μπορεί

να λεχθεί ότι είναι ανάλογος της περιεκτικότητας του γάλακτός τους στο σάκχαρο

αυτό Η παρουσία της λακτόζης στο γάλα και στα προϊόντα του παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον γιατί

α) Είναι πρωταρχικός παράγοντας στον έλεγχο των ζυμώσεων σε διάφορα

γαλακτοκομικά προϊόντα

β) Προσδίδει θρεπτική αξία στο γάλα και στα γαλακτοκομικά προϊόντα

γ) Η γεύση και η διαλυτότητα αποθηκευμένων γαλακτοκομικών προϊόντων

επηρεάζονται out αυτή

δ) Παίζει βασικό ρόλο στην εμφάνιση του χρώματος και της γεύσεως στα

υπερθερμασμένα γαλακτοκομικά προϊόντα

ε) Για τον άνθρωπο και αρκετά ζώα δεν αποτελεί μόνο πηγή ενέργειας αλλά

και πηγή γαλακτόζης που αποτελεί συστατικό των νευρικών ιστών

1431 Δομή της Λακτόζης Η λακτόζη είναι δισακχαρίτης που σχηματίζεται από

την ένωση ενός μορίου d-γλυκόζης και ενός μορίου d-γαλακτόζης κατά τρόπο ώστε

να μένει ελεύθερη μια αλδεϋδική ομάδα Σχηματίζεται από τη γλυκόζη του αίματος

και γι αυτό η περιεκτικότητα του τελευταίου στο σάκχαρο αυτό κατά τη διάρκεια της

γαλακτικής περιόδου είναι μικρότερη εκείνης της ξηράς περιόδου Κατά το άρμεγμα

παρατηρείται επίσης πτώση της γλυκόζης του αίματος που επανέρχεται όμως σε

κανονικό επίπεδο λίγο μετά το άρμεγμα Η λακτόζη υπάρχει σε δύο ισομερείς μορφές

την α και β που διακρίνονται μεταξύ τους από τη θέση του υδροξυλίου της γλυκόζης

(σχήμα 1)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

8

Σχήμα 1 Ισομερείς μορφές λακτόζης

Η λακτόζη απαντά στη φύση και στα γαλακτοκομικά προϊόντα είτε στις δύο

κρυσταλλικές μορφές α-ένυδρη και β-άνυδρη ή σαν άμορφη ιλυώδης μάζα που

είναι μίγμα α και β λακτόζης Κάτω από ειδικές συνθήκες λαμβάνονται και άλλες

μορφές που διαφέρουν μεταξύ τους κυρίως σε ότι αφορά τις φυσικές τους ιδιότητες

Η μορφή α-λακτόζης που απαντά σε συνήθεις θερμοκρασίες είναι η ενυδατωμένη με

ένα μόριο νερού mdash C12H22OMH2O H λακτόζη του εμπορίου είναι η μορφή αυτή και

λαμβάνεται από υπερκορεσμένα υδατικά διαλύματα λακτόζης με βραδεία

κρυστάλλωση σε θερμοκρασίες μικρότερες των 935 C Έχει σημείο τήξεως 2016deg

C Η α-άνυδρη λακτόζη σχηματίζει κρυστάλλους διαφόρων μορφών που

καθορίζονται από τις συνθήκες κρυσταλλώσεως Ο παράγοντας που κατά κύριο

λόγο ρυθμίζει τη μορφή των κρυστάλλων είναι ο λόγος μεταξύ της πραγματικής

συγκεντρώσεως προς τη διαλυτότητα Όταν είναι μεγάλος η κρυστάλλωση

προχωρεί γρήγορα και σχηματίζονται μόνο πρίσματα Όσο ο λόγος αυτός μειώνεται

τόσο η κρυστάλλωση γίνεται με βραδύτερο ρυθμό ενώ η μορφή των κρυστάλλων

αλλάζει Στη συνέχεια δίδονται οι διάφορες μορφές κρυστάλλων της α-ένυδρης

λακτόζης Οι Α Β και C λαμβάνονται όταν ο ρυθμός κρυσταλλώσεως είναι

γρήγορος ενώ οι Ε F και G όταν είναι βραδύς Ο κρύσταλλος Η δίδει την άλλη όψη

του G ενώ η μορφή D έχει σχήμα πυραμίδας που προκύπτει από την εξέλιξη του

κρυστάλλου C Η κρυστάλλωση στα γαλακτοκομικά προϊόντα είναι συχνά πιο

πολύπλοκοo φαινόμενο Τα άλλα συστατικά του επηρεάζουν την κρυστάλλωση της

λακτόζης με αποτέλεσμα να δημιουργούνται ακανόνιστοι κρύσταλλοι που

διαφέρουν εκείνων που λαμβάνονται από καθαρά διαλύματά της σε ορισμένες

περιπτώσεις μάλιστα είναι δυνατό να παρεμποδίσουν το σχηματισμό πυρήνων

κρυσταλλώσεως και να καθυστερήσουν την κρυστάλλωση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

9

Οι κρύσταλλοι της α-ένυδρης λακτόζης είναι σκληροί και δυσκολοδιάλυτοι (σχήμα

2)

Σχήμα 2 Κρυσταλλικές μορφές λακτόζης

1432 Βιοσύνθεση της Λακτόζης Κατά την υδρόλυσή της η λακτόζη δίδει ένα

μόριο γλυκόζης και ένα μόριο γαλακτόζης Ο τρόπος συνθέσεως της λακτόζης στο

μαστό των ζώων έχει κατά καιρούς απασχολήσει ερευνητές διαφόρων χωρών

Σήμερα είναι γνωστό ότι η κατ εξοχήν πρόδρομη ουσία για τη σύνθεση της είναι η

D-γλυκόζη του αίματος

Σε πρώτη φάση μετατρέπεται στο μαστό ένα μέρος της D-γλυκόζης σε D-γαλακτόζη

Στη συνέχεια ένα μόριο D-γλυκόζης ενώνεται με ένα μόριο D-γαλοκτόζης και

δημιουργείται η λακτόζη

Αναλυτικότερα ο σχηματισμός της λακτόζης στο μαστό περιλαμβάνει τα εξής στάδια

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

10

Από τα ένζυμα που συμμετέχουν στο σχηματισμό της λακτόζης η συνθετάση της

λακτόζης (UDP mdash γαλακτόζη mdash d mdash γλυκόζη I mdash γαλακτοζυλοτρανφεράση)

απαντά μόνο στο μαστό ενώ τα άλλα ανευρίσκονται και σε άλλα σημεία του

σώματος των ζώων όπου λαμβάνουν μέρος σε διάφορους μεταβολικούς κύκλους

Διαπιστώθηκε ότι η συνθετάση της λακτόζης αποτελείται από δύο πρωτεΐνες που

ονομάστηκαν Α και Β To τμήμα Β του ενζύμου βρέθηκε ότι είναι ταυτόσημο με την

α-γαλακταλβουμίνη που είναι προϊόν της συνθετικής δραστηριότητας των

γαλακτικών κυττάρων και απαντά μόνο στο μαστό ενώ το Α υπάρχει σε διάφορους

ιστούς και μόνο του καταλύει διαφορετική αντίδραση

1433 Ισορροπία λακτόζης σε διάλυμα Ο ρυθμός μετατροπής της α-λακτόζης προς

β και αντίστροφα μέχρι να επιτευχθεί η ισορροπία μεταξύ τους επηρεάζεται

σημαντικά από τη θερμοκρασία του διαλύματος Είναι μικρή σε χαμηλές

θερμοκρασίες και αυξάνει με την αύξησή της Στους 70 C η ισορροπία επιτυγχάνεται

αμέσως To pH επηρεάζει επίσης το φαινόμενο αυτό Σε τιμές ρΗ γύρω από 50 ο

ρυθμός μετατροπής της μιας μορφής προς την άλλη είναι πολύ μικρός πλην όμως

αυξάνει με τη μεταβολή του Σε ρΗ 90 η ισορροπία επιτυγχάνεται σε λίγα λεπτά Η

παρουσία αλάτων μπορεί να επηρεάσει την ταχύτητα μετατροπής της α-λακτόζης

προς β και αντίστροφα Η επίδραση είναι περιορισμένη σε αραιά διαλύματα αλάτων

πλην όμως σε συγκεντρώσεις παραπλήσιες με αυτές του γάλακτος η ταχύτητα σχεδόν

διπλασιάζεται

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

11

Παρόμοια επίδραση με τα άλατα έχει και η παρουσία σακχάρων σε χαμηλές

συγκεντρώσεις Αντίθετα οι υψηλές συγκεντρώσεις μειώνουν την ταχύτητα

μετατροπής της μιας μορφής λακτόζης προς την άλλη (σχήμα 3)

Σχήμα 3 Σχέση μεταξύ των διαφόρων μορφών λακτόζης (Τ=C)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

12

144 Πλεονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Μερικά από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα του τυρογάλακτος ως υπόστρωμα

ζύμωσης είναι τα εξής

Υψηλό ποσοστό πρωτεϊνών και σακχάρων

Χαμηλό κόστος υποστρώματος

145 Μειονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Για την αξιοποίηση του τυρογάλακτος αντιμετωπίζονται διάφορες δυσκολίες από τις

οποίες οι πιο σημαντικές είναι

Το μεγάλο μικροβιακό φορτίο που το καθιστά ευπαθές Αν δεν παστεριωθεί ή

ψυχθεί αμέσως μετά την παραγωγή του αλλοιώνεται σε σύντομο χρονικό

διάστημα

Η σύστασή του δεν είναι σταθερή Κυμαίνεται ανάλογα με τον τύπο του

τυριού και το είδος του γάλακτος από τα οποία προέρχεται

Περιέχει χαμηλό σχετικά ποσοστό στερεών συστατικών πράγμα που

επιβραδύνει το κόστος επεξεργασίας του

Θεωρείται σαν προϊόν ευτελούς αξίας για αυτό και συχνά δεν αξιοποιείται Η

άποψη αυτή αναθεωρήθηκε τελευταία

146 Αξιοποίηση τυρογάλακτος Το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν

ζωοτροφή για χοίρους ή πτηνά σαν προσθήκη στο ψωμί για αύξηση της θρεπτικής

του αξίας σαν προσθήκη (πρωτεϊνών) σε διαιτητικές παιδικές τροφές Επίσης

χρησιμοποιείται για την παρασκευή αεριούχων ποτών ή άλλων ζυμωθέντων ποτών

αλβουμίνης και σφαιρίνης για προσθετικά τροφίμων αλκοόλης λακτόζης σιροπιών

γαλακτόζης και γλυκόζης και για την παρασκευή ριβοφλαμίνης

Ακόμη χρησιμοποιείται για την παραγωγή γαλακτικού οξέος για την παρασκευή

υποστρωμάτων ζυμώσεως για παραγωγή αντιβιοτικών μεθανίου ακετόνης και

βιομάζας (πρωτεΐνες SCP) και τέλος για την παρασκευή τυριών (Ricotta μανούρι

μυζήθρα)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

13

147 Χρήση των αποβλήτων τυροκομείου ως υπόστρωμα ζύμωσης Μια από τις

κύριες οδούς αξιοποίησης του τυρογάλακτος σχετίζεται με τη ζύμωση αυτού προς

παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας (γαλακτικό οξύ αιθυλική

αλκοόλη βιταμίνες β- γαλακτοσιδάση ξύδι βιομάζα μικροβιακό λίπος) (Αγγελής

2007) Ειδικότερα το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θρεπτικό μέσο για την

ανάπτυξη μικροοργανισμών (πχ γένη Kluyveromyces Candida Trichosporum

Torula) που δίδουν βιομάζα που περιέχει πρωτείνη υψηλής βιολογικής αξίας

(πλούσια σε απαραίτητα αμινοξέα) την αποκαλούμενη laquoμονοκυτταρική πρωτείνηraquo

Σε σύγκριση με τα φυτά οι μικροοργανισμοί εμφανίζουν σημαντικά υψηλότερους

ειδικούς ρυθμούς ανάπτυξης και υψηλότερη συγκέντρωση πρωτεΐνης στην

παραγόμενη βιομάζα που σε πολλές περιπτώσεις φτάνει το 80 (ββ) επί ξηρής

μάζας (Αγγελής 2007) Ενδεικτικά αναφέρεται ότι ήδη στη Γαλλία (Εταιρεία

laquoFr mager es Le Be raquo) παράγεται υψηλής αξίας μονοκυτταρική πρωτεΐνη κατά την

ανάπτυξη μυκήτων του είδους Kluyveromyces fragilis σε τυρόγαλα σε βιομηχανική

κλίμακα το δε παραγόμενο προϊόν χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία στη διατροφή

του ανθρώπου (Αγγελής 2007) Η χρησιμοποίηση των δυνάμενων να παράξουν

ενδοκυτταρικό λίπος μικροοργανισμών ( eag us ή -bearing microorganisms)

έχει ήδη αναφερθεί από το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο επισταμένη όμως μελέτη των

μικροοργανισμών αυτών πραγματοποιείται τα τελευταία 35 χρόνια (Agge s κλπ

1987 1988 1990 Ratledge 1994 2002 Certik and Shimizu 1999 Ratledge κλπ

2005 Αγγελής 2007) Το ενδιαφέρον για την παραγωγή των λιπιδίων αυτών

καλουμένων και μικροβιακών ή μονοκυτταρικών λιπιδίων (m cr b a s ή s g e ce

s) είναι μεγάλη καθώς αποτελούν πηγή σημαντικών λιπαρών οξέων που δεν

συναντάμε συχνά στη φύση Αυτά τα λιπαρά οξέα χρησιμοποιούνται στην κλινική

διατροφή και ως πρώτες ύλες για την παρασκευή ειδικών τροφών και καλλυντικών

(Rat edge 1994 Rat edge κλπ 2005 Αγγελής 2007)

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον εστιάζεται στο γ-λινολενικό οξύ ( LA Δ6912C183) ένα

λιπαρό οξύ το οποίο παράγεται κατά κύριο λόγο ως μεταβολικό προϊόν από τους

ελαιογόνους ζυγομύκητες (Agge s κλπ 1987 1988 1990 Rat edge 1994 2002

Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) και παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον λόγω των αντικαρκινικών και αντιφλεγμονωδών ιδιοτήτων που έχει

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

14

βρεθεί ότι περιέχει (Cert k a d h m u 1999 Ke y κλπ 2000) Παρά το γεγονός

ότι έχει αναφερθεί χρησιμοποίηση πληθώρας ανανεώσιμων υποστρωμάτων ή

υποστρωμάτων τύπου laquoαποβλήτωνraquo ως πηγών άνθρακα από ελαιογόνους

ζυγομύκητες προκειμένου να παραχθεί λίπος και γ-λινολενικό οξύ (Certik and

Shimizu 1999 Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) το τυρόγαλα

μέχρι στιγμής δεν έχει χρησιμοποιηθεί από μικροοργανισμούς αυτής της κατηγορίας

πιθανώς λόγω της μη-ικανοποιητικής ανάπτυξης αυτών στη λακτόζη (Cert k a d

h m u 1999) Αντίθετα ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 είχε παραχθεί

μικροβιακό λίπος που προσομοίαζε με αυτό του λίπους του κακάο (c c a- butter

subst tute) σε βιομηχανική κλίμακα χρησιμοποιώντας ελαιοπαραγωγούς ζύμες του

είδους Apiotrichum curvatum κατά την καλλιέργεια τους στο τυρόγαλα (Ykema κλπ

1988 1990 Davies κλπ 1990 Davies and Holdsworth 1992 Ratledge 1994

Αγγελής 2007)

148 Χρήσεις της Μονοκυτταρικής Πρωτεΐνης στην ανθρώπινη διατροφή και

στις ζωοτροφές Στη διατροφή των ζώων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται για την πάχυνση των μόσχων για την πάχυνση πουλερικών και

χοίρων Επίσης χρησιμοποιείται στις ζωοτροφές για όρνιθες ωοπαραγωγής καθώς και

για την καλλιέργεια ψαριών Τέλος η μονοκυτταρική πρωτεΐνη χρησιμοποιείται ως

τροφή κατοικίδιων ζώων Στον τομέα των τροφίμων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται ως φορέας αρωμάτων βιταμινών και ως ενισχυτικό

γαλακτωματοποιητών Επίσης χρησιμοποιείται για την βελτίωση της θρεπτικής αξίας

των ψημένων προϊόντων σε σούπες σε έτοιμα γεύματα για σερβίρισμα και σε

συνταγές δίαιτας

149 Παραγωγή Μονοκυτταρικής Πρωτείνης (SCP) Ο όρος laquo πρωτεΐνες μονο-

κυττάρωνraquo (SCP) επινοήθηκε από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης το

1966 και συνηθίζεται σήμερα να αναφέρεται ως μικροβιακή βιομάζα

χρησιμοποιούμενη ως τρόφιμο και ως πρόσθετο τροφίμων Ακόμα η απομονωμένη

κυτταρική πρωτεΐνη ή τα ολικά κυτταρικά συστατικά μπορούν να καλούνται SCP

Επίσης ο όρος μονοκυτταρική πρωτεΐνη αναφέρεται σε αποξηραμένα κύτταρα

μικροοργανισμών όπως πλαγκτόν ακτινομυκήτων βακτηρίων ζυμομυκήτων και

μυκήτων που αναπτύσσονται σε μεγάλη κλίμακα για να χρησιμοποιηθούν ως πηγές

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

15

πρωτεϊνών στην τροφή των ανθρώπων ή ζώων Αν και οι μικροοργανισμοί αυτοί

αναπτύσσονται για τις πρωτεΐνες τους τα κύτταρά τους περιέχουν επίσης

υδατάνθρακες λιπίδια βιταμίνες ιχνοστοιχεία και νουκλεiumlκά οξέα

Δεν είναι παράξενο ότι οι μικροοργανισμοί έχουν χρησιμοποιηθεί ως συστατικά

τροφών από τους αρχαίους χρόνους Για παράδειγμα οι ζυμομύκητες

χρησιμοποιούνται εδώ και πολλούς αιώνες για την παρασκευή του ψωμιού Επίσης

τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιούνται γα την παρασκευή τυριού και

αλλαντικών Γύρω από το 1900 στην Αμερική η φυγοκέντρηση χρησιμοποιήθηκε για

τον διαχωρισμό των κυττάρων της ζύμης από το μέσον καλλιέργειας

Η πρώτη παραγωγή πρωτεϊνών από μονοκύτταρους οργανισμούς έγινε στη Γερμανία

κατά την διάρκεια του Αrsquo παγκοσμίου πολέμου όταν ο ζυμομύκητας Saccharomyces

cerevisiae αναπτύχθηκε με μελάσα για πηγή άνθρακα και άλατα αμμωνίου για πηγή

αζώτου Κατά τη διάρκεια του Βrsquo παγκοσμίου πολέμου η τεχνολογία των

βιοαντιδραστήρων είχε αρχίσει να αναπτύσσεται με άμεση εφαρμογή στη μαζική

παραγωγή μικροβιακών κυττάρων Σήμερα με τις τεχνικές διήθησης του υγρού

καλλιέργειας από ειδικά φίλτρα έχει ελαττωθεί κατά πολύ το κόστος μια και η

φυγοκέντρηση δεν είναι πλέον αναγκαία

Πολλά ακατέργαστα υλικά θεωρήθηκαν ως πηγή τροφής των κυττάρων για την

παραγωγή των πρωτεϊνών μονοκυττάρων Στις περισσότερες περιπτώσεις τα

ακατέργαστα υλικά πρέπει να τροποποιηθούν με φυσικούς χημικούς ή ενζυμικούς

τρόπους

Πηγή κυτταρίνης όπως τα ξύλα και άχυρα που αποτελούνται από το σύμπλοκο

λιγνίνης-κυτταρίνης δεν υδρολύονται εύκολα με ένζυμα ή οξέα για να

απελευθερώσουν σάκχαρα Στο παρακάτω σχήμα 5 περιγράφεται σχηματικά η

διαδικασία παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτείνης από κόκκους κεφίρ (μίγμα

γαλακτικών βακτηρίων και ζυμών Kluyveromyces)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

16

Σχήμα 5 Διάγραμμα παραγωγής SCP από κόκκους κεφίρ

1410 Σύσταση και διατροφική αξία της Μονοκυτταρικής πρωτείνης Η

θρεπτική αξία των τροφίμων από μονοκυτταρική πρωτεΐνη ποικίλει ανάλογα με την

χρήση των μικροοργανισμών Η μέθοδος της συγκομιδής της αποξήρανσης και της

επεξεργασίας έχει επίδραση στην θρεπτική αξία του τελικού προϊόντος Η θρεπτική

αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι η εξής

1 Μπορεί να καλλιεργηθεί σε μη τρόφιμα (υπόστρωμα)

2 Το ξηρό βάρος των μικροοργανισμών περιέχει 60-70 πρωτεΐνη

3 Έχει εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα αναπαραγωγής δηλαδή έχει

γρήγορο ρυθμό πολλαπλασιασμού

4 Έχει υψηλή περιεκτικότητα στο σύμπλεγμα βιταμινών Β

5 Περιέχει θειαμίνη ριβοφλαβίνη γλουταθειόνη φολικό οξύ κλπ

Η ενδεικτική σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτείνης

περιγράφεται στους πίνακες 2-4

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

17

Πίνακας 2 Σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης σε

διαφορετικά είδη μικροοργανισμών(Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Συστατικά Μύκητες Άλγη Ζύμες Βακτήρια

Πρωτεΐνες 30-45 40-60 45-55 50-65

Λιπίδια 2-8 7-20 2-6 15-3

Τέφρα 9-14 8-10 5-95 3-7

Νουκλεΐκό οξύ 7-10 3-8 6-12 8-12

Πίνακας 3 Αμινοξέα της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida utilis

(g αμινοξέων100g πρωτεΐνης) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Αμινοξέα Candida utilis

Ασπαρτικό οξύ 132 plusmn 012

Θρεονίνη 060 plusmn 005

Σερίνη 064 plusmn 004

Γλουταμινικό οξύ 320 plusmn 02

Προλίνη 074 plusmn 0045

Γλυκίνη 075 plusmn 006

Αλανίνη 118 plusmn 012

Βαλίνη 054 plusmn 004

Μεθειονίνη 044 plusmn 0032

Ισολευκίνη 081 plusmn 0045

Λευκίνη 144 plusmn 012

Τυροσίνη 086 plusmn 0054

Φαινυλαλανίνη 098 plusmn 0057

Λυσίνη 124 plusmn 011

Ιστιδίνη 019 plusmn 0012

Αργινίνη 082 plusmn 0045

Πίνακας 4 Περιεκτικότητα βιταμινών μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida

utilis (mg100g ξηρού βάρους) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Βιταμίνες Candida utilis

Θειαμίνη 053

Ριβοφλαβίνη 450

Νιασίνη 4173

Πυριδοξίνη 334

Παντοθενικό οξύ 372

Χολίνη -

Φολικό οξύ 215

Ινοσιτόλη -

Βιοτίνη 023

Βιταμίνη Β12 0

Ρ-αμινοβενζοiumlκό οξύ 17

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 9: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

8

Σχήμα 1 Ισομερείς μορφές λακτόζης

Η λακτόζη απαντά στη φύση και στα γαλακτοκομικά προϊόντα είτε στις δύο

κρυσταλλικές μορφές α-ένυδρη και β-άνυδρη ή σαν άμορφη ιλυώδης μάζα που

είναι μίγμα α και β λακτόζης Κάτω από ειδικές συνθήκες λαμβάνονται και άλλες

μορφές που διαφέρουν μεταξύ τους κυρίως σε ότι αφορά τις φυσικές τους ιδιότητες

Η μορφή α-λακτόζης που απαντά σε συνήθεις θερμοκρασίες είναι η ενυδατωμένη με

ένα μόριο νερού mdash C12H22OMH2O H λακτόζη του εμπορίου είναι η μορφή αυτή και

λαμβάνεται από υπερκορεσμένα υδατικά διαλύματα λακτόζης με βραδεία

κρυστάλλωση σε θερμοκρασίες μικρότερες των 935 C Έχει σημείο τήξεως 2016deg

C Η α-άνυδρη λακτόζη σχηματίζει κρυστάλλους διαφόρων μορφών που

καθορίζονται από τις συνθήκες κρυσταλλώσεως Ο παράγοντας που κατά κύριο

λόγο ρυθμίζει τη μορφή των κρυστάλλων είναι ο λόγος μεταξύ της πραγματικής

συγκεντρώσεως προς τη διαλυτότητα Όταν είναι μεγάλος η κρυστάλλωση

προχωρεί γρήγορα και σχηματίζονται μόνο πρίσματα Όσο ο λόγος αυτός μειώνεται

τόσο η κρυστάλλωση γίνεται με βραδύτερο ρυθμό ενώ η μορφή των κρυστάλλων

αλλάζει Στη συνέχεια δίδονται οι διάφορες μορφές κρυστάλλων της α-ένυδρης

λακτόζης Οι Α Β και C λαμβάνονται όταν ο ρυθμός κρυσταλλώσεως είναι

γρήγορος ενώ οι Ε F και G όταν είναι βραδύς Ο κρύσταλλος Η δίδει την άλλη όψη

του G ενώ η μορφή D έχει σχήμα πυραμίδας που προκύπτει από την εξέλιξη του

κρυστάλλου C Η κρυστάλλωση στα γαλακτοκομικά προϊόντα είναι συχνά πιο

πολύπλοκοo φαινόμενο Τα άλλα συστατικά του επηρεάζουν την κρυστάλλωση της

λακτόζης με αποτέλεσμα να δημιουργούνται ακανόνιστοι κρύσταλλοι που

διαφέρουν εκείνων που λαμβάνονται από καθαρά διαλύματά της σε ορισμένες

περιπτώσεις μάλιστα είναι δυνατό να παρεμποδίσουν το σχηματισμό πυρήνων

κρυσταλλώσεως και να καθυστερήσουν την κρυστάλλωση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

9

Οι κρύσταλλοι της α-ένυδρης λακτόζης είναι σκληροί και δυσκολοδιάλυτοι (σχήμα

2)

Σχήμα 2 Κρυσταλλικές μορφές λακτόζης

1432 Βιοσύνθεση της Λακτόζης Κατά την υδρόλυσή της η λακτόζη δίδει ένα

μόριο γλυκόζης και ένα μόριο γαλακτόζης Ο τρόπος συνθέσεως της λακτόζης στο

μαστό των ζώων έχει κατά καιρούς απασχολήσει ερευνητές διαφόρων χωρών

Σήμερα είναι γνωστό ότι η κατ εξοχήν πρόδρομη ουσία για τη σύνθεση της είναι η

D-γλυκόζη του αίματος

Σε πρώτη φάση μετατρέπεται στο μαστό ένα μέρος της D-γλυκόζης σε D-γαλακτόζη

Στη συνέχεια ένα μόριο D-γλυκόζης ενώνεται με ένα μόριο D-γαλοκτόζης και

δημιουργείται η λακτόζη

Αναλυτικότερα ο σχηματισμός της λακτόζης στο μαστό περιλαμβάνει τα εξής στάδια

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

10

Από τα ένζυμα που συμμετέχουν στο σχηματισμό της λακτόζης η συνθετάση της

λακτόζης (UDP mdash γαλακτόζη mdash d mdash γλυκόζη I mdash γαλακτοζυλοτρανφεράση)

απαντά μόνο στο μαστό ενώ τα άλλα ανευρίσκονται και σε άλλα σημεία του

σώματος των ζώων όπου λαμβάνουν μέρος σε διάφορους μεταβολικούς κύκλους

Διαπιστώθηκε ότι η συνθετάση της λακτόζης αποτελείται από δύο πρωτεΐνες που

ονομάστηκαν Α και Β To τμήμα Β του ενζύμου βρέθηκε ότι είναι ταυτόσημο με την

α-γαλακταλβουμίνη που είναι προϊόν της συνθετικής δραστηριότητας των

γαλακτικών κυττάρων και απαντά μόνο στο μαστό ενώ το Α υπάρχει σε διάφορους

ιστούς και μόνο του καταλύει διαφορετική αντίδραση

1433 Ισορροπία λακτόζης σε διάλυμα Ο ρυθμός μετατροπής της α-λακτόζης προς

β και αντίστροφα μέχρι να επιτευχθεί η ισορροπία μεταξύ τους επηρεάζεται

σημαντικά από τη θερμοκρασία του διαλύματος Είναι μικρή σε χαμηλές

θερμοκρασίες και αυξάνει με την αύξησή της Στους 70 C η ισορροπία επιτυγχάνεται

αμέσως To pH επηρεάζει επίσης το φαινόμενο αυτό Σε τιμές ρΗ γύρω από 50 ο

ρυθμός μετατροπής της μιας μορφής προς την άλλη είναι πολύ μικρός πλην όμως

αυξάνει με τη μεταβολή του Σε ρΗ 90 η ισορροπία επιτυγχάνεται σε λίγα λεπτά Η

παρουσία αλάτων μπορεί να επηρεάσει την ταχύτητα μετατροπής της α-λακτόζης

προς β και αντίστροφα Η επίδραση είναι περιορισμένη σε αραιά διαλύματα αλάτων

πλην όμως σε συγκεντρώσεις παραπλήσιες με αυτές του γάλακτος η ταχύτητα σχεδόν

διπλασιάζεται

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

11

Παρόμοια επίδραση με τα άλατα έχει και η παρουσία σακχάρων σε χαμηλές

συγκεντρώσεις Αντίθετα οι υψηλές συγκεντρώσεις μειώνουν την ταχύτητα

μετατροπής της μιας μορφής λακτόζης προς την άλλη (σχήμα 3)

Σχήμα 3 Σχέση μεταξύ των διαφόρων μορφών λακτόζης (Τ=C)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

12

144 Πλεονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Μερικά από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα του τυρογάλακτος ως υπόστρωμα

ζύμωσης είναι τα εξής

Υψηλό ποσοστό πρωτεϊνών και σακχάρων

Χαμηλό κόστος υποστρώματος

145 Μειονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Για την αξιοποίηση του τυρογάλακτος αντιμετωπίζονται διάφορες δυσκολίες από τις

οποίες οι πιο σημαντικές είναι

Το μεγάλο μικροβιακό φορτίο που το καθιστά ευπαθές Αν δεν παστεριωθεί ή

ψυχθεί αμέσως μετά την παραγωγή του αλλοιώνεται σε σύντομο χρονικό

διάστημα

Η σύστασή του δεν είναι σταθερή Κυμαίνεται ανάλογα με τον τύπο του

τυριού και το είδος του γάλακτος από τα οποία προέρχεται

Περιέχει χαμηλό σχετικά ποσοστό στερεών συστατικών πράγμα που

επιβραδύνει το κόστος επεξεργασίας του

Θεωρείται σαν προϊόν ευτελούς αξίας για αυτό και συχνά δεν αξιοποιείται Η

άποψη αυτή αναθεωρήθηκε τελευταία

146 Αξιοποίηση τυρογάλακτος Το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν

ζωοτροφή για χοίρους ή πτηνά σαν προσθήκη στο ψωμί για αύξηση της θρεπτικής

του αξίας σαν προσθήκη (πρωτεϊνών) σε διαιτητικές παιδικές τροφές Επίσης

χρησιμοποιείται για την παρασκευή αεριούχων ποτών ή άλλων ζυμωθέντων ποτών

αλβουμίνης και σφαιρίνης για προσθετικά τροφίμων αλκοόλης λακτόζης σιροπιών

γαλακτόζης και γλυκόζης και για την παρασκευή ριβοφλαμίνης

Ακόμη χρησιμοποιείται για την παραγωγή γαλακτικού οξέος για την παρασκευή

υποστρωμάτων ζυμώσεως για παραγωγή αντιβιοτικών μεθανίου ακετόνης και

βιομάζας (πρωτεΐνες SCP) και τέλος για την παρασκευή τυριών (Ricotta μανούρι

μυζήθρα)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

13

147 Χρήση των αποβλήτων τυροκομείου ως υπόστρωμα ζύμωσης Μια από τις

κύριες οδούς αξιοποίησης του τυρογάλακτος σχετίζεται με τη ζύμωση αυτού προς

παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας (γαλακτικό οξύ αιθυλική

αλκοόλη βιταμίνες β- γαλακτοσιδάση ξύδι βιομάζα μικροβιακό λίπος) (Αγγελής

2007) Ειδικότερα το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θρεπτικό μέσο για την

ανάπτυξη μικροοργανισμών (πχ γένη Kluyveromyces Candida Trichosporum

Torula) που δίδουν βιομάζα που περιέχει πρωτείνη υψηλής βιολογικής αξίας

(πλούσια σε απαραίτητα αμινοξέα) την αποκαλούμενη laquoμονοκυτταρική πρωτείνηraquo

Σε σύγκριση με τα φυτά οι μικροοργανισμοί εμφανίζουν σημαντικά υψηλότερους

ειδικούς ρυθμούς ανάπτυξης και υψηλότερη συγκέντρωση πρωτεΐνης στην

παραγόμενη βιομάζα που σε πολλές περιπτώσεις φτάνει το 80 (ββ) επί ξηρής

μάζας (Αγγελής 2007) Ενδεικτικά αναφέρεται ότι ήδη στη Γαλλία (Εταιρεία

laquoFr mager es Le Be raquo) παράγεται υψηλής αξίας μονοκυτταρική πρωτεΐνη κατά την

ανάπτυξη μυκήτων του είδους Kluyveromyces fragilis σε τυρόγαλα σε βιομηχανική

κλίμακα το δε παραγόμενο προϊόν χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία στη διατροφή

του ανθρώπου (Αγγελής 2007) Η χρησιμοποίηση των δυνάμενων να παράξουν

ενδοκυτταρικό λίπος μικροοργανισμών ( eag us ή -bearing microorganisms)

έχει ήδη αναφερθεί από το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο επισταμένη όμως μελέτη των

μικροοργανισμών αυτών πραγματοποιείται τα τελευταία 35 χρόνια (Agge s κλπ

1987 1988 1990 Ratledge 1994 2002 Certik and Shimizu 1999 Ratledge κλπ

2005 Αγγελής 2007) Το ενδιαφέρον για την παραγωγή των λιπιδίων αυτών

καλουμένων και μικροβιακών ή μονοκυτταρικών λιπιδίων (m cr b a s ή s g e ce

s) είναι μεγάλη καθώς αποτελούν πηγή σημαντικών λιπαρών οξέων που δεν

συναντάμε συχνά στη φύση Αυτά τα λιπαρά οξέα χρησιμοποιούνται στην κλινική

διατροφή και ως πρώτες ύλες για την παρασκευή ειδικών τροφών και καλλυντικών

(Rat edge 1994 Rat edge κλπ 2005 Αγγελής 2007)

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον εστιάζεται στο γ-λινολενικό οξύ ( LA Δ6912C183) ένα

λιπαρό οξύ το οποίο παράγεται κατά κύριο λόγο ως μεταβολικό προϊόν από τους

ελαιογόνους ζυγομύκητες (Agge s κλπ 1987 1988 1990 Rat edge 1994 2002

Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) και παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον λόγω των αντικαρκινικών και αντιφλεγμονωδών ιδιοτήτων που έχει

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

14

βρεθεί ότι περιέχει (Cert k a d h m u 1999 Ke y κλπ 2000) Παρά το γεγονός

ότι έχει αναφερθεί χρησιμοποίηση πληθώρας ανανεώσιμων υποστρωμάτων ή

υποστρωμάτων τύπου laquoαποβλήτωνraquo ως πηγών άνθρακα από ελαιογόνους

ζυγομύκητες προκειμένου να παραχθεί λίπος και γ-λινολενικό οξύ (Certik and

Shimizu 1999 Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) το τυρόγαλα

μέχρι στιγμής δεν έχει χρησιμοποιηθεί από μικροοργανισμούς αυτής της κατηγορίας

πιθανώς λόγω της μη-ικανοποιητικής ανάπτυξης αυτών στη λακτόζη (Cert k a d

h m u 1999) Αντίθετα ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 είχε παραχθεί

μικροβιακό λίπος που προσομοίαζε με αυτό του λίπους του κακάο (c c a- butter

subst tute) σε βιομηχανική κλίμακα χρησιμοποιώντας ελαιοπαραγωγούς ζύμες του

είδους Apiotrichum curvatum κατά την καλλιέργεια τους στο τυρόγαλα (Ykema κλπ

1988 1990 Davies κλπ 1990 Davies and Holdsworth 1992 Ratledge 1994

Αγγελής 2007)

148 Χρήσεις της Μονοκυτταρικής Πρωτεΐνης στην ανθρώπινη διατροφή και

στις ζωοτροφές Στη διατροφή των ζώων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται για την πάχυνση των μόσχων για την πάχυνση πουλερικών και

χοίρων Επίσης χρησιμοποιείται στις ζωοτροφές για όρνιθες ωοπαραγωγής καθώς και

για την καλλιέργεια ψαριών Τέλος η μονοκυτταρική πρωτεΐνη χρησιμοποιείται ως

τροφή κατοικίδιων ζώων Στον τομέα των τροφίμων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται ως φορέας αρωμάτων βιταμινών και ως ενισχυτικό

γαλακτωματοποιητών Επίσης χρησιμοποιείται για την βελτίωση της θρεπτικής αξίας

των ψημένων προϊόντων σε σούπες σε έτοιμα γεύματα για σερβίρισμα και σε

συνταγές δίαιτας

149 Παραγωγή Μονοκυτταρικής Πρωτείνης (SCP) Ο όρος laquo πρωτεΐνες μονο-

κυττάρωνraquo (SCP) επινοήθηκε από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης το

1966 και συνηθίζεται σήμερα να αναφέρεται ως μικροβιακή βιομάζα

χρησιμοποιούμενη ως τρόφιμο και ως πρόσθετο τροφίμων Ακόμα η απομονωμένη

κυτταρική πρωτεΐνη ή τα ολικά κυτταρικά συστατικά μπορούν να καλούνται SCP

Επίσης ο όρος μονοκυτταρική πρωτεΐνη αναφέρεται σε αποξηραμένα κύτταρα

μικροοργανισμών όπως πλαγκτόν ακτινομυκήτων βακτηρίων ζυμομυκήτων και

μυκήτων που αναπτύσσονται σε μεγάλη κλίμακα για να χρησιμοποιηθούν ως πηγές

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

15

πρωτεϊνών στην τροφή των ανθρώπων ή ζώων Αν και οι μικροοργανισμοί αυτοί

αναπτύσσονται για τις πρωτεΐνες τους τα κύτταρά τους περιέχουν επίσης

υδατάνθρακες λιπίδια βιταμίνες ιχνοστοιχεία και νουκλεiumlκά οξέα

Δεν είναι παράξενο ότι οι μικροοργανισμοί έχουν χρησιμοποιηθεί ως συστατικά

τροφών από τους αρχαίους χρόνους Για παράδειγμα οι ζυμομύκητες

χρησιμοποιούνται εδώ και πολλούς αιώνες για την παρασκευή του ψωμιού Επίσης

τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιούνται γα την παρασκευή τυριού και

αλλαντικών Γύρω από το 1900 στην Αμερική η φυγοκέντρηση χρησιμοποιήθηκε για

τον διαχωρισμό των κυττάρων της ζύμης από το μέσον καλλιέργειας

Η πρώτη παραγωγή πρωτεϊνών από μονοκύτταρους οργανισμούς έγινε στη Γερμανία

κατά την διάρκεια του Αrsquo παγκοσμίου πολέμου όταν ο ζυμομύκητας Saccharomyces

cerevisiae αναπτύχθηκε με μελάσα για πηγή άνθρακα και άλατα αμμωνίου για πηγή

αζώτου Κατά τη διάρκεια του Βrsquo παγκοσμίου πολέμου η τεχνολογία των

βιοαντιδραστήρων είχε αρχίσει να αναπτύσσεται με άμεση εφαρμογή στη μαζική

παραγωγή μικροβιακών κυττάρων Σήμερα με τις τεχνικές διήθησης του υγρού

καλλιέργειας από ειδικά φίλτρα έχει ελαττωθεί κατά πολύ το κόστος μια και η

φυγοκέντρηση δεν είναι πλέον αναγκαία

Πολλά ακατέργαστα υλικά θεωρήθηκαν ως πηγή τροφής των κυττάρων για την

παραγωγή των πρωτεϊνών μονοκυττάρων Στις περισσότερες περιπτώσεις τα

ακατέργαστα υλικά πρέπει να τροποποιηθούν με φυσικούς χημικούς ή ενζυμικούς

τρόπους

Πηγή κυτταρίνης όπως τα ξύλα και άχυρα που αποτελούνται από το σύμπλοκο

λιγνίνης-κυτταρίνης δεν υδρολύονται εύκολα με ένζυμα ή οξέα για να

απελευθερώσουν σάκχαρα Στο παρακάτω σχήμα 5 περιγράφεται σχηματικά η

διαδικασία παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτείνης από κόκκους κεφίρ (μίγμα

γαλακτικών βακτηρίων και ζυμών Kluyveromyces)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

16

Σχήμα 5 Διάγραμμα παραγωγής SCP από κόκκους κεφίρ

1410 Σύσταση και διατροφική αξία της Μονοκυτταρικής πρωτείνης Η

θρεπτική αξία των τροφίμων από μονοκυτταρική πρωτεΐνη ποικίλει ανάλογα με την

χρήση των μικροοργανισμών Η μέθοδος της συγκομιδής της αποξήρανσης και της

επεξεργασίας έχει επίδραση στην θρεπτική αξία του τελικού προϊόντος Η θρεπτική

αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι η εξής

1 Μπορεί να καλλιεργηθεί σε μη τρόφιμα (υπόστρωμα)

2 Το ξηρό βάρος των μικροοργανισμών περιέχει 60-70 πρωτεΐνη

3 Έχει εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα αναπαραγωγής δηλαδή έχει

γρήγορο ρυθμό πολλαπλασιασμού

4 Έχει υψηλή περιεκτικότητα στο σύμπλεγμα βιταμινών Β

5 Περιέχει θειαμίνη ριβοφλαβίνη γλουταθειόνη φολικό οξύ κλπ

Η ενδεικτική σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτείνης

περιγράφεται στους πίνακες 2-4

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

17

Πίνακας 2 Σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης σε

διαφορετικά είδη μικροοργανισμών(Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Συστατικά Μύκητες Άλγη Ζύμες Βακτήρια

Πρωτεΐνες 30-45 40-60 45-55 50-65

Λιπίδια 2-8 7-20 2-6 15-3

Τέφρα 9-14 8-10 5-95 3-7

Νουκλεΐκό οξύ 7-10 3-8 6-12 8-12

Πίνακας 3 Αμινοξέα της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida utilis

(g αμινοξέων100g πρωτεΐνης) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Αμινοξέα Candida utilis

Ασπαρτικό οξύ 132 plusmn 012

Θρεονίνη 060 plusmn 005

Σερίνη 064 plusmn 004

Γλουταμινικό οξύ 320 plusmn 02

Προλίνη 074 plusmn 0045

Γλυκίνη 075 plusmn 006

Αλανίνη 118 plusmn 012

Βαλίνη 054 plusmn 004

Μεθειονίνη 044 plusmn 0032

Ισολευκίνη 081 plusmn 0045

Λευκίνη 144 plusmn 012

Τυροσίνη 086 plusmn 0054

Φαινυλαλανίνη 098 plusmn 0057

Λυσίνη 124 plusmn 011

Ιστιδίνη 019 plusmn 0012

Αργινίνη 082 plusmn 0045

Πίνακας 4 Περιεκτικότητα βιταμινών μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida

utilis (mg100g ξηρού βάρους) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Βιταμίνες Candida utilis

Θειαμίνη 053

Ριβοφλαβίνη 450

Νιασίνη 4173

Πυριδοξίνη 334

Παντοθενικό οξύ 372

Χολίνη -

Φολικό οξύ 215

Ινοσιτόλη -

Βιοτίνη 023

Βιταμίνη Β12 0

Ρ-αμινοβενζοiumlκό οξύ 17

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 10: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

9

Οι κρύσταλλοι της α-ένυδρης λακτόζης είναι σκληροί και δυσκολοδιάλυτοι (σχήμα

2)

Σχήμα 2 Κρυσταλλικές μορφές λακτόζης

1432 Βιοσύνθεση της Λακτόζης Κατά την υδρόλυσή της η λακτόζη δίδει ένα

μόριο γλυκόζης και ένα μόριο γαλακτόζης Ο τρόπος συνθέσεως της λακτόζης στο

μαστό των ζώων έχει κατά καιρούς απασχολήσει ερευνητές διαφόρων χωρών

Σήμερα είναι γνωστό ότι η κατ εξοχήν πρόδρομη ουσία για τη σύνθεση της είναι η

D-γλυκόζη του αίματος

Σε πρώτη φάση μετατρέπεται στο μαστό ένα μέρος της D-γλυκόζης σε D-γαλακτόζη

Στη συνέχεια ένα μόριο D-γλυκόζης ενώνεται με ένα μόριο D-γαλοκτόζης και

δημιουργείται η λακτόζη

Αναλυτικότερα ο σχηματισμός της λακτόζης στο μαστό περιλαμβάνει τα εξής στάδια

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

10

Από τα ένζυμα που συμμετέχουν στο σχηματισμό της λακτόζης η συνθετάση της

λακτόζης (UDP mdash γαλακτόζη mdash d mdash γλυκόζη I mdash γαλακτοζυλοτρανφεράση)

απαντά μόνο στο μαστό ενώ τα άλλα ανευρίσκονται και σε άλλα σημεία του

σώματος των ζώων όπου λαμβάνουν μέρος σε διάφορους μεταβολικούς κύκλους

Διαπιστώθηκε ότι η συνθετάση της λακτόζης αποτελείται από δύο πρωτεΐνες που

ονομάστηκαν Α και Β To τμήμα Β του ενζύμου βρέθηκε ότι είναι ταυτόσημο με την

α-γαλακταλβουμίνη που είναι προϊόν της συνθετικής δραστηριότητας των

γαλακτικών κυττάρων και απαντά μόνο στο μαστό ενώ το Α υπάρχει σε διάφορους

ιστούς και μόνο του καταλύει διαφορετική αντίδραση

1433 Ισορροπία λακτόζης σε διάλυμα Ο ρυθμός μετατροπής της α-λακτόζης προς

β και αντίστροφα μέχρι να επιτευχθεί η ισορροπία μεταξύ τους επηρεάζεται

σημαντικά από τη θερμοκρασία του διαλύματος Είναι μικρή σε χαμηλές

θερμοκρασίες και αυξάνει με την αύξησή της Στους 70 C η ισορροπία επιτυγχάνεται

αμέσως To pH επηρεάζει επίσης το φαινόμενο αυτό Σε τιμές ρΗ γύρω από 50 ο

ρυθμός μετατροπής της μιας μορφής προς την άλλη είναι πολύ μικρός πλην όμως

αυξάνει με τη μεταβολή του Σε ρΗ 90 η ισορροπία επιτυγχάνεται σε λίγα λεπτά Η

παρουσία αλάτων μπορεί να επηρεάσει την ταχύτητα μετατροπής της α-λακτόζης

προς β και αντίστροφα Η επίδραση είναι περιορισμένη σε αραιά διαλύματα αλάτων

πλην όμως σε συγκεντρώσεις παραπλήσιες με αυτές του γάλακτος η ταχύτητα σχεδόν

διπλασιάζεται

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

11

Παρόμοια επίδραση με τα άλατα έχει και η παρουσία σακχάρων σε χαμηλές

συγκεντρώσεις Αντίθετα οι υψηλές συγκεντρώσεις μειώνουν την ταχύτητα

μετατροπής της μιας μορφής λακτόζης προς την άλλη (σχήμα 3)

Σχήμα 3 Σχέση μεταξύ των διαφόρων μορφών λακτόζης (Τ=C)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

12

144 Πλεονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Μερικά από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα του τυρογάλακτος ως υπόστρωμα

ζύμωσης είναι τα εξής

Υψηλό ποσοστό πρωτεϊνών και σακχάρων

Χαμηλό κόστος υποστρώματος

145 Μειονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Για την αξιοποίηση του τυρογάλακτος αντιμετωπίζονται διάφορες δυσκολίες από τις

οποίες οι πιο σημαντικές είναι

Το μεγάλο μικροβιακό φορτίο που το καθιστά ευπαθές Αν δεν παστεριωθεί ή

ψυχθεί αμέσως μετά την παραγωγή του αλλοιώνεται σε σύντομο χρονικό

διάστημα

Η σύστασή του δεν είναι σταθερή Κυμαίνεται ανάλογα με τον τύπο του

τυριού και το είδος του γάλακτος από τα οποία προέρχεται

Περιέχει χαμηλό σχετικά ποσοστό στερεών συστατικών πράγμα που

επιβραδύνει το κόστος επεξεργασίας του

Θεωρείται σαν προϊόν ευτελούς αξίας για αυτό και συχνά δεν αξιοποιείται Η

άποψη αυτή αναθεωρήθηκε τελευταία

146 Αξιοποίηση τυρογάλακτος Το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν

ζωοτροφή για χοίρους ή πτηνά σαν προσθήκη στο ψωμί για αύξηση της θρεπτικής

του αξίας σαν προσθήκη (πρωτεϊνών) σε διαιτητικές παιδικές τροφές Επίσης

χρησιμοποιείται για την παρασκευή αεριούχων ποτών ή άλλων ζυμωθέντων ποτών

αλβουμίνης και σφαιρίνης για προσθετικά τροφίμων αλκοόλης λακτόζης σιροπιών

γαλακτόζης και γλυκόζης και για την παρασκευή ριβοφλαμίνης

Ακόμη χρησιμοποιείται για την παραγωγή γαλακτικού οξέος για την παρασκευή

υποστρωμάτων ζυμώσεως για παραγωγή αντιβιοτικών μεθανίου ακετόνης και

βιομάζας (πρωτεΐνες SCP) και τέλος για την παρασκευή τυριών (Ricotta μανούρι

μυζήθρα)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

13

147 Χρήση των αποβλήτων τυροκομείου ως υπόστρωμα ζύμωσης Μια από τις

κύριες οδούς αξιοποίησης του τυρογάλακτος σχετίζεται με τη ζύμωση αυτού προς

παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας (γαλακτικό οξύ αιθυλική

αλκοόλη βιταμίνες β- γαλακτοσιδάση ξύδι βιομάζα μικροβιακό λίπος) (Αγγελής

2007) Ειδικότερα το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θρεπτικό μέσο για την

ανάπτυξη μικροοργανισμών (πχ γένη Kluyveromyces Candida Trichosporum

Torula) που δίδουν βιομάζα που περιέχει πρωτείνη υψηλής βιολογικής αξίας

(πλούσια σε απαραίτητα αμινοξέα) την αποκαλούμενη laquoμονοκυτταρική πρωτείνηraquo

Σε σύγκριση με τα φυτά οι μικροοργανισμοί εμφανίζουν σημαντικά υψηλότερους

ειδικούς ρυθμούς ανάπτυξης και υψηλότερη συγκέντρωση πρωτεΐνης στην

παραγόμενη βιομάζα που σε πολλές περιπτώσεις φτάνει το 80 (ββ) επί ξηρής

μάζας (Αγγελής 2007) Ενδεικτικά αναφέρεται ότι ήδη στη Γαλλία (Εταιρεία

laquoFr mager es Le Be raquo) παράγεται υψηλής αξίας μονοκυτταρική πρωτεΐνη κατά την

ανάπτυξη μυκήτων του είδους Kluyveromyces fragilis σε τυρόγαλα σε βιομηχανική

κλίμακα το δε παραγόμενο προϊόν χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία στη διατροφή

του ανθρώπου (Αγγελής 2007) Η χρησιμοποίηση των δυνάμενων να παράξουν

ενδοκυτταρικό λίπος μικροοργανισμών ( eag us ή -bearing microorganisms)

έχει ήδη αναφερθεί από το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο επισταμένη όμως μελέτη των

μικροοργανισμών αυτών πραγματοποιείται τα τελευταία 35 χρόνια (Agge s κλπ

1987 1988 1990 Ratledge 1994 2002 Certik and Shimizu 1999 Ratledge κλπ

2005 Αγγελής 2007) Το ενδιαφέρον για την παραγωγή των λιπιδίων αυτών

καλουμένων και μικροβιακών ή μονοκυτταρικών λιπιδίων (m cr b a s ή s g e ce

s) είναι μεγάλη καθώς αποτελούν πηγή σημαντικών λιπαρών οξέων που δεν

συναντάμε συχνά στη φύση Αυτά τα λιπαρά οξέα χρησιμοποιούνται στην κλινική

διατροφή και ως πρώτες ύλες για την παρασκευή ειδικών τροφών και καλλυντικών

(Rat edge 1994 Rat edge κλπ 2005 Αγγελής 2007)

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον εστιάζεται στο γ-λινολενικό οξύ ( LA Δ6912C183) ένα

λιπαρό οξύ το οποίο παράγεται κατά κύριο λόγο ως μεταβολικό προϊόν από τους

ελαιογόνους ζυγομύκητες (Agge s κλπ 1987 1988 1990 Rat edge 1994 2002

Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) και παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον λόγω των αντικαρκινικών και αντιφλεγμονωδών ιδιοτήτων που έχει

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

14

βρεθεί ότι περιέχει (Cert k a d h m u 1999 Ke y κλπ 2000) Παρά το γεγονός

ότι έχει αναφερθεί χρησιμοποίηση πληθώρας ανανεώσιμων υποστρωμάτων ή

υποστρωμάτων τύπου laquoαποβλήτωνraquo ως πηγών άνθρακα από ελαιογόνους

ζυγομύκητες προκειμένου να παραχθεί λίπος και γ-λινολενικό οξύ (Certik and

Shimizu 1999 Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) το τυρόγαλα

μέχρι στιγμής δεν έχει χρησιμοποιηθεί από μικροοργανισμούς αυτής της κατηγορίας

πιθανώς λόγω της μη-ικανοποιητικής ανάπτυξης αυτών στη λακτόζη (Cert k a d

h m u 1999) Αντίθετα ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 είχε παραχθεί

μικροβιακό λίπος που προσομοίαζε με αυτό του λίπους του κακάο (c c a- butter

subst tute) σε βιομηχανική κλίμακα χρησιμοποιώντας ελαιοπαραγωγούς ζύμες του

είδους Apiotrichum curvatum κατά την καλλιέργεια τους στο τυρόγαλα (Ykema κλπ

1988 1990 Davies κλπ 1990 Davies and Holdsworth 1992 Ratledge 1994

Αγγελής 2007)

148 Χρήσεις της Μονοκυτταρικής Πρωτεΐνης στην ανθρώπινη διατροφή και

στις ζωοτροφές Στη διατροφή των ζώων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται για την πάχυνση των μόσχων για την πάχυνση πουλερικών και

χοίρων Επίσης χρησιμοποιείται στις ζωοτροφές για όρνιθες ωοπαραγωγής καθώς και

για την καλλιέργεια ψαριών Τέλος η μονοκυτταρική πρωτεΐνη χρησιμοποιείται ως

τροφή κατοικίδιων ζώων Στον τομέα των τροφίμων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται ως φορέας αρωμάτων βιταμινών και ως ενισχυτικό

γαλακτωματοποιητών Επίσης χρησιμοποιείται για την βελτίωση της θρεπτικής αξίας

των ψημένων προϊόντων σε σούπες σε έτοιμα γεύματα για σερβίρισμα και σε

συνταγές δίαιτας

149 Παραγωγή Μονοκυτταρικής Πρωτείνης (SCP) Ο όρος laquo πρωτεΐνες μονο-

κυττάρωνraquo (SCP) επινοήθηκε από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης το

1966 και συνηθίζεται σήμερα να αναφέρεται ως μικροβιακή βιομάζα

χρησιμοποιούμενη ως τρόφιμο και ως πρόσθετο τροφίμων Ακόμα η απομονωμένη

κυτταρική πρωτεΐνη ή τα ολικά κυτταρικά συστατικά μπορούν να καλούνται SCP

Επίσης ο όρος μονοκυτταρική πρωτεΐνη αναφέρεται σε αποξηραμένα κύτταρα

μικροοργανισμών όπως πλαγκτόν ακτινομυκήτων βακτηρίων ζυμομυκήτων και

μυκήτων που αναπτύσσονται σε μεγάλη κλίμακα για να χρησιμοποιηθούν ως πηγές

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

15

πρωτεϊνών στην τροφή των ανθρώπων ή ζώων Αν και οι μικροοργανισμοί αυτοί

αναπτύσσονται για τις πρωτεΐνες τους τα κύτταρά τους περιέχουν επίσης

υδατάνθρακες λιπίδια βιταμίνες ιχνοστοιχεία και νουκλεiumlκά οξέα

Δεν είναι παράξενο ότι οι μικροοργανισμοί έχουν χρησιμοποιηθεί ως συστατικά

τροφών από τους αρχαίους χρόνους Για παράδειγμα οι ζυμομύκητες

χρησιμοποιούνται εδώ και πολλούς αιώνες για την παρασκευή του ψωμιού Επίσης

τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιούνται γα την παρασκευή τυριού και

αλλαντικών Γύρω από το 1900 στην Αμερική η φυγοκέντρηση χρησιμοποιήθηκε για

τον διαχωρισμό των κυττάρων της ζύμης από το μέσον καλλιέργειας

Η πρώτη παραγωγή πρωτεϊνών από μονοκύτταρους οργανισμούς έγινε στη Γερμανία

κατά την διάρκεια του Αrsquo παγκοσμίου πολέμου όταν ο ζυμομύκητας Saccharomyces

cerevisiae αναπτύχθηκε με μελάσα για πηγή άνθρακα και άλατα αμμωνίου για πηγή

αζώτου Κατά τη διάρκεια του Βrsquo παγκοσμίου πολέμου η τεχνολογία των

βιοαντιδραστήρων είχε αρχίσει να αναπτύσσεται με άμεση εφαρμογή στη μαζική

παραγωγή μικροβιακών κυττάρων Σήμερα με τις τεχνικές διήθησης του υγρού

καλλιέργειας από ειδικά φίλτρα έχει ελαττωθεί κατά πολύ το κόστος μια και η

φυγοκέντρηση δεν είναι πλέον αναγκαία

Πολλά ακατέργαστα υλικά θεωρήθηκαν ως πηγή τροφής των κυττάρων για την

παραγωγή των πρωτεϊνών μονοκυττάρων Στις περισσότερες περιπτώσεις τα

ακατέργαστα υλικά πρέπει να τροποποιηθούν με φυσικούς χημικούς ή ενζυμικούς

τρόπους

Πηγή κυτταρίνης όπως τα ξύλα και άχυρα που αποτελούνται από το σύμπλοκο

λιγνίνης-κυτταρίνης δεν υδρολύονται εύκολα με ένζυμα ή οξέα για να

απελευθερώσουν σάκχαρα Στο παρακάτω σχήμα 5 περιγράφεται σχηματικά η

διαδικασία παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτείνης από κόκκους κεφίρ (μίγμα

γαλακτικών βακτηρίων και ζυμών Kluyveromyces)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

16

Σχήμα 5 Διάγραμμα παραγωγής SCP από κόκκους κεφίρ

1410 Σύσταση και διατροφική αξία της Μονοκυτταρικής πρωτείνης Η

θρεπτική αξία των τροφίμων από μονοκυτταρική πρωτεΐνη ποικίλει ανάλογα με την

χρήση των μικροοργανισμών Η μέθοδος της συγκομιδής της αποξήρανσης και της

επεξεργασίας έχει επίδραση στην θρεπτική αξία του τελικού προϊόντος Η θρεπτική

αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι η εξής

1 Μπορεί να καλλιεργηθεί σε μη τρόφιμα (υπόστρωμα)

2 Το ξηρό βάρος των μικροοργανισμών περιέχει 60-70 πρωτεΐνη

3 Έχει εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα αναπαραγωγής δηλαδή έχει

γρήγορο ρυθμό πολλαπλασιασμού

4 Έχει υψηλή περιεκτικότητα στο σύμπλεγμα βιταμινών Β

5 Περιέχει θειαμίνη ριβοφλαβίνη γλουταθειόνη φολικό οξύ κλπ

Η ενδεικτική σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτείνης

περιγράφεται στους πίνακες 2-4

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

17

Πίνακας 2 Σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης σε

διαφορετικά είδη μικροοργανισμών(Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Συστατικά Μύκητες Άλγη Ζύμες Βακτήρια

Πρωτεΐνες 30-45 40-60 45-55 50-65

Λιπίδια 2-8 7-20 2-6 15-3

Τέφρα 9-14 8-10 5-95 3-7

Νουκλεΐκό οξύ 7-10 3-8 6-12 8-12

Πίνακας 3 Αμινοξέα της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida utilis

(g αμινοξέων100g πρωτεΐνης) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Αμινοξέα Candida utilis

Ασπαρτικό οξύ 132 plusmn 012

Θρεονίνη 060 plusmn 005

Σερίνη 064 plusmn 004

Γλουταμινικό οξύ 320 plusmn 02

Προλίνη 074 plusmn 0045

Γλυκίνη 075 plusmn 006

Αλανίνη 118 plusmn 012

Βαλίνη 054 plusmn 004

Μεθειονίνη 044 plusmn 0032

Ισολευκίνη 081 plusmn 0045

Λευκίνη 144 plusmn 012

Τυροσίνη 086 plusmn 0054

Φαινυλαλανίνη 098 plusmn 0057

Λυσίνη 124 plusmn 011

Ιστιδίνη 019 plusmn 0012

Αργινίνη 082 plusmn 0045

Πίνακας 4 Περιεκτικότητα βιταμινών μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida

utilis (mg100g ξηρού βάρους) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Βιταμίνες Candida utilis

Θειαμίνη 053

Ριβοφλαβίνη 450

Νιασίνη 4173

Πυριδοξίνη 334

Παντοθενικό οξύ 372

Χολίνη -

Φολικό οξύ 215

Ινοσιτόλη -

Βιοτίνη 023

Βιταμίνη Β12 0

Ρ-αμινοβενζοiumlκό οξύ 17

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 11: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

10

Από τα ένζυμα που συμμετέχουν στο σχηματισμό της λακτόζης η συνθετάση της

λακτόζης (UDP mdash γαλακτόζη mdash d mdash γλυκόζη I mdash γαλακτοζυλοτρανφεράση)

απαντά μόνο στο μαστό ενώ τα άλλα ανευρίσκονται και σε άλλα σημεία του

σώματος των ζώων όπου λαμβάνουν μέρος σε διάφορους μεταβολικούς κύκλους

Διαπιστώθηκε ότι η συνθετάση της λακτόζης αποτελείται από δύο πρωτεΐνες που

ονομάστηκαν Α και Β To τμήμα Β του ενζύμου βρέθηκε ότι είναι ταυτόσημο με την

α-γαλακταλβουμίνη που είναι προϊόν της συνθετικής δραστηριότητας των

γαλακτικών κυττάρων και απαντά μόνο στο μαστό ενώ το Α υπάρχει σε διάφορους

ιστούς και μόνο του καταλύει διαφορετική αντίδραση

1433 Ισορροπία λακτόζης σε διάλυμα Ο ρυθμός μετατροπής της α-λακτόζης προς

β και αντίστροφα μέχρι να επιτευχθεί η ισορροπία μεταξύ τους επηρεάζεται

σημαντικά από τη θερμοκρασία του διαλύματος Είναι μικρή σε χαμηλές

θερμοκρασίες και αυξάνει με την αύξησή της Στους 70 C η ισορροπία επιτυγχάνεται

αμέσως To pH επηρεάζει επίσης το φαινόμενο αυτό Σε τιμές ρΗ γύρω από 50 ο

ρυθμός μετατροπής της μιας μορφής προς την άλλη είναι πολύ μικρός πλην όμως

αυξάνει με τη μεταβολή του Σε ρΗ 90 η ισορροπία επιτυγχάνεται σε λίγα λεπτά Η

παρουσία αλάτων μπορεί να επηρεάσει την ταχύτητα μετατροπής της α-λακτόζης

προς β και αντίστροφα Η επίδραση είναι περιορισμένη σε αραιά διαλύματα αλάτων

πλην όμως σε συγκεντρώσεις παραπλήσιες με αυτές του γάλακτος η ταχύτητα σχεδόν

διπλασιάζεται

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

11

Παρόμοια επίδραση με τα άλατα έχει και η παρουσία σακχάρων σε χαμηλές

συγκεντρώσεις Αντίθετα οι υψηλές συγκεντρώσεις μειώνουν την ταχύτητα

μετατροπής της μιας μορφής λακτόζης προς την άλλη (σχήμα 3)

Σχήμα 3 Σχέση μεταξύ των διαφόρων μορφών λακτόζης (Τ=C)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

12

144 Πλεονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Μερικά από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα του τυρογάλακτος ως υπόστρωμα

ζύμωσης είναι τα εξής

Υψηλό ποσοστό πρωτεϊνών και σακχάρων

Χαμηλό κόστος υποστρώματος

145 Μειονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Για την αξιοποίηση του τυρογάλακτος αντιμετωπίζονται διάφορες δυσκολίες από τις

οποίες οι πιο σημαντικές είναι

Το μεγάλο μικροβιακό φορτίο που το καθιστά ευπαθές Αν δεν παστεριωθεί ή

ψυχθεί αμέσως μετά την παραγωγή του αλλοιώνεται σε σύντομο χρονικό

διάστημα

Η σύστασή του δεν είναι σταθερή Κυμαίνεται ανάλογα με τον τύπο του

τυριού και το είδος του γάλακτος από τα οποία προέρχεται

Περιέχει χαμηλό σχετικά ποσοστό στερεών συστατικών πράγμα που

επιβραδύνει το κόστος επεξεργασίας του

Θεωρείται σαν προϊόν ευτελούς αξίας για αυτό και συχνά δεν αξιοποιείται Η

άποψη αυτή αναθεωρήθηκε τελευταία

146 Αξιοποίηση τυρογάλακτος Το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν

ζωοτροφή για χοίρους ή πτηνά σαν προσθήκη στο ψωμί για αύξηση της θρεπτικής

του αξίας σαν προσθήκη (πρωτεϊνών) σε διαιτητικές παιδικές τροφές Επίσης

χρησιμοποιείται για την παρασκευή αεριούχων ποτών ή άλλων ζυμωθέντων ποτών

αλβουμίνης και σφαιρίνης για προσθετικά τροφίμων αλκοόλης λακτόζης σιροπιών

γαλακτόζης και γλυκόζης και για την παρασκευή ριβοφλαμίνης

Ακόμη χρησιμοποιείται για την παραγωγή γαλακτικού οξέος για την παρασκευή

υποστρωμάτων ζυμώσεως για παραγωγή αντιβιοτικών μεθανίου ακετόνης και

βιομάζας (πρωτεΐνες SCP) και τέλος για την παρασκευή τυριών (Ricotta μανούρι

μυζήθρα)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

13

147 Χρήση των αποβλήτων τυροκομείου ως υπόστρωμα ζύμωσης Μια από τις

κύριες οδούς αξιοποίησης του τυρογάλακτος σχετίζεται με τη ζύμωση αυτού προς

παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας (γαλακτικό οξύ αιθυλική

αλκοόλη βιταμίνες β- γαλακτοσιδάση ξύδι βιομάζα μικροβιακό λίπος) (Αγγελής

2007) Ειδικότερα το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θρεπτικό μέσο για την

ανάπτυξη μικροοργανισμών (πχ γένη Kluyveromyces Candida Trichosporum

Torula) που δίδουν βιομάζα που περιέχει πρωτείνη υψηλής βιολογικής αξίας

(πλούσια σε απαραίτητα αμινοξέα) την αποκαλούμενη laquoμονοκυτταρική πρωτείνηraquo

Σε σύγκριση με τα φυτά οι μικροοργανισμοί εμφανίζουν σημαντικά υψηλότερους

ειδικούς ρυθμούς ανάπτυξης και υψηλότερη συγκέντρωση πρωτεΐνης στην

παραγόμενη βιομάζα που σε πολλές περιπτώσεις φτάνει το 80 (ββ) επί ξηρής

μάζας (Αγγελής 2007) Ενδεικτικά αναφέρεται ότι ήδη στη Γαλλία (Εταιρεία

laquoFr mager es Le Be raquo) παράγεται υψηλής αξίας μονοκυτταρική πρωτεΐνη κατά την

ανάπτυξη μυκήτων του είδους Kluyveromyces fragilis σε τυρόγαλα σε βιομηχανική

κλίμακα το δε παραγόμενο προϊόν χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία στη διατροφή

του ανθρώπου (Αγγελής 2007) Η χρησιμοποίηση των δυνάμενων να παράξουν

ενδοκυτταρικό λίπος μικροοργανισμών ( eag us ή -bearing microorganisms)

έχει ήδη αναφερθεί από το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο επισταμένη όμως μελέτη των

μικροοργανισμών αυτών πραγματοποιείται τα τελευταία 35 χρόνια (Agge s κλπ

1987 1988 1990 Ratledge 1994 2002 Certik and Shimizu 1999 Ratledge κλπ

2005 Αγγελής 2007) Το ενδιαφέρον για την παραγωγή των λιπιδίων αυτών

καλουμένων και μικροβιακών ή μονοκυτταρικών λιπιδίων (m cr b a s ή s g e ce

s) είναι μεγάλη καθώς αποτελούν πηγή σημαντικών λιπαρών οξέων που δεν

συναντάμε συχνά στη φύση Αυτά τα λιπαρά οξέα χρησιμοποιούνται στην κλινική

διατροφή και ως πρώτες ύλες για την παρασκευή ειδικών τροφών και καλλυντικών

(Rat edge 1994 Rat edge κλπ 2005 Αγγελής 2007)

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον εστιάζεται στο γ-λινολενικό οξύ ( LA Δ6912C183) ένα

λιπαρό οξύ το οποίο παράγεται κατά κύριο λόγο ως μεταβολικό προϊόν από τους

ελαιογόνους ζυγομύκητες (Agge s κλπ 1987 1988 1990 Rat edge 1994 2002

Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) και παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον λόγω των αντικαρκινικών και αντιφλεγμονωδών ιδιοτήτων που έχει

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

14

βρεθεί ότι περιέχει (Cert k a d h m u 1999 Ke y κλπ 2000) Παρά το γεγονός

ότι έχει αναφερθεί χρησιμοποίηση πληθώρας ανανεώσιμων υποστρωμάτων ή

υποστρωμάτων τύπου laquoαποβλήτωνraquo ως πηγών άνθρακα από ελαιογόνους

ζυγομύκητες προκειμένου να παραχθεί λίπος και γ-λινολενικό οξύ (Certik and

Shimizu 1999 Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) το τυρόγαλα

μέχρι στιγμής δεν έχει χρησιμοποιηθεί από μικροοργανισμούς αυτής της κατηγορίας

πιθανώς λόγω της μη-ικανοποιητικής ανάπτυξης αυτών στη λακτόζη (Cert k a d

h m u 1999) Αντίθετα ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 είχε παραχθεί

μικροβιακό λίπος που προσομοίαζε με αυτό του λίπους του κακάο (c c a- butter

subst tute) σε βιομηχανική κλίμακα χρησιμοποιώντας ελαιοπαραγωγούς ζύμες του

είδους Apiotrichum curvatum κατά την καλλιέργεια τους στο τυρόγαλα (Ykema κλπ

1988 1990 Davies κλπ 1990 Davies and Holdsworth 1992 Ratledge 1994

Αγγελής 2007)

148 Χρήσεις της Μονοκυτταρικής Πρωτεΐνης στην ανθρώπινη διατροφή και

στις ζωοτροφές Στη διατροφή των ζώων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται για την πάχυνση των μόσχων για την πάχυνση πουλερικών και

χοίρων Επίσης χρησιμοποιείται στις ζωοτροφές για όρνιθες ωοπαραγωγής καθώς και

για την καλλιέργεια ψαριών Τέλος η μονοκυτταρική πρωτεΐνη χρησιμοποιείται ως

τροφή κατοικίδιων ζώων Στον τομέα των τροφίμων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται ως φορέας αρωμάτων βιταμινών και ως ενισχυτικό

γαλακτωματοποιητών Επίσης χρησιμοποιείται για την βελτίωση της θρεπτικής αξίας

των ψημένων προϊόντων σε σούπες σε έτοιμα γεύματα για σερβίρισμα και σε

συνταγές δίαιτας

149 Παραγωγή Μονοκυτταρικής Πρωτείνης (SCP) Ο όρος laquo πρωτεΐνες μονο-

κυττάρωνraquo (SCP) επινοήθηκε από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης το

1966 και συνηθίζεται σήμερα να αναφέρεται ως μικροβιακή βιομάζα

χρησιμοποιούμενη ως τρόφιμο και ως πρόσθετο τροφίμων Ακόμα η απομονωμένη

κυτταρική πρωτεΐνη ή τα ολικά κυτταρικά συστατικά μπορούν να καλούνται SCP

Επίσης ο όρος μονοκυτταρική πρωτεΐνη αναφέρεται σε αποξηραμένα κύτταρα

μικροοργανισμών όπως πλαγκτόν ακτινομυκήτων βακτηρίων ζυμομυκήτων και

μυκήτων που αναπτύσσονται σε μεγάλη κλίμακα για να χρησιμοποιηθούν ως πηγές

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

15

πρωτεϊνών στην τροφή των ανθρώπων ή ζώων Αν και οι μικροοργανισμοί αυτοί

αναπτύσσονται για τις πρωτεΐνες τους τα κύτταρά τους περιέχουν επίσης

υδατάνθρακες λιπίδια βιταμίνες ιχνοστοιχεία και νουκλεiumlκά οξέα

Δεν είναι παράξενο ότι οι μικροοργανισμοί έχουν χρησιμοποιηθεί ως συστατικά

τροφών από τους αρχαίους χρόνους Για παράδειγμα οι ζυμομύκητες

χρησιμοποιούνται εδώ και πολλούς αιώνες για την παρασκευή του ψωμιού Επίσης

τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιούνται γα την παρασκευή τυριού και

αλλαντικών Γύρω από το 1900 στην Αμερική η φυγοκέντρηση χρησιμοποιήθηκε για

τον διαχωρισμό των κυττάρων της ζύμης από το μέσον καλλιέργειας

Η πρώτη παραγωγή πρωτεϊνών από μονοκύτταρους οργανισμούς έγινε στη Γερμανία

κατά την διάρκεια του Αrsquo παγκοσμίου πολέμου όταν ο ζυμομύκητας Saccharomyces

cerevisiae αναπτύχθηκε με μελάσα για πηγή άνθρακα και άλατα αμμωνίου για πηγή

αζώτου Κατά τη διάρκεια του Βrsquo παγκοσμίου πολέμου η τεχνολογία των

βιοαντιδραστήρων είχε αρχίσει να αναπτύσσεται με άμεση εφαρμογή στη μαζική

παραγωγή μικροβιακών κυττάρων Σήμερα με τις τεχνικές διήθησης του υγρού

καλλιέργειας από ειδικά φίλτρα έχει ελαττωθεί κατά πολύ το κόστος μια και η

φυγοκέντρηση δεν είναι πλέον αναγκαία

Πολλά ακατέργαστα υλικά θεωρήθηκαν ως πηγή τροφής των κυττάρων για την

παραγωγή των πρωτεϊνών μονοκυττάρων Στις περισσότερες περιπτώσεις τα

ακατέργαστα υλικά πρέπει να τροποποιηθούν με φυσικούς χημικούς ή ενζυμικούς

τρόπους

Πηγή κυτταρίνης όπως τα ξύλα και άχυρα που αποτελούνται από το σύμπλοκο

λιγνίνης-κυτταρίνης δεν υδρολύονται εύκολα με ένζυμα ή οξέα για να

απελευθερώσουν σάκχαρα Στο παρακάτω σχήμα 5 περιγράφεται σχηματικά η

διαδικασία παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτείνης από κόκκους κεφίρ (μίγμα

γαλακτικών βακτηρίων και ζυμών Kluyveromyces)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

16

Σχήμα 5 Διάγραμμα παραγωγής SCP από κόκκους κεφίρ

1410 Σύσταση και διατροφική αξία της Μονοκυτταρικής πρωτείνης Η

θρεπτική αξία των τροφίμων από μονοκυτταρική πρωτεΐνη ποικίλει ανάλογα με την

χρήση των μικροοργανισμών Η μέθοδος της συγκομιδής της αποξήρανσης και της

επεξεργασίας έχει επίδραση στην θρεπτική αξία του τελικού προϊόντος Η θρεπτική

αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι η εξής

1 Μπορεί να καλλιεργηθεί σε μη τρόφιμα (υπόστρωμα)

2 Το ξηρό βάρος των μικροοργανισμών περιέχει 60-70 πρωτεΐνη

3 Έχει εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα αναπαραγωγής δηλαδή έχει

γρήγορο ρυθμό πολλαπλασιασμού

4 Έχει υψηλή περιεκτικότητα στο σύμπλεγμα βιταμινών Β

5 Περιέχει θειαμίνη ριβοφλαβίνη γλουταθειόνη φολικό οξύ κλπ

Η ενδεικτική σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτείνης

περιγράφεται στους πίνακες 2-4

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

17

Πίνακας 2 Σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης σε

διαφορετικά είδη μικροοργανισμών(Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Συστατικά Μύκητες Άλγη Ζύμες Βακτήρια

Πρωτεΐνες 30-45 40-60 45-55 50-65

Λιπίδια 2-8 7-20 2-6 15-3

Τέφρα 9-14 8-10 5-95 3-7

Νουκλεΐκό οξύ 7-10 3-8 6-12 8-12

Πίνακας 3 Αμινοξέα της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida utilis

(g αμινοξέων100g πρωτεΐνης) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Αμινοξέα Candida utilis

Ασπαρτικό οξύ 132 plusmn 012

Θρεονίνη 060 plusmn 005

Σερίνη 064 plusmn 004

Γλουταμινικό οξύ 320 plusmn 02

Προλίνη 074 plusmn 0045

Γλυκίνη 075 plusmn 006

Αλανίνη 118 plusmn 012

Βαλίνη 054 plusmn 004

Μεθειονίνη 044 plusmn 0032

Ισολευκίνη 081 plusmn 0045

Λευκίνη 144 plusmn 012

Τυροσίνη 086 plusmn 0054

Φαινυλαλανίνη 098 plusmn 0057

Λυσίνη 124 plusmn 011

Ιστιδίνη 019 plusmn 0012

Αργινίνη 082 plusmn 0045

Πίνακας 4 Περιεκτικότητα βιταμινών μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida

utilis (mg100g ξηρού βάρους) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Βιταμίνες Candida utilis

Θειαμίνη 053

Ριβοφλαβίνη 450

Νιασίνη 4173

Πυριδοξίνη 334

Παντοθενικό οξύ 372

Χολίνη -

Φολικό οξύ 215

Ινοσιτόλη -

Βιοτίνη 023

Βιταμίνη Β12 0

Ρ-αμινοβενζοiumlκό οξύ 17

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 12: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

11

Παρόμοια επίδραση με τα άλατα έχει και η παρουσία σακχάρων σε χαμηλές

συγκεντρώσεις Αντίθετα οι υψηλές συγκεντρώσεις μειώνουν την ταχύτητα

μετατροπής της μιας μορφής λακτόζης προς την άλλη (σχήμα 3)

Σχήμα 3 Σχέση μεταξύ των διαφόρων μορφών λακτόζης (Τ=C)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

12

144 Πλεονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Μερικά από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα του τυρογάλακτος ως υπόστρωμα

ζύμωσης είναι τα εξής

Υψηλό ποσοστό πρωτεϊνών και σακχάρων

Χαμηλό κόστος υποστρώματος

145 Μειονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Για την αξιοποίηση του τυρογάλακτος αντιμετωπίζονται διάφορες δυσκολίες από τις

οποίες οι πιο σημαντικές είναι

Το μεγάλο μικροβιακό φορτίο που το καθιστά ευπαθές Αν δεν παστεριωθεί ή

ψυχθεί αμέσως μετά την παραγωγή του αλλοιώνεται σε σύντομο χρονικό

διάστημα

Η σύστασή του δεν είναι σταθερή Κυμαίνεται ανάλογα με τον τύπο του

τυριού και το είδος του γάλακτος από τα οποία προέρχεται

Περιέχει χαμηλό σχετικά ποσοστό στερεών συστατικών πράγμα που

επιβραδύνει το κόστος επεξεργασίας του

Θεωρείται σαν προϊόν ευτελούς αξίας για αυτό και συχνά δεν αξιοποιείται Η

άποψη αυτή αναθεωρήθηκε τελευταία

146 Αξιοποίηση τυρογάλακτος Το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν

ζωοτροφή για χοίρους ή πτηνά σαν προσθήκη στο ψωμί για αύξηση της θρεπτικής

του αξίας σαν προσθήκη (πρωτεϊνών) σε διαιτητικές παιδικές τροφές Επίσης

χρησιμοποιείται για την παρασκευή αεριούχων ποτών ή άλλων ζυμωθέντων ποτών

αλβουμίνης και σφαιρίνης για προσθετικά τροφίμων αλκοόλης λακτόζης σιροπιών

γαλακτόζης και γλυκόζης και για την παρασκευή ριβοφλαμίνης

Ακόμη χρησιμοποιείται για την παραγωγή γαλακτικού οξέος για την παρασκευή

υποστρωμάτων ζυμώσεως για παραγωγή αντιβιοτικών μεθανίου ακετόνης και

βιομάζας (πρωτεΐνες SCP) και τέλος για την παρασκευή τυριών (Ricotta μανούρι

μυζήθρα)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

13

147 Χρήση των αποβλήτων τυροκομείου ως υπόστρωμα ζύμωσης Μια από τις

κύριες οδούς αξιοποίησης του τυρογάλακτος σχετίζεται με τη ζύμωση αυτού προς

παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας (γαλακτικό οξύ αιθυλική

αλκοόλη βιταμίνες β- γαλακτοσιδάση ξύδι βιομάζα μικροβιακό λίπος) (Αγγελής

2007) Ειδικότερα το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θρεπτικό μέσο για την

ανάπτυξη μικροοργανισμών (πχ γένη Kluyveromyces Candida Trichosporum

Torula) που δίδουν βιομάζα που περιέχει πρωτείνη υψηλής βιολογικής αξίας

(πλούσια σε απαραίτητα αμινοξέα) την αποκαλούμενη laquoμονοκυτταρική πρωτείνηraquo

Σε σύγκριση με τα φυτά οι μικροοργανισμοί εμφανίζουν σημαντικά υψηλότερους

ειδικούς ρυθμούς ανάπτυξης και υψηλότερη συγκέντρωση πρωτεΐνης στην

παραγόμενη βιομάζα που σε πολλές περιπτώσεις φτάνει το 80 (ββ) επί ξηρής

μάζας (Αγγελής 2007) Ενδεικτικά αναφέρεται ότι ήδη στη Γαλλία (Εταιρεία

laquoFr mager es Le Be raquo) παράγεται υψηλής αξίας μονοκυτταρική πρωτεΐνη κατά την

ανάπτυξη μυκήτων του είδους Kluyveromyces fragilis σε τυρόγαλα σε βιομηχανική

κλίμακα το δε παραγόμενο προϊόν χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία στη διατροφή

του ανθρώπου (Αγγελής 2007) Η χρησιμοποίηση των δυνάμενων να παράξουν

ενδοκυτταρικό λίπος μικροοργανισμών ( eag us ή -bearing microorganisms)

έχει ήδη αναφερθεί από το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο επισταμένη όμως μελέτη των

μικροοργανισμών αυτών πραγματοποιείται τα τελευταία 35 χρόνια (Agge s κλπ

1987 1988 1990 Ratledge 1994 2002 Certik and Shimizu 1999 Ratledge κλπ

2005 Αγγελής 2007) Το ενδιαφέρον για την παραγωγή των λιπιδίων αυτών

καλουμένων και μικροβιακών ή μονοκυτταρικών λιπιδίων (m cr b a s ή s g e ce

s) είναι μεγάλη καθώς αποτελούν πηγή σημαντικών λιπαρών οξέων που δεν

συναντάμε συχνά στη φύση Αυτά τα λιπαρά οξέα χρησιμοποιούνται στην κλινική

διατροφή και ως πρώτες ύλες για την παρασκευή ειδικών τροφών και καλλυντικών

(Rat edge 1994 Rat edge κλπ 2005 Αγγελής 2007)

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον εστιάζεται στο γ-λινολενικό οξύ ( LA Δ6912C183) ένα

λιπαρό οξύ το οποίο παράγεται κατά κύριο λόγο ως μεταβολικό προϊόν από τους

ελαιογόνους ζυγομύκητες (Agge s κλπ 1987 1988 1990 Rat edge 1994 2002

Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) και παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον λόγω των αντικαρκινικών και αντιφλεγμονωδών ιδιοτήτων που έχει

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

14

βρεθεί ότι περιέχει (Cert k a d h m u 1999 Ke y κλπ 2000) Παρά το γεγονός

ότι έχει αναφερθεί χρησιμοποίηση πληθώρας ανανεώσιμων υποστρωμάτων ή

υποστρωμάτων τύπου laquoαποβλήτωνraquo ως πηγών άνθρακα από ελαιογόνους

ζυγομύκητες προκειμένου να παραχθεί λίπος και γ-λινολενικό οξύ (Certik and

Shimizu 1999 Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) το τυρόγαλα

μέχρι στιγμής δεν έχει χρησιμοποιηθεί από μικροοργανισμούς αυτής της κατηγορίας

πιθανώς λόγω της μη-ικανοποιητικής ανάπτυξης αυτών στη λακτόζη (Cert k a d

h m u 1999) Αντίθετα ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 είχε παραχθεί

μικροβιακό λίπος που προσομοίαζε με αυτό του λίπους του κακάο (c c a- butter

subst tute) σε βιομηχανική κλίμακα χρησιμοποιώντας ελαιοπαραγωγούς ζύμες του

είδους Apiotrichum curvatum κατά την καλλιέργεια τους στο τυρόγαλα (Ykema κλπ

1988 1990 Davies κλπ 1990 Davies and Holdsworth 1992 Ratledge 1994

Αγγελής 2007)

148 Χρήσεις της Μονοκυτταρικής Πρωτεΐνης στην ανθρώπινη διατροφή και

στις ζωοτροφές Στη διατροφή των ζώων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται για την πάχυνση των μόσχων για την πάχυνση πουλερικών και

χοίρων Επίσης χρησιμοποιείται στις ζωοτροφές για όρνιθες ωοπαραγωγής καθώς και

για την καλλιέργεια ψαριών Τέλος η μονοκυτταρική πρωτεΐνη χρησιμοποιείται ως

τροφή κατοικίδιων ζώων Στον τομέα των τροφίμων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται ως φορέας αρωμάτων βιταμινών και ως ενισχυτικό

γαλακτωματοποιητών Επίσης χρησιμοποιείται για την βελτίωση της θρεπτικής αξίας

των ψημένων προϊόντων σε σούπες σε έτοιμα γεύματα για σερβίρισμα και σε

συνταγές δίαιτας

149 Παραγωγή Μονοκυτταρικής Πρωτείνης (SCP) Ο όρος laquo πρωτεΐνες μονο-

κυττάρωνraquo (SCP) επινοήθηκε από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης το

1966 και συνηθίζεται σήμερα να αναφέρεται ως μικροβιακή βιομάζα

χρησιμοποιούμενη ως τρόφιμο και ως πρόσθετο τροφίμων Ακόμα η απομονωμένη

κυτταρική πρωτεΐνη ή τα ολικά κυτταρικά συστατικά μπορούν να καλούνται SCP

Επίσης ο όρος μονοκυτταρική πρωτεΐνη αναφέρεται σε αποξηραμένα κύτταρα

μικροοργανισμών όπως πλαγκτόν ακτινομυκήτων βακτηρίων ζυμομυκήτων και

μυκήτων που αναπτύσσονται σε μεγάλη κλίμακα για να χρησιμοποιηθούν ως πηγές

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

15

πρωτεϊνών στην τροφή των ανθρώπων ή ζώων Αν και οι μικροοργανισμοί αυτοί

αναπτύσσονται για τις πρωτεΐνες τους τα κύτταρά τους περιέχουν επίσης

υδατάνθρακες λιπίδια βιταμίνες ιχνοστοιχεία και νουκλεiumlκά οξέα

Δεν είναι παράξενο ότι οι μικροοργανισμοί έχουν χρησιμοποιηθεί ως συστατικά

τροφών από τους αρχαίους χρόνους Για παράδειγμα οι ζυμομύκητες

χρησιμοποιούνται εδώ και πολλούς αιώνες για την παρασκευή του ψωμιού Επίσης

τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιούνται γα την παρασκευή τυριού και

αλλαντικών Γύρω από το 1900 στην Αμερική η φυγοκέντρηση χρησιμοποιήθηκε για

τον διαχωρισμό των κυττάρων της ζύμης από το μέσον καλλιέργειας

Η πρώτη παραγωγή πρωτεϊνών από μονοκύτταρους οργανισμούς έγινε στη Γερμανία

κατά την διάρκεια του Αrsquo παγκοσμίου πολέμου όταν ο ζυμομύκητας Saccharomyces

cerevisiae αναπτύχθηκε με μελάσα για πηγή άνθρακα και άλατα αμμωνίου για πηγή

αζώτου Κατά τη διάρκεια του Βrsquo παγκοσμίου πολέμου η τεχνολογία των

βιοαντιδραστήρων είχε αρχίσει να αναπτύσσεται με άμεση εφαρμογή στη μαζική

παραγωγή μικροβιακών κυττάρων Σήμερα με τις τεχνικές διήθησης του υγρού

καλλιέργειας από ειδικά φίλτρα έχει ελαττωθεί κατά πολύ το κόστος μια και η

φυγοκέντρηση δεν είναι πλέον αναγκαία

Πολλά ακατέργαστα υλικά θεωρήθηκαν ως πηγή τροφής των κυττάρων για την

παραγωγή των πρωτεϊνών μονοκυττάρων Στις περισσότερες περιπτώσεις τα

ακατέργαστα υλικά πρέπει να τροποποιηθούν με φυσικούς χημικούς ή ενζυμικούς

τρόπους

Πηγή κυτταρίνης όπως τα ξύλα και άχυρα που αποτελούνται από το σύμπλοκο

λιγνίνης-κυτταρίνης δεν υδρολύονται εύκολα με ένζυμα ή οξέα για να

απελευθερώσουν σάκχαρα Στο παρακάτω σχήμα 5 περιγράφεται σχηματικά η

διαδικασία παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτείνης από κόκκους κεφίρ (μίγμα

γαλακτικών βακτηρίων και ζυμών Kluyveromyces)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

16

Σχήμα 5 Διάγραμμα παραγωγής SCP από κόκκους κεφίρ

1410 Σύσταση και διατροφική αξία της Μονοκυτταρικής πρωτείνης Η

θρεπτική αξία των τροφίμων από μονοκυτταρική πρωτεΐνη ποικίλει ανάλογα με την

χρήση των μικροοργανισμών Η μέθοδος της συγκομιδής της αποξήρανσης και της

επεξεργασίας έχει επίδραση στην θρεπτική αξία του τελικού προϊόντος Η θρεπτική

αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι η εξής

1 Μπορεί να καλλιεργηθεί σε μη τρόφιμα (υπόστρωμα)

2 Το ξηρό βάρος των μικροοργανισμών περιέχει 60-70 πρωτεΐνη

3 Έχει εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα αναπαραγωγής δηλαδή έχει

γρήγορο ρυθμό πολλαπλασιασμού

4 Έχει υψηλή περιεκτικότητα στο σύμπλεγμα βιταμινών Β

5 Περιέχει θειαμίνη ριβοφλαβίνη γλουταθειόνη φολικό οξύ κλπ

Η ενδεικτική σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτείνης

περιγράφεται στους πίνακες 2-4

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

17

Πίνακας 2 Σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης σε

διαφορετικά είδη μικροοργανισμών(Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Συστατικά Μύκητες Άλγη Ζύμες Βακτήρια

Πρωτεΐνες 30-45 40-60 45-55 50-65

Λιπίδια 2-8 7-20 2-6 15-3

Τέφρα 9-14 8-10 5-95 3-7

Νουκλεΐκό οξύ 7-10 3-8 6-12 8-12

Πίνακας 3 Αμινοξέα της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida utilis

(g αμινοξέων100g πρωτεΐνης) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Αμινοξέα Candida utilis

Ασπαρτικό οξύ 132 plusmn 012

Θρεονίνη 060 plusmn 005

Σερίνη 064 plusmn 004

Γλουταμινικό οξύ 320 plusmn 02

Προλίνη 074 plusmn 0045

Γλυκίνη 075 plusmn 006

Αλανίνη 118 plusmn 012

Βαλίνη 054 plusmn 004

Μεθειονίνη 044 plusmn 0032

Ισολευκίνη 081 plusmn 0045

Λευκίνη 144 plusmn 012

Τυροσίνη 086 plusmn 0054

Φαινυλαλανίνη 098 plusmn 0057

Λυσίνη 124 plusmn 011

Ιστιδίνη 019 plusmn 0012

Αργινίνη 082 plusmn 0045

Πίνακας 4 Περιεκτικότητα βιταμινών μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida

utilis (mg100g ξηρού βάρους) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Βιταμίνες Candida utilis

Θειαμίνη 053

Ριβοφλαβίνη 450

Νιασίνη 4173

Πυριδοξίνη 334

Παντοθενικό οξύ 372

Χολίνη -

Φολικό οξύ 215

Ινοσιτόλη -

Βιοτίνη 023

Βιταμίνη Β12 0

Ρ-αμινοβενζοiumlκό οξύ 17

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 13: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

12

144 Πλεονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Μερικά από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα του τυρογάλακτος ως υπόστρωμα

ζύμωσης είναι τα εξής

Υψηλό ποσοστό πρωτεϊνών και σακχάρων

Χαμηλό κόστος υποστρώματος

145 Μειονεκτήματα του Τυρογάλακτος

Για την αξιοποίηση του τυρογάλακτος αντιμετωπίζονται διάφορες δυσκολίες από τις

οποίες οι πιο σημαντικές είναι

Το μεγάλο μικροβιακό φορτίο που το καθιστά ευπαθές Αν δεν παστεριωθεί ή

ψυχθεί αμέσως μετά την παραγωγή του αλλοιώνεται σε σύντομο χρονικό

διάστημα

Η σύστασή του δεν είναι σταθερή Κυμαίνεται ανάλογα με τον τύπο του

τυριού και το είδος του γάλακτος από τα οποία προέρχεται

Περιέχει χαμηλό σχετικά ποσοστό στερεών συστατικών πράγμα που

επιβραδύνει το κόστος επεξεργασίας του

Θεωρείται σαν προϊόν ευτελούς αξίας για αυτό και συχνά δεν αξιοποιείται Η

άποψη αυτή αναθεωρήθηκε τελευταία

146 Αξιοποίηση τυρογάλακτος Το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν

ζωοτροφή για χοίρους ή πτηνά σαν προσθήκη στο ψωμί για αύξηση της θρεπτικής

του αξίας σαν προσθήκη (πρωτεϊνών) σε διαιτητικές παιδικές τροφές Επίσης

χρησιμοποιείται για την παρασκευή αεριούχων ποτών ή άλλων ζυμωθέντων ποτών

αλβουμίνης και σφαιρίνης για προσθετικά τροφίμων αλκοόλης λακτόζης σιροπιών

γαλακτόζης και γλυκόζης και για την παρασκευή ριβοφλαμίνης

Ακόμη χρησιμοποιείται για την παραγωγή γαλακτικού οξέος για την παρασκευή

υποστρωμάτων ζυμώσεως για παραγωγή αντιβιοτικών μεθανίου ακετόνης και

βιομάζας (πρωτεΐνες SCP) και τέλος για την παρασκευή τυριών (Ricotta μανούρι

μυζήθρα)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

13

147 Χρήση των αποβλήτων τυροκομείου ως υπόστρωμα ζύμωσης Μια από τις

κύριες οδούς αξιοποίησης του τυρογάλακτος σχετίζεται με τη ζύμωση αυτού προς

παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας (γαλακτικό οξύ αιθυλική

αλκοόλη βιταμίνες β- γαλακτοσιδάση ξύδι βιομάζα μικροβιακό λίπος) (Αγγελής

2007) Ειδικότερα το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θρεπτικό μέσο για την

ανάπτυξη μικροοργανισμών (πχ γένη Kluyveromyces Candida Trichosporum

Torula) που δίδουν βιομάζα που περιέχει πρωτείνη υψηλής βιολογικής αξίας

(πλούσια σε απαραίτητα αμινοξέα) την αποκαλούμενη laquoμονοκυτταρική πρωτείνηraquo

Σε σύγκριση με τα φυτά οι μικροοργανισμοί εμφανίζουν σημαντικά υψηλότερους

ειδικούς ρυθμούς ανάπτυξης και υψηλότερη συγκέντρωση πρωτεΐνης στην

παραγόμενη βιομάζα που σε πολλές περιπτώσεις φτάνει το 80 (ββ) επί ξηρής

μάζας (Αγγελής 2007) Ενδεικτικά αναφέρεται ότι ήδη στη Γαλλία (Εταιρεία

laquoFr mager es Le Be raquo) παράγεται υψηλής αξίας μονοκυτταρική πρωτεΐνη κατά την

ανάπτυξη μυκήτων του είδους Kluyveromyces fragilis σε τυρόγαλα σε βιομηχανική

κλίμακα το δε παραγόμενο προϊόν χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία στη διατροφή

του ανθρώπου (Αγγελής 2007) Η χρησιμοποίηση των δυνάμενων να παράξουν

ενδοκυτταρικό λίπος μικροοργανισμών ( eag us ή -bearing microorganisms)

έχει ήδη αναφερθεί από το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο επισταμένη όμως μελέτη των

μικροοργανισμών αυτών πραγματοποιείται τα τελευταία 35 χρόνια (Agge s κλπ

1987 1988 1990 Ratledge 1994 2002 Certik and Shimizu 1999 Ratledge κλπ

2005 Αγγελής 2007) Το ενδιαφέρον για την παραγωγή των λιπιδίων αυτών

καλουμένων και μικροβιακών ή μονοκυτταρικών λιπιδίων (m cr b a s ή s g e ce

s) είναι μεγάλη καθώς αποτελούν πηγή σημαντικών λιπαρών οξέων που δεν

συναντάμε συχνά στη φύση Αυτά τα λιπαρά οξέα χρησιμοποιούνται στην κλινική

διατροφή και ως πρώτες ύλες για την παρασκευή ειδικών τροφών και καλλυντικών

(Rat edge 1994 Rat edge κλπ 2005 Αγγελής 2007)

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον εστιάζεται στο γ-λινολενικό οξύ ( LA Δ6912C183) ένα

λιπαρό οξύ το οποίο παράγεται κατά κύριο λόγο ως μεταβολικό προϊόν από τους

ελαιογόνους ζυγομύκητες (Agge s κλπ 1987 1988 1990 Rat edge 1994 2002

Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) και παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον λόγω των αντικαρκινικών και αντιφλεγμονωδών ιδιοτήτων που έχει

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

14

βρεθεί ότι περιέχει (Cert k a d h m u 1999 Ke y κλπ 2000) Παρά το γεγονός

ότι έχει αναφερθεί χρησιμοποίηση πληθώρας ανανεώσιμων υποστρωμάτων ή

υποστρωμάτων τύπου laquoαποβλήτωνraquo ως πηγών άνθρακα από ελαιογόνους

ζυγομύκητες προκειμένου να παραχθεί λίπος και γ-λινολενικό οξύ (Certik and

Shimizu 1999 Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) το τυρόγαλα

μέχρι στιγμής δεν έχει χρησιμοποιηθεί από μικροοργανισμούς αυτής της κατηγορίας

πιθανώς λόγω της μη-ικανοποιητικής ανάπτυξης αυτών στη λακτόζη (Cert k a d

h m u 1999) Αντίθετα ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 είχε παραχθεί

μικροβιακό λίπος που προσομοίαζε με αυτό του λίπους του κακάο (c c a- butter

subst tute) σε βιομηχανική κλίμακα χρησιμοποιώντας ελαιοπαραγωγούς ζύμες του

είδους Apiotrichum curvatum κατά την καλλιέργεια τους στο τυρόγαλα (Ykema κλπ

1988 1990 Davies κλπ 1990 Davies and Holdsworth 1992 Ratledge 1994

Αγγελής 2007)

148 Χρήσεις της Μονοκυτταρικής Πρωτεΐνης στην ανθρώπινη διατροφή και

στις ζωοτροφές Στη διατροφή των ζώων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται για την πάχυνση των μόσχων για την πάχυνση πουλερικών και

χοίρων Επίσης χρησιμοποιείται στις ζωοτροφές για όρνιθες ωοπαραγωγής καθώς και

για την καλλιέργεια ψαριών Τέλος η μονοκυτταρική πρωτεΐνη χρησιμοποιείται ως

τροφή κατοικίδιων ζώων Στον τομέα των τροφίμων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται ως φορέας αρωμάτων βιταμινών και ως ενισχυτικό

γαλακτωματοποιητών Επίσης χρησιμοποιείται για την βελτίωση της θρεπτικής αξίας

των ψημένων προϊόντων σε σούπες σε έτοιμα γεύματα για σερβίρισμα και σε

συνταγές δίαιτας

149 Παραγωγή Μονοκυτταρικής Πρωτείνης (SCP) Ο όρος laquo πρωτεΐνες μονο-

κυττάρωνraquo (SCP) επινοήθηκε από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης το

1966 και συνηθίζεται σήμερα να αναφέρεται ως μικροβιακή βιομάζα

χρησιμοποιούμενη ως τρόφιμο και ως πρόσθετο τροφίμων Ακόμα η απομονωμένη

κυτταρική πρωτεΐνη ή τα ολικά κυτταρικά συστατικά μπορούν να καλούνται SCP

Επίσης ο όρος μονοκυτταρική πρωτεΐνη αναφέρεται σε αποξηραμένα κύτταρα

μικροοργανισμών όπως πλαγκτόν ακτινομυκήτων βακτηρίων ζυμομυκήτων και

μυκήτων που αναπτύσσονται σε μεγάλη κλίμακα για να χρησιμοποιηθούν ως πηγές

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

15

πρωτεϊνών στην τροφή των ανθρώπων ή ζώων Αν και οι μικροοργανισμοί αυτοί

αναπτύσσονται για τις πρωτεΐνες τους τα κύτταρά τους περιέχουν επίσης

υδατάνθρακες λιπίδια βιταμίνες ιχνοστοιχεία και νουκλεiumlκά οξέα

Δεν είναι παράξενο ότι οι μικροοργανισμοί έχουν χρησιμοποιηθεί ως συστατικά

τροφών από τους αρχαίους χρόνους Για παράδειγμα οι ζυμομύκητες

χρησιμοποιούνται εδώ και πολλούς αιώνες για την παρασκευή του ψωμιού Επίσης

τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιούνται γα την παρασκευή τυριού και

αλλαντικών Γύρω από το 1900 στην Αμερική η φυγοκέντρηση χρησιμοποιήθηκε για

τον διαχωρισμό των κυττάρων της ζύμης από το μέσον καλλιέργειας

Η πρώτη παραγωγή πρωτεϊνών από μονοκύτταρους οργανισμούς έγινε στη Γερμανία

κατά την διάρκεια του Αrsquo παγκοσμίου πολέμου όταν ο ζυμομύκητας Saccharomyces

cerevisiae αναπτύχθηκε με μελάσα για πηγή άνθρακα και άλατα αμμωνίου για πηγή

αζώτου Κατά τη διάρκεια του Βrsquo παγκοσμίου πολέμου η τεχνολογία των

βιοαντιδραστήρων είχε αρχίσει να αναπτύσσεται με άμεση εφαρμογή στη μαζική

παραγωγή μικροβιακών κυττάρων Σήμερα με τις τεχνικές διήθησης του υγρού

καλλιέργειας από ειδικά φίλτρα έχει ελαττωθεί κατά πολύ το κόστος μια και η

φυγοκέντρηση δεν είναι πλέον αναγκαία

Πολλά ακατέργαστα υλικά θεωρήθηκαν ως πηγή τροφής των κυττάρων για την

παραγωγή των πρωτεϊνών μονοκυττάρων Στις περισσότερες περιπτώσεις τα

ακατέργαστα υλικά πρέπει να τροποποιηθούν με φυσικούς χημικούς ή ενζυμικούς

τρόπους

Πηγή κυτταρίνης όπως τα ξύλα και άχυρα που αποτελούνται από το σύμπλοκο

λιγνίνης-κυτταρίνης δεν υδρολύονται εύκολα με ένζυμα ή οξέα για να

απελευθερώσουν σάκχαρα Στο παρακάτω σχήμα 5 περιγράφεται σχηματικά η

διαδικασία παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτείνης από κόκκους κεφίρ (μίγμα

γαλακτικών βακτηρίων και ζυμών Kluyveromyces)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

16

Σχήμα 5 Διάγραμμα παραγωγής SCP από κόκκους κεφίρ

1410 Σύσταση και διατροφική αξία της Μονοκυτταρικής πρωτείνης Η

θρεπτική αξία των τροφίμων από μονοκυτταρική πρωτεΐνη ποικίλει ανάλογα με την

χρήση των μικροοργανισμών Η μέθοδος της συγκομιδής της αποξήρανσης και της

επεξεργασίας έχει επίδραση στην θρεπτική αξία του τελικού προϊόντος Η θρεπτική

αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι η εξής

1 Μπορεί να καλλιεργηθεί σε μη τρόφιμα (υπόστρωμα)

2 Το ξηρό βάρος των μικροοργανισμών περιέχει 60-70 πρωτεΐνη

3 Έχει εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα αναπαραγωγής δηλαδή έχει

γρήγορο ρυθμό πολλαπλασιασμού

4 Έχει υψηλή περιεκτικότητα στο σύμπλεγμα βιταμινών Β

5 Περιέχει θειαμίνη ριβοφλαβίνη γλουταθειόνη φολικό οξύ κλπ

Η ενδεικτική σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτείνης

περιγράφεται στους πίνακες 2-4

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

17

Πίνακας 2 Σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης σε

διαφορετικά είδη μικροοργανισμών(Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Συστατικά Μύκητες Άλγη Ζύμες Βακτήρια

Πρωτεΐνες 30-45 40-60 45-55 50-65

Λιπίδια 2-8 7-20 2-6 15-3

Τέφρα 9-14 8-10 5-95 3-7

Νουκλεΐκό οξύ 7-10 3-8 6-12 8-12

Πίνακας 3 Αμινοξέα της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida utilis

(g αμινοξέων100g πρωτεΐνης) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Αμινοξέα Candida utilis

Ασπαρτικό οξύ 132 plusmn 012

Θρεονίνη 060 plusmn 005

Σερίνη 064 plusmn 004

Γλουταμινικό οξύ 320 plusmn 02

Προλίνη 074 plusmn 0045

Γλυκίνη 075 plusmn 006

Αλανίνη 118 plusmn 012

Βαλίνη 054 plusmn 004

Μεθειονίνη 044 plusmn 0032

Ισολευκίνη 081 plusmn 0045

Λευκίνη 144 plusmn 012

Τυροσίνη 086 plusmn 0054

Φαινυλαλανίνη 098 plusmn 0057

Λυσίνη 124 plusmn 011

Ιστιδίνη 019 plusmn 0012

Αργινίνη 082 plusmn 0045

Πίνακας 4 Περιεκτικότητα βιταμινών μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida

utilis (mg100g ξηρού βάρους) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Βιταμίνες Candida utilis

Θειαμίνη 053

Ριβοφλαβίνη 450

Νιασίνη 4173

Πυριδοξίνη 334

Παντοθενικό οξύ 372

Χολίνη -

Φολικό οξύ 215

Ινοσιτόλη -

Βιοτίνη 023

Βιταμίνη Β12 0

Ρ-αμινοβενζοiumlκό οξύ 17

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 14: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

13

147 Χρήση των αποβλήτων τυροκομείου ως υπόστρωμα ζύμωσης Μια από τις

κύριες οδούς αξιοποίησης του τυρογάλακτος σχετίζεται με τη ζύμωση αυτού προς

παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας (γαλακτικό οξύ αιθυλική

αλκοόλη βιταμίνες β- γαλακτοσιδάση ξύδι βιομάζα μικροβιακό λίπος) (Αγγελής

2007) Ειδικότερα το τυρόγαλα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως θρεπτικό μέσο για την

ανάπτυξη μικροοργανισμών (πχ γένη Kluyveromyces Candida Trichosporum

Torula) που δίδουν βιομάζα που περιέχει πρωτείνη υψηλής βιολογικής αξίας

(πλούσια σε απαραίτητα αμινοξέα) την αποκαλούμενη laquoμονοκυτταρική πρωτείνηraquo

Σε σύγκριση με τα φυτά οι μικροοργανισμοί εμφανίζουν σημαντικά υψηλότερους

ειδικούς ρυθμούς ανάπτυξης και υψηλότερη συγκέντρωση πρωτεΐνης στην

παραγόμενη βιομάζα που σε πολλές περιπτώσεις φτάνει το 80 (ββ) επί ξηρής

μάζας (Αγγελής 2007) Ενδεικτικά αναφέρεται ότι ήδη στη Γαλλία (Εταιρεία

laquoFr mager es Le Be raquo) παράγεται υψηλής αξίας μονοκυτταρική πρωτεΐνη κατά την

ανάπτυξη μυκήτων του είδους Kluyveromyces fragilis σε τυρόγαλα σε βιομηχανική

κλίμακα το δε παραγόμενο προϊόν χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία στη διατροφή

του ανθρώπου (Αγγελής 2007) Η χρησιμοποίηση των δυνάμενων να παράξουν

ενδοκυτταρικό λίπος μικροοργανισμών ( eag us ή -bearing microorganisms)

έχει ήδη αναφερθεί από το δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο επισταμένη όμως μελέτη των

μικροοργανισμών αυτών πραγματοποιείται τα τελευταία 35 χρόνια (Agge s κλπ

1987 1988 1990 Ratledge 1994 2002 Certik and Shimizu 1999 Ratledge κλπ

2005 Αγγελής 2007) Το ενδιαφέρον για την παραγωγή των λιπιδίων αυτών

καλουμένων και μικροβιακών ή μονοκυτταρικών λιπιδίων (m cr b a s ή s g e ce

s) είναι μεγάλη καθώς αποτελούν πηγή σημαντικών λιπαρών οξέων που δεν

συναντάμε συχνά στη φύση Αυτά τα λιπαρά οξέα χρησιμοποιούνται στην κλινική

διατροφή και ως πρώτες ύλες για την παρασκευή ειδικών τροφών και καλλυντικών

(Rat edge 1994 Rat edge κλπ 2005 Αγγελής 2007)

Ιδιαίτερο ενδιαφέρον εστιάζεται στο γ-λινολενικό οξύ ( LA Δ6912C183) ένα

λιπαρό οξύ το οποίο παράγεται κατά κύριο λόγο ως μεταβολικό προϊόν από τους

ελαιογόνους ζυγομύκητες (Agge s κλπ 1987 1988 1990 Rat edge 1994 2002

Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) και παρουσιάζει ιδιαίτερο

ενδιαφέρον λόγω των αντικαρκινικών και αντιφλεγμονωδών ιδιοτήτων που έχει

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

14

βρεθεί ότι περιέχει (Cert k a d h m u 1999 Ke y κλπ 2000) Παρά το γεγονός

ότι έχει αναφερθεί χρησιμοποίηση πληθώρας ανανεώσιμων υποστρωμάτων ή

υποστρωμάτων τύπου laquoαποβλήτωνraquo ως πηγών άνθρακα από ελαιογόνους

ζυγομύκητες προκειμένου να παραχθεί λίπος και γ-λινολενικό οξύ (Certik and

Shimizu 1999 Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) το τυρόγαλα

μέχρι στιγμής δεν έχει χρησιμοποιηθεί από μικροοργανισμούς αυτής της κατηγορίας

πιθανώς λόγω της μη-ικανοποιητικής ανάπτυξης αυτών στη λακτόζη (Cert k a d

h m u 1999) Αντίθετα ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 είχε παραχθεί

μικροβιακό λίπος που προσομοίαζε με αυτό του λίπους του κακάο (c c a- butter

subst tute) σε βιομηχανική κλίμακα χρησιμοποιώντας ελαιοπαραγωγούς ζύμες του

είδους Apiotrichum curvatum κατά την καλλιέργεια τους στο τυρόγαλα (Ykema κλπ

1988 1990 Davies κλπ 1990 Davies and Holdsworth 1992 Ratledge 1994

Αγγελής 2007)

148 Χρήσεις της Μονοκυτταρικής Πρωτεΐνης στην ανθρώπινη διατροφή και

στις ζωοτροφές Στη διατροφή των ζώων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται για την πάχυνση των μόσχων για την πάχυνση πουλερικών και

χοίρων Επίσης χρησιμοποιείται στις ζωοτροφές για όρνιθες ωοπαραγωγής καθώς και

για την καλλιέργεια ψαριών Τέλος η μονοκυτταρική πρωτεΐνη χρησιμοποιείται ως

τροφή κατοικίδιων ζώων Στον τομέα των τροφίμων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται ως φορέας αρωμάτων βιταμινών και ως ενισχυτικό

γαλακτωματοποιητών Επίσης χρησιμοποιείται για την βελτίωση της θρεπτικής αξίας

των ψημένων προϊόντων σε σούπες σε έτοιμα γεύματα για σερβίρισμα και σε

συνταγές δίαιτας

149 Παραγωγή Μονοκυτταρικής Πρωτείνης (SCP) Ο όρος laquo πρωτεΐνες μονο-

κυττάρωνraquo (SCP) επινοήθηκε από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης το

1966 και συνηθίζεται σήμερα να αναφέρεται ως μικροβιακή βιομάζα

χρησιμοποιούμενη ως τρόφιμο και ως πρόσθετο τροφίμων Ακόμα η απομονωμένη

κυτταρική πρωτεΐνη ή τα ολικά κυτταρικά συστατικά μπορούν να καλούνται SCP

Επίσης ο όρος μονοκυτταρική πρωτεΐνη αναφέρεται σε αποξηραμένα κύτταρα

μικροοργανισμών όπως πλαγκτόν ακτινομυκήτων βακτηρίων ζυμομυκήτων και

μυκήτων που αναπτύσσονται σε μεγάλη κλίμακα για να χρησιμοποιηθούν ως πηγές

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

15

πρωτεϊνών στην τροφή των ανθρώπων ή ζώων Αν και οι μικροοργανισμοί αυτοί

αναπτύσσονται για τις πρωτεΐνες τους τα κύτταρά τους περιέχουν επίσης

υδατάνθρακες λιπίδια βιταμίνες ιχνοστοιχεία και νουκλεiumlκά οξέα

Δεν είναι παράξενο ότι οι μικροοργανισμοί έχουν χρησιμοποιηθεί ως συστατικά

τροφών από τους αρχαίους χρόνους Για παράδειγμα οι ζυμομύκητες

χρησιμοποιούνται εδώ και πολλούς αιώνες για την παρασκευή του ψωμιού Επίσης

τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιούνται γα την παρασκευή τυριού και

αλλαντικών Γύρω από το 1900 στην Αμερική η φυγοκέντρηση χρησιμοποιήθηκε για

τον διαχωρισμό των κυττάρων της ζύμης από το μέσον καλλιέργειας

Η πρώτη παραγωγή πρωτεϊνών από μονοκύτταρους οργανισμούς έγινε στη Γερμανία

κατά την διάρκεια του Αrsquo παγκοσμίου πολέμου όταν ο ζυμομύκητας Saccharomyces

cerevisiae αναπτύχθηκε με μελάσα για πηγή άνθρακα και άλατα αμμωνίου για πηγή

αζώτου Κατά τη διάρκεια του Βrsquo παγκοσμίου πολέμου η τεχνολογία των

βιοαντιδραστήρων είχε αρχίσει να αναπτύσσεται με άμεση εφαρμογή στη μαζική

παραγωγή μικροβιακών κυττάρων Σήμερα με τις τεχνικές διήθησης του υγρού

καλλιέργειας από ειδικά φίλτρα έχει ελαττωθεί κατά πολύ το κόστος μια και η

φυγοκέντρηση δεν είναι πλέον αναγκαία

Πολλά ακατέργαστα υλικά θεωρήθηκαν ως πηγή τροφής των κυττάρων για την

παραγωγή των πρωτεϊνών μονοκυττάρων Στις περισσότερες περιπτώσεις τα

ακατέργαστα υλικά πρέπει να τροποποιηθούν με φυσικούς χημικούς ή ενζυμικούς

τρόπους

Πηγή κυτταρίνης όπως τα ξύλα και άχυρα που αποτελούνται από το σύμπλοκο

λιγνίνης-κυτταρίνης δεν υδρολύονται εύκολα με ένζυμα ή οξέα για να

απελευθερώσουν σάκχαρα Στο παρακάτω σχήμα 5 περιγράφεται σχηματικά η

διαδικασία παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτείνης από κόκκους κεφίρ (μίγμα

γαλακτικών βακτηρίων και ζυμών Kluyveromyces)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

16

Σχήμα 5 Διάγραμμα παραγωγής SCP από κόκκους κεφίρ

1410 Σύσταση και διατροφική αξία της Μονοκυτταρικής πρωτείνης Η

θρεπτική αξία των τροφίμων από μονοκυτταρική πρωτεΐνη ποικίλει ανάλογα με την

χρήση των μικροοργανισμών Η μέθοδος της συγκομιδής της αποξήρανσης και της

επεξεργασίας έχει επίδραση στην θρεπτική αξία του τελικού προϊόντος Η θρεπτική

αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι η εξής

1 Μπορεί να καλλιεργηθεί σε μη τρόφιμα (υπόστρωμα)

2 Το ξηρό βάρος των μικροοργανισμών περιέχει 60-70 πρωτεΐνη

3 Έχει εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα αναπαραγωγής δηλαδή έχει

γρήγορο ρυθμό πολλαπλασιασμού

4 Έχει υψηλή περιεκτικότητα στο σύμπλεγμα βιταμινών Β

5 Περιέχει θειαμίνη ριβοφλαβίνη γλουταθειόνη φολικό οξύ κλπ

Η ενδεικτική σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτείνης

περιγράφεται στους πίνακες 2-4

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

17

Πίνακας 2 Σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης σε

διαφορετικά είδη μικροοργανισμών(Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Συστατικά Μύκητες Άλγη Ζύμες Βακτήρια

Πρωτεΐνες 30-45 40-60 45-55 50-65

Λιπίδια 2-8 7-20 2-6 15-3

Τέφρα 9-14 8-10 5-95 3-7

Νουκλεΐκό οξύ 7-10 3-8 6-12 8-12

Πίνακας 3 Αμινοξέα της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida utilis

(g αμινοξέων100g πρωτεΐνης) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Αμινοξέα Candida utilis

Ασπαρτικό οξύ 132 plusmn 012

Θρεονίνη 060 plusmn 005

Σερίνη 064 plusmn 004

Γλουταμινικό οξύ 320 plusmn 02

Προλίνη 074 plusmn 0045

Γλυκίνη 075 plusmn 006

Αλανίνη 118 plusmn 012

Βαλίνη 054 plusmn 004

Μεθειονίνη 044 plusmn 0032

Ισολευκίνη 081 plusmn 0045

Λευκίνη 144 plusmn 012

Τυροσίνη 086 plusmn 0054

Φαινυλαλανίνη 098 plusmn 0057

Λυσίνη 124 plusmn 011

Ιστιδίνη 019 plusmn 0012

Αργινίνη 082 plusmn 0045

Πίνακας 4 Περιεκτικότητα βιταμινών μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida

utilis (mg100g ξηρού βάρους) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Βιταμίνες Candida utilis

Θειαμίνη 053

Ριβοφλαβίνη 450

Νιασίνη 4173

Πυριδοξίνη 334

Παντοθενικό οξύ 372

Χολίνη -

Φολικό οξύ 215

Ινοσιτόλη -

Βιοτίνη 023

Βιταμίνη Β12 0

Ρ-αμινοβενζοiumlκό οξύ 17

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 15: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

14

βρεθεί ότι περιέχει (Cert k a d h m u 1999 Ke y κλπ 2000) Παρά το γεγονός

ότι έχει αναφερθεί χρησιμοποίηση πληθώρας ανανεώσιμων υποστρωμάτων ή

υποστρωμάτων τύπου laquoαποβλήτωνraquo ως πηγών άνθρακα από ελαιογόνους

ζυγομύκητες προκειμένου να παραχθεί λίπος και γ-λινολενικό οξύ (Certik and

Shimizu 1999 Fakas κλπ 2006 2007 2008α 2008β Αγγελής 2007) το τυρόγαλα

μέχρι στιγμής δεν έχει χρησιμοποιηθεί από μικροοργανισμούς αυτής της κατηγορίας

πιθανώς λόγω της μη-ικανοποιητικής ανάπτυξης αυτών στη λακτόζη (Cert k a d

h m u 1999) Αντίθετα ήδη από τις αρχές της δεκαετίας του 1990 είχε παραχθεί

μικροβιακό λίπος που προσομοίαζε με αυτό του λίπους του κακάο (c c a- butter

subst tute) σε βιομηχανική κλίμακα χρησιμοποιώντας ελαιοπαραγωγούς ζύμες του

είδους Apiotrichum curvatum κατά την καλλιέργεια τους στο τυρόγαλα (Ykema κλπ

1988 1990 Davies κλπ 1990 Davies and Holdsworth 1992 Ratledge 1994

Αγγελής 2007)

148 Χρήσεις της Μονοκυτταρικής Πρωτεΐνης στην ανθρώπινη διατροφή και

στις ζωοτροφές Στη διατροφή των ζώων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται για την πάχυνση των μόσχων για την πάχυνση πουλερικών και

χοίρων Επίσης χρησιμοποιείται στις ζωοτροφές για όρνιθες ωοπαραγωγής καθώς και

για την καλλιέργεια ψαριών Τέλος η μονοκυτταρική πρωτεΐνη χρησιμοποιείται ως

τροφή κατοικίδιων ζώων Στον τομέα των τροφίμων η μονοκυτταρική πρωτεΐνη

χρησιμοποιείται ως φορέας αρωμάτων βιταμινών και ως ενισχυτικό

γαλακτωματοποιητών Επίσης χρησιμοποιείται για την βελτίωση της θρεπτικής αξίας

των ψημένων προϊόντων σε σούπες σε έτοιμα γεύματα για σερβίρισμα και σε

συνταγές δίαιτας

149 Παραγωγή Μονοκυτταρικής Πρωτείνης (SCP) Ο όρος laquo πρωτεΐνες μονο-

κυττάρωνraquo (SCP) επινοήθηκε από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης το

1966 και συνηθίζεται σήμερα να αναφέρεται ως μικροβιακή βιομάζα

χρησιμοποιούμενη ως τρόφιμο και ως πρόσθετο τροφίμων Ακόμα η απομονωμένη

κυτταρική πρωτεΐνη ή τα ολικά κυτταρικά συστατικά μπορούν να καλούνται SCP

Επίσης ο όρος μονοκυτταρική πρωτεΐνη αναφέρεται σε αποξηραμένα κύτταρα

μικροοργανισμών όπως πλαγκτόν ακτινομυκήτων βακτηρίων ζυμομυκήτων και

μυκήτων που αναπτύσσονται σε μεγάλη κλίμακα για να χρησιμοποιηθούν ως πηγές

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

15

πρωτεϊνών στην τροφή των ανθρώπων ή ζώων Αν και οι μικροοργανισμοί αυτοί

αναπτύσσονται για τις πρωτεΐνες τους τα κύτταρά τους περιέχουν επίσης

υδατάνθρακες λιπίδια βιταμίνες ιχνοστοιχεία και νουκλεiumlκά οξέα

Δεν είναι παράξενο ότι οι μικροοργανισμοί έχουν χρησιμοποιηθεί ως συστατικά

τροφών από τους αρχαίους χρόνους Για παράδειγμα οι ζυμομύκητες

χρησιμοποιούνται εδώ και πολλούς αιώνες για την παρασκευή του ψωμιού Επίσης

τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιούνται γα την παρασκευή τυριού και

αλλαντικών Γύρω από το 1900 στην Αμερική η φυγοκέντρηση χρησιμοποιήθηκε για

τον διαχωρισμό των κυττάρων της ζύμης από το μέσον καλλιέργειας

Η πρώτη παραγωγή πρωτεϊνών από μονοκύτταρους οργανισμούς έγινε στη Γερμανία

κατά την διάρκεια του Αrsquo παγκοσμίου πολέμου όταν ο ζυμομύκητας Saccharomyces

cerevisiae αναπτύχθηκε με μελάσα για πηγή άνθρακα και άλατα αμμωνίου για πηγή

αζώτου Κατά τη διάρκεια του Βrsquo παγκοσμίου πολέμου η τεχνολογία των

βιοαντιδραστήρων είχε αρχίσει να αναπτύσσεται με άμεση εφαρμογή στη μαζική

παραγωγή μικροβιακών κυττάρων Σήμερα με τις τεχνικές διήθησης του υγρού

καλλιέργειας από ειδικά φίλτρα έχει ελαττωθεί κατά πολύ το κόστος μια και η

φυγοκέντρηση δεν είναι πλέον αναγκαία

Πολλά ακατέργαστα υλικά θεωρήθηκαν ως πηγή τροφής των κυττάρων για την

παραγωγή των πρωτεϊνών μονοκυττάρων Στις περισσότερες περιπτώσεις τα

ακατέργαστα υλικά πρέπει να τροποποιηθούν με φυσικούς χημικούς ή ενζυμικούς

τρόπους

Πηγή κυτταρίνης όπως τα ξύλα και άχυρα που αποτελούνται από το σύμπλοκο

λιγνίνης-κυτταρίνης δεν υδρολύονται εύκολα με ένζυμα ή οξέα για να

απελευθερώσουν σάκχαρα Στο παρακάτω σχήμα 5 περιγράφεται σχηματικά η

διαδικασία παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτείνης από κόκκους κεφίρ (μίγμα

γαλακτικών βακτηρίων και ζυμών Kluyveromyces)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

16

Σχήμα 5 Διάγραμμα παραγωγής SCP από κόκκους κεφίρ

1410 Σύσταση και διατροφική αξία της Μονοκυτταρικής πρωτείνης Η

θρεπτική αξία των τροφίμων από μονοκυτταρική πρωτεΐνη ποικίλει ανάλογα με την

χρήση των μικροοργανισμών Η μέθοδος της συγκομιδής της αποξήρανσης και της

επεξεργασίας έχει επίδραση στην θρεπτική αξία του τελικού προϊόντος Η θρεπτική

αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι η εξής

1 Μπορεί να καλλιεργηθεί σε μη τρόφιμα (υπόστρωμα)

2 Το ξηρό βάρος των μικροοργανισμών περιέχει 60-70 πρωτεΐνη

3 Έχει εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα αναπαραγωγής δηλαδή έχει

γρήγορο ρυθμό πολλαπλασιασμού

4 Έχει υψηλή περιεκτικότητα στο σύμπλεγμα βιταμινών Β

5 Περιέχει θειαμίνη ριβοφλαβίνη γλουταθειόνη φολικό οξύ κλπ

Η ενδεικτική σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτείνης

περιγράφεται στους πίνακες 2-4

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

17

Πίνακας 2 Σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης σε

διαφορετικά είδη μικροοργανισμών(Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Συστατικά Μύκητες Άλγη Ζύμες Βακτήρια

Πρωτεΐνες 30-45 40-60 45-55 50-65

Λιπίδια 2-8 7-20 2-6 15-3

Τέφρα 9-14 8-10 5-95 3-7

Νουκλεΐκό οξύ 7-10 3-8 6-12 8-12

Πίνακας 3 Αμινοξέα της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida utilis

(g αμινοξέων100g πρωτεΐνης) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Αμινοξέα Candida utilis

Ασπαρτικό οξύ 132 plusmn 012

Θρεονίνη 060 plusmn 005

Σερίνη 064 plusmn 004

Γλουταμινικό οξύ 320 plusmn 02

Προλίνη 074 plusmn 0045

Γλυκίνη 075 plusmn 006

Αλανίνη 118 plusmn 012

Βαλίνη 054 plusmn 004

Μεθειονίνη 044 plusmn 0032

Ισολευκίνη 081 plusmn 0045

Λευκίνη 144 plusmn 012

Τυροσίνη 086 plusmn 0054

Φαινυλαλανίνη 098 plusmn 0057

Λυσίνη 124 plusmn 011

Ιστιδίνη 019 plusmn 0012

Αργινίνη 082 plusmn 0045

Πίνακας 4 Περιεκτικότητα βιταμινών μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida

utilis (mg100g ξηρού βάρους) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Βιταμίνες Candida utilis

Θειαμίνη 053

Ριβοφλαβίνη 450

Νιασίνη 4173

Πυριδοξίνη 334

Παντοθενικό οξύ 372

Χολίνη -

Φολικό οξύ 215

Ινοσιτόλη -

Βιοτίνη 023

Βιταμίνη Β12 0

Ρ-αμινοβενζοiumlκό οξύ 17

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 16: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

15

πρωτεϊνών στην τροφή των ανθρώπων ή ζώων Αν και οι μικροοργανισμοί αυτοί

αναπτύσσονται για τις πρωτεΐνες τους τα κύτταρά τους περιέχουν επίσης

υδατάνθρακες λιπίδια βιταμίνες ιχνοστοιχεία και νουκλεiumlκά οξέα

Δεν είναι παράξενο ότι οι μικροοργανισμοί έχουν χρησιμοποιηθεί ως συστατικά

τροφών από τους αρχαίους χρόνους Για παράδειγμα οι ζυμομύκητες

χρησιμοποιούνται εδώ και πολλούς αιώνες για την παρασκευή του ψωμιού Επίσης

τα βακτήρια του γαλακτικού οξέος χρησιμοποιούνται γα την παρασκευή τυριού και

αλλαντικών Γύρω από το 1900 στην Αμερική η φυγοκέντρηση χρησιμοποιήθηκε για

τον διαχωρισμό των κυττάρων της ζύμης από το μέσον καλλιέργειας

Η πρώτη παραγωγή πρωτεϊνών από μονοκύτταρους οργανισμούς έγινε στη Γερμανία

κατά την διάρκεια του Αrsquo παγκοσμίου πολέμου όταν ο ζυμομύκητας Saccharomyces

cerevisiae αναπτύχθηκε με μελάσα για πηγή άνθρακα και άλατα αμμωνίου για πηγή

αζώτου Κατά τη διάρκεια του Βrsquo παγκοσμίου πολέμου η τεχνολογία των

βιοαντιδραστήρων είχε αρχίσει να αναπτύσσεται με άμεση εφαρμογή στη μαζική

παραγωγή μικροβιακών κυττάρων Σήμερα με τις τεχνικές διήθησης του υγρού

καλλιέργειας από ειδικά φίλτρα έχει ελαττωθεί κατά πολύ το κόστος μια και η

φυγοκέντρηση δεν είναι πλέον αναγκαία

Πολλά ακατέργαστα υλικά θεωρήθηκαν ως πηγή τροφής των κυττάρων για την

παραγωγή των πρωτεϊνών μονοκυττάρων Στις περισσότερες περιπτώσεις τα

ακατέργαστα υλικά πρέπει να τροποποιηθούν με φυσικούς χημικούς ή ενζυμικούς

τρόπους

Πηγή κυτταρίνης όπως τα ξύλα και άχυρα που αποτελούνται από το σύμπλοκο

λιγνίνης-κυτταρίνης δεν υδρολύονται εύκολα με ένζυμα ή οξέα για να

απελευθερώσουν σάκχαρα Στο παρακάτω σχήμα 5 περιγράφεται σχηματικά η

διαδικασία παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτείνης από κόκκους κεφίρ (μίγμα

γαλακτικών βακτηρίων και ζυμών Kluyveromyces)

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

16

Σχήμα 5 Διάγραμμα παραγωγής SCP από κόκκους κεφίρ

1410 Σύσταση και διατροφική αξία της Μονοκυτταρικής πρωτείνης Η

θρεπτική αξία των τροφίμων από μονοκυτταρική πρωτεΐνη ποικίλει ανάλογα με την

χρήση των μικροοργανισμών Η μέθοδος της συγκομιδής της αποξήρανσης και της

επεξεργασίας έχει επίδραση στην θρεπτική αξία του τελικού προϊόντος Η θρεπτική

αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι η εξής

1 Μπορεί να καλλιεργηθεί σε μη τρόφιμα (υπόστρωμα)

2 Το ξηρό βάρος των μικροοργανισμών περιέχει 60-70 πρωτεΐνη

3 Έχει εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα αναπαραγωγής δηλαδή έχει

γρήγορο ρυθμό πολλαπλασιασμού

4 Έχει υψηλή περιεκτικότητα στο σύμπλεγμα βιταμινών Β

5 Περιέχει θειαμίνη ριβοφλαβίνη γλουταθειόνη φολικό οξύ κλπ

Η ενδεικτική σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτείνης

περιγράφεται στους πίνακες 2-4

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

17

Πίνακας 2 Σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης σε

διαφορετικά είδη μικροοργανισμών(Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Συστατικά Μύκητες Άλγη Ζύμες Βακτήρια

Πρωτεΐνες 30-45 40-60 45-55 50-65

Λιπίδια 2-8 7-20 2-6 15-3

Τέφρα 9-14 8-10 5-95 3-7

Νουκλεΐκό οξύ 7-10 3-8 6-12 8-12

Πίνακας 3 Αμινοξέα της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida utilis

(g αμινοξέων100g πρωτεΐνης) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Αμινοξέα Candida utilis

Ασπαρτικό οξύ 132 plusmn 012

Θρεονίνη 060 plusmn 005

Σερίνη 064 plusmn 004

Γλουταμινικό οξύ 320 plusmn 02

Προλίνη 074 plusmn 0045

Γλυκίνη 075 plusmn 006

Αλανίνη 118 plusmn 012

Βαλίνη 054 plusmn 004

Μεθειονίνη 044 plusmn 0032

Ισολευκίνη 081 plusmn 0045

Λευκίνη 144 plusmn 012

Τυροσίνη 086 plusmn 0054

Φαινυλαλανίνη 098 plusmn 0057

Λυσίνη 124 plusmn 011

Ιστιδίνη 019 plusmn 0012

Αργινίνη 082 plusmn 0045

Πίνακας 4 Περιεκτικότητα βιταμινών μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida

utilis (mg100g ξηρού βάρους) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Βιταμίνες Candida utilis

Θειαμίνη 053

Ριβοφλαβίνη 450

Νιασίνη 4173

Πυριδοξίνη 334

Παντοθενικό οξύ 372

Χολίνη -

Φολικό οξύ 215

Ινοσιτόλη -

Βιοτίνη 023

Βιταμίνη Β12 0

Ρ-αμινοβενζοiumlκό οξύ 17

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 17: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

16

Σχήμα 5 Διάγραμμα παραγωγής SCP από κόκκους κεφίρ

1410 Σύσταση και διατροφική αξία της Μονοκυτταρικής πρωτείνης Η

θρεπτική αξία των τροφίμων από μονοκυτταρική πρωτεΐνη ποικίλει ανάλογα με την

χρήση των μικροοργανισμών Η μέθοδος της συγκομιδής της αποξήρανσης και της

επεξεργασίας έχει επίδραση στην θρεπτική αξία του τελικού προϊόντος Η θρεπτική

αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι η εξής

1 Μπορεί να καλλιεργηθεί σε μη τρόφιμα (υπόστρωμα)

2 Το ξηρό βάρος των μικροοργανισμών περιέχει 60-70 πρωτεΐνη

3 Έχει εξαιρετικά σύντομο χρονικό διάστημα αναπαραγωγής δηλαδή έχει

γρήγορο ρυθμό πολλαπλασιασμού

4 Έχει υψηλή περιεκτικότητα στο σύμπλεγμα βιταμινών Β

5 Περιέχει θειαμίνη ριβοφλαβίνη γλουταθειόνη φολικό οξύ κλπ

Η ενδεικτική σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτείνης

περιγράφεται στους πίνακες 2-4

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

17

Πίνακας 2 Σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης σε

διαφορετικά είδη μικροοργανισμών(Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Συστατικά Μύκητες Άλγη Ζύμες Βακτήρια

Πρωτεΐνες 30-45 40-60 45-55 50-65

Λιπίδια 2-8 7-20 2-6 15-3

Τέφρα 9-14 8-10 5-95 3-7

Νουκλεΐκό οξύ 7-10 3-8 6-12 8-12

Πίνακας 3 Αμινοξέα της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida utilis

(g αμινοξέων100g πρωτεΐνης) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Αμινοξέα Candida utilis

Ασπαρτικό οξύ 132 plusmn 012

Θρεονίνη 060 plusmn 005

Σερίνη 064 plusmn 004

Γλουταμινικό οξύ 320 plusmn 02

Προλίνη 074 plusmn 0045

Γλυκίνη 075 plusmn 006

Αλανίνη 118 plusmn 012

Βαλίνη 054 plusmn 004

Μεθειονίνη 044 plusmn 0032

Ισολευκίνη 081 plusmn 0045

Λευκίνη 144 plusmn 012

Τυροσίνη 086 plusmn 0054

Φαινυλαλανίνη 098 plusmn 0057

Λυσίνη 124 plusmn 011

Ιστιδίνη 019 plusmn 0012

Αργινίνη 082 plusmn 0045

Πίνακας 4 Περιεκτικότητα βιταμινών μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida

utilis (mg100g ξηρού βάρους) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Βιταμίνες Candida utilis

Θειαμίνη 053

Ριβοφλαβίνη 450

Νιασίνη 4173

Πυριδοξίνη 334

Παντοθενικό οξύ 372

Χολίνη -

Φολικό οξύ 215

Ινοσιτόλη -

Βιοτίνη 023

Βιταμίνη Β12 0

Ρ-αμινοβενζοiumlκό οξύ 17

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 18: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

17

Πίνακας 2 Σύσταση και διατροφική αξία της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης σε

διαφορετικά είδη μικροοργανισμών(Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Συστατικά Μύκητες Άλγη Ζύμες Βακτήρια

Πρωτεΐνες 30-45 40-60 45-55 50-65

Λιπίδια 2-8 7-20 2-6 15-3

Τέφρα 9-14 8-10 5-95 3-7

Νουκλεΐκό οξύ 7-10 3-8 6-12 8-12

Πίνακας 3 Αμινοξέα της μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida utilis

(g αμινοξέων100g πρωτεΐνης) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Αμινοξέα Candida utilis

Ασπαρτικό οξύ 132 plusmn 012

Θρεονίνη 060 plusmn 005

Σερίνη 064 plusmn 004

Γλουταμινικό οξύ 320 plusmn 02

Προλίνη 074 plusmn 0045

Γλυκίνη 075 plusmn 006

Αλανίνη 118 plusmn 012

Βαλίνη 054 plusmn 004

Μεθειονίνη 044 plusmn 0032

Ισολευκίνη 081 plusmn 0045

Λευκίνη 144 plusmn 012

Τυροσίνη 086 plusmn 0054

Φαινυλαλανίνη 098 plusmn 0057

Λυσίνη 124 plusmn 011

Ιστιδίνη 019 plusmn 0012

Αργινίνη 082 plusmn 0045

Πίνακας 4 Περιεκτικότητα βιταμινών μονοκυτταρικής πρωτεΐνης από την Candida

utilis (mg100g ξηρού βάρους) (Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute

Professor of Biology at Southeastern College Athens Greece 1986)

Βιταμίνες Candida utilis

Θειαμίνη 053

Ριβοφλαβίνη 450

Νιασίνη 4173

Πυριδοξίνη 334

Παντοθενικό οξύ 372

Χολίνη -

Φολικό οξύ 215

Ινοσιτόλη -

Βιοτίνη 023

Βιταμίνη Β12 0

Ρ-αμινοβενζοiumlκό οξύ 17

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 19: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

18

Πλεονεκτήματα ndash Μειονεκτήματα της Μονοκυτταρικής πρωτεΐνης Τα

πλεονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι μικροοργανισμοί αναπτύσσονται με μεγάλο ρυθμό και έχουν υψηλή

απόδοση Έχει υπολογιστεί ότι 100 λίβρες (περίπου 50 κιλά) της ζύμης

παράγουν περίπου 250 τόνους της πρωτεΐνης μέσα σε 24 ώρες Τα άλγη

που αυξάνονται στις λίμνες παράγουν 20 τόνους (ξηρό βάρος) της

πρωτεΐνης ανά στρέμμαέτος Η απόδοση της πρωτεΐνης είναι 10-15 φορές

υψηλότερη από τη σόγια και 20-50 φορές υψηλότερη από το καλαμπόκι

Τα βιομηχανικά απόβλητα ή τα υποπροϊόντα χρησιμοποιούνται ως πρώτες

ύλες για τους μικροοργανισμούς

Η περιεκτικότητα σε ξηρή πρωτεΐνη είναι αρκετά υψηλή 43- 85 Έχει

υπολογιστεί ότι η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη στα κύτταρα των

μικροοργανισμών είναι περίπου 60 στα ξηρά κύτταρα των Pseudomonas

ssp 40-50 σε κύτταρα ζύμης και 20-40 σε φυκώδη κύτταρα

Οι ζύμες που αυξάνονται σε αυτήν την διαδικασία κατέχουν υψηλή

περιεκτικότητα σε βιταμίνες

Όλα τα βασικά αμινοξέα περιλαμβάνονται στις μονοκύτταρες πρωτεΐνες

Μπορούν εύκολα γενετικά να τροποποιηθούν για την ποικιλία της

σύνθεσης αμινοξέος

Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ευρύ φάσμα των πρώτων υλών ως πηγή

άνθρακα οι οποίες περιλαμβάνουν ακόμη και τα προϊόντα αποβλήτων

Κατά συνέπεια βοηθούν στην αφαίρεση των ρύπων και είναι οικολογικά

ευεργετικές

Μπορούν να παραχθούν σχετικά εύκολα με υψηλή παραγωγικότητα

Τα μειονεκτήματα της παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα εξής

Οι ζύμες παρουσιάζουν το χαμηλότερο ρυθμό ανάπτυξης-αύξησης

χαμηλότερη πρωτεϊνική περιεκτικότητα και χαμηλότερη περιεκτικότητα σε

μεθειονίνη σε σχέση με τα βακτήρια

Οι μύκητες έχουν επίσης τους περιορισμούς τους λόγω των χαμηλότερων

ρυθμών αύξησης και της χαμηλότερης περιεκτικότητας σε πρωτεΐνη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 20: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

19

Τα άλγη έχουν την κυτταρίνη στους κυψελοειδείς τοίχους τους που δεν είναι

εύπεπτοι Συσσωρεύουν επίσης τα βαρέα μέταλλα που μπορούν να

αποδειχθούν επιβλαβή στα ζωντανά όντα

Δεδομένου ότι τα βακτηριακά κύτταρα είναι μικρά στο μέγεθος και έχουν

χαμηλή πυκνότητα η συγκομιδή τους από το ζυμούμενο μέσο γίνεται

δύσκολη και δαπανηρή

Τα βακτηριακά κύτταρα κατέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε νουκλεϊνικό οξύ

που μπορεί να αποδειχθεί επιζήμια για τον άνθρωπο με την αύξηση του

επιπέδου του ουρικού οξέος στο αίμα Τα πρόσθετα βήματα για να

υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα καθιστούν την παραγωγή δαπανηρή

15 Μικροοργανισμοί που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή SCP Οι

βιομηχανίες τροφίμων αποσκοπώντας την καλύτερη αξιοποίηση των αποβλήτων και

τη μείωση του ρυπαντικού φορτίου τα οποία καταλήγουν στο φυσικό περιβάλλον

χρησιμοποιούν διάφορους μικροοργανισμούς για την παραγωγή πρωτεΐνης Οι λόγοι

της χρήσης των μικροοργανισμών αυτών είναι γιατί πολλαπλασιάζονται ταχύτατα

έχουν μικρές απαιτήσεις σε θρεπτική ύλη για να αναπτυχθούν επίσης η θρεπτική ύλη

μπορεί να είναι οτιδήποτε ακόμη και απόβλητα μπορούν να καλλιεργηθούν

οπουδήποτε και τέλος το μεγαλύτερο ποσοστό του ξηρού βάρους είναι πρωτεΐνη Οι

πιο γνωστοί μικροοργανισμοί που έχουν μελετηθεί για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης από υγρά απόβλητα τυροκομείου είναι οι εξής

Ζύμες

Candida utilis boidinii tropicalis versatilis holstii halophila

Saccharomyces cerevisiae uvarum

Rhodotorula glutinis

Kluveromyces marxianus fragilis lactis

Saccharomycopsis lipolitica

Torulopsis utilis

Galactomyces geotrichum

Trichosporon cutaneum

Yarrowia lipolytica

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 21: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

20

Μύκητες

Lentinula edodes

Pleurotus ostreatus spp

Phanerochaete chrysosporium flavido ndash alba

Chalara paradoxa

Aspergillus niger sp

Βακτήρια

Ralstonia sp

Pseudomonas putida

Azotobacter vinelandii

Xanthomonas campestris

Από τις παραπάνω ζύμες η καταλληλότερες για την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτείνης από τυρόγαλο είναι αυτές του γένους Kluyveromyces που παράγει σε

σημαντικές ποσότητες το ένζυμο β-γαλακτοσιδάση το οποίο αποικοδομεί τη λακτόζη

του αποβλήτου Έτσι μπορεί να αναπτύσσεται εύκολα στο συγκεκριμένο υπόστρωμα

151 Οι ζύμες Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis Kluyveromyces

marxianus

Τα δύο αυτά είδη ζυμομυκήτων έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για πλήθος

εφαρμογών μετατροπής της λακτόζης σε άλλες χρήσιμες μη ουσίες Αξιόλογες

ερευνητικές μελέτες έχουν πραγματοποιηθεί για την μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη Αναλυτικότερα η μετατροπή της λακτόζης του

τυρογάλακτος σε αιθανόλη μέσω μικροβιακής ζύμωσης εφαρμόζεται σε αρκετά

μεγάλη κλίμακα όπως η Ιρλανδία οι ΗΠΑ και ιδιαίτερα η Νέα Ζηλανδία όπου το

50 του παραγόμενου τυρογάλακτος οδηγείται στην παραγωγή αιθανόλης (Mawson

1994) Οι ζύμες Kluyveromyces fragilis και Kluyveromyces marxianus είναι οι

συνηθέστερα χρησιμοποιούμενες στη βιομηχανία για αυτόν το σκοπό καθώς

διαθέτουν ένζυμα αποικοδόμησης της λακτόζη και έχουν τη δυνατότητα

βιοσύνθεσης αλκοόλης Σε βιοαντιδραστήρες ελεγχόμενης ζύμωσης (ασυνεχούς-

batch ή ασυνεχούς με τροφοδοσία-fed batch) ο K fragilis αξιοποιεί πάνω από το 95

της λακτόζης του τυρογάλακτος με αποτελεσματικότητα μετατροπής 80 ndash 85

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 22: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

21

της θεωρητικής δυνατής μετατροπής (0538 Kg αιθανόλης Kg λακτόζης) (Mawson

1994 Barba et al 2001) Η αλκοολική ζύμωση με ζύμες Kluyveromyces σε υψηλές

σχετικά θερμοκρασίες έχει επιπλέον το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτείται ψύξη κατά τη

διάρκεια της ζύμωσης (Kourkoutas et al 2002)

Επιπρόσθετα σύμφωνα με τους H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp

A Miclo (1993) μικτές καλλιέργειες Saccharomyces cerevisiae CBS 80 και

Kluyveromyces fragilis χρησιμοποιήθηκαν για τη συνεχή παραγωγή βιομάζας σε

θρεπτικό υπόστρωμα το οποίο περιείχε ορρό γάλακτος και γλυκόζη (WC) ή ορρό

γάλακτος μαλτόζη και γλυκόζη (WGM) Ερευνήθηκε η επίδραση σε δύο

συγκεντρώσεις εκχυλισμάτων ζύμης (0 Ι και 05γρ ) Η συγκέντρωση εκχυλισμάτων

ζύμης επηρεάστηκε από το ποσοστό των αραιώσεων Η παραγωγή τους ποίκιλε από

026 έως 048 gg

Σύμφωνα με τους Moeini H Nahvi I Tavassoli M

(2004) διερευνήθηκε η

δυνατότητας παραγωγής μονοκυτταρικής πρωτεϊνηςή ( CP) και η βιοχημική

αφαίρεση οξυγόνου (BOD) από τον ορρό γάλακτος με τη χρήση μικτών καλλιεργειών

ζύμης Για αυτόν το λόγο 11 διαφορετικά μικροβιακά στελέχη ζυμών απομονώθηκαν

από τα γαλακτοκομικά προϊόντα (M1-M11) και τα στελέχη τους προσδιορίστηκαν

από τις μορφολογικές και φυσιολογικές τους ιδιότητες Αυτά τα στελέχη ζυμών ζύμης

εξετάστηκαν για τη δυνατότητά τους να μειώσουν τη BOD και να παραγάγουν CP

από τον ορρό γάλακτος Μεταξύ αυτών των μικροβιακών στελεχών το K lactis

παρουσίασε τη μεγαλύτερη παραγωγή CP από τον ορρό γάλακτος με την παραγωγή

1179 γαλώνλίτρο με προσθήκη θειικού άλατος αμμωνίου δεδομένου ότι η πηγή

αζώτου είχε μια αυξανόμενη επίδραση στην παραγωγή βιομαζών Επίσης μικτές

καλλιέργειες απομονωμένων στελεχών ζύμης με Saccharomyces cerevisiae

χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να αυξηθεί η παραγωγή βιομάζας και η αφαίρεση

BOD Η υψηλότερη παραγωγή βιομαζας (2238 g ) και η μείωση της αρχικής BOD

από 30000 έως 3450 mg λήφθηκαν με τη χρήση μικτής καλλιέργειας Klactis και S

cerevisiae

Σύμφωνα με τους N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006)

αποπρωτεινομένο και συμπυκνωμένο τυρόγαλα μελετήθηκε για την καταλληλότητά

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 23: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

22

του ως υποστρώματα για την παραγωγή της μονοκύτταρης πρωτεΐνης με τη χρήση

Kluyveromyces marxianus CBS 6556

Τέλος σύμφωνα με τους AWillets and UUgalde (1987) διερευνήθηκε η μετατροπή

του ορρού γάλακτος σε μονοκυτταρική πρωτείνη πρωτεΐνη με τη χρήση ζυμων και

βρέθηκε ότι ο καταλληλότερος οργανισμός ήταν το στέλεχος NCYC 1424 του είδους

Kluyveromyces marxianus Επίσης διαπιστώθηκε ότι η αποδοτικότητα της

μετατροπής ορρού γάλακτος στη βιομάζα επιδρούσε άμεσα με την διαθεσιμότητα

οξυγόνου στο μέσο

153 Η ζύμη Candida utilis

Η ζύμη Candida utilis ανήκει στο βασίλειο μύκητες στο φύλο ασκομύκητες στην

υποκατηγορία Saccharomycotina στην κατηγορία Saccharomycetes στην τάξη

Saccharomycetales στην οικογένεια Saccharomycetaceae στο γένος Candida

Η Candida utilis στην ανενεργό της μορφή (που χαρακτηρίζεται συνήθως ως Torula

yeast) χρησιμοποιείται ευρέως ως αρωματική ουσία στα επεξεργασμένα τρόφιμα και

τα τρόφιμα κατοικίδιων ζώων Παράγεται από τα σάκχαρα ξύλου ως υποπροϊόν της

παραγωγής χαρτιού Είναι παστεριωμένη και ξηραμένη με αέρια ξήρανση για να

παραχθεί μια λεπτή ελαφριά γκριζωπή-καφετιά σκόνη με μια ελαφρώς ζυμώδη

μυρωδιά και προσδίδει μία ελαφριά γεύση κρέατος Αντίθετα από τη ζύμη ζυθοποιίας

και αρτοποιίας η ζύμη Candida utilis έκανε την εμφάνισή της στα τρόφιμα και τις

ζωοτροφές πολύ αργά κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκόσμιου Πολέμου και του

Δεύτερου Παγκόσμιου Πολέμου Η καλύτερη εξήγηση για αυτό είναι ότι η ζύμη

t ru a δεν χρησιμοποιείται για να κάνει τα ψωμιά ή την μπύρα και εμφανίστηκε για

πρώτη φορά όταν υπήρξε μια έλλειψη πρωτεΐνης για να χρησιμοποιηθεί ως

υποπροϊόν που περιέχει τα μεγαλύτερα ποσά πεντοζών Το όνομα t ru a

προέρχεται από το αρχικό όνομα Torulopsis utilis Αργότερα μετονομάστηκε ως

Candid utilis Υπάρχει μεγάλη σύγχυση για την ζύμη torula μερικοί πιστεύουν ότι

είναι μία θρεπτική ζύμη άλλοι πιστεύουν ότι χρησιμοποιείται μόνο σε ζωοτροφές

λίγοι ισχυρίζονται ότι τείνει να μειώσει το βιολογικώς και χημικώς απαιτούμενο

οξυγόνο του υποπροϊόντος που λαμβάνεται από την βιομηχανία χαρτιούmiddot ακόμα

μερικοί άλλοι σκέφτονται ότι χρησιμοποιείται για να αντικαταστήσει το γλουταμινικό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 24: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

23

νάτριο και ως ενισχυτικό γεύσης Εντούτοις πολλοί δεν γνωρίζουν ότι

χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή μελιού και την παραγωγή των ψαριών σε

υδατοκαλλιέργειες Όλες αυτές οι εφαρμογές είναι ακριβείς αλλά είναι σημαντικό να

κατανοηθούν οι διαφορές μεταξύ της ζύμης torula που αναπτύσσεται σε ένα

υποπροϊόν και η ήδη ανεπτυγμένη ζύμη torula σε αποθέματα επεξεργασμένης

ζάχαρης όπως το σιρόπι καλαμποκιού η γλυκόζη ή το οινόπνευμα

Η ποιότητα της ζύμης torula εξαρτάται πάρα πολύ από τα υποστρώματα και τις

μεθόδους παραγωγής που χρησιμοποιούνται Η ζύμη torula χρησιμοποιείται ευρέως

για τους παρακάτω λόγους

Η ζύμη torula είναι σχετικά εύκολο να διατηρηθεί να αναπτυχθεί γρήγορα

έχει τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσει τα σάκχαρα πεντοζών έχει άριστες

θρεπτικές ιδιότητες και έχει γίνει αποδεκτό σε όλο τον κόσμο ως ασφαλές και

θρεπτικό τρόφιμο και ζωοτροφή

Η ζύμη torula περιέχει σχετικά υψηλό ποσοστό νουκλεοτιδίων ειδικά RNA

το οποίο βοηθά στην ενίσχυση της γεύσης Ορισμένες εταιρίες έχουν

απομονώσει τη ζύμη torula με σκοπό να παρασκευάσουν εκχυλίσματα με

εξαιρετικά υψηλό ποσοστό της τάξεως 20 IMP+ MP (μονοφωσφορικό

άλας ινοσιτόλης και μονοφωσφορικό άλας γουανοσίνης) Μπορεί να

χαρακτηριστεί ως εκχύλισμα ζύμης παρέχοντας ακόμα την ισχυρή αρωματική

επίδραση των νουκλεοτιδίων

Η ζύμη torula έχει πολύ ξεκάθαρο γευστικό προφίλ χωρίς πικρήπερίεργη

γεύση όπως το κανονικό εκχύλισμα ζύμης

Λόγω της υψηλής περιεκτικότητας νουκλεοτιδίων η ζύμη torula είναι μία

καλή πηγή τροφής κατοικίδιων ζώων ειδικά για τις γάτες

Μέσω μίας μελέτης παρατηρήθηκε ότι όταν η ζύμη t ru a συμπληρώνεται με

μεθειονίνη τα αποτελέσματα ήταν σχεδόν συγκρίσιμα με αυτήν της καζεΐνης

όταν ταΐζεται στους ενήλικους αρουραίους

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 25: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

24

Οι δύο πιο σοβαροί παράγοντες που εξετάζονται στις ζωικές τροφές είναι η

πρωτεϊνική υδρόλυση (degradab ty) και η πέψη τους στο έντερο Μια μελέτη

διαπίστωσε ότι η πρωτεϊνική υδρόλυση στα πεπτίδια και τα αμινοξέα της

ζύμης t ru a είναι πολύ υψηλότερη (70) έναντι αυτής του κρεατάλευρου

(50) του σογιάλευρου (59) και του ιχθυάλευρου (50) Εντούτοις η

εντερική πεπτικότητα είναι σχετικά χαμηλότερη για τη ζύμη t ru a (87)

έναντι του κρεατάλευρου (90) του σογιάλευρου (98) και του ιχθυάλευρου

(94)

Εικόνα 1 Ζύμη Candida utilis ( ή Torula yeast) σε σκόνη

154 Saccharomyces uvarum Υ-1347 Ο μύκητας Saccharomyces uvarum Υ-1347

χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή μονοκύτταρικής πρωτεϊνικής ( CP) σε θρεπτικό

υπόστρωμα το οποίο περιέχει μελάσα τεύτλων ως μόνη πηγή άνθρακα Σύμφωνα με

τους Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) η αύξηση και η παραγωγή

CP της ζύμης επηρεάστηκαν εμφανώς από τη σύνθεση του θρεπτικού μέσου του

pH της ηλικίας του θρεπτικού υποστρώματος και του ποσοστού ανακίνησης Η

μέγιστη παραγωγή ζύμης και η υψηλή παραγωγή CP επιτεύχθηκαν στο τέλος της

φάσης ανάπτυξης όταν προσαρμόστηκε το αρχικό pH του μέσου σε 7 και η

καλλιέργεια ανακινήθηκε με 250 περιστροφέςλεπτό

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 26: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

25

2 Υλικά και Μέθοδοι

21 Οργάνωση πειράματος

Το τυρόγαλα της εταιρίας Νούσιας αφού χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή

μυζήθρας-μανουριού και άρα απομακρύνθηκε με θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των

πρωτεϊνών ορού χρησιμοποιήθηκε ως υπόστρωμα ζύμωσης για τις ζύμες

Κluyveromyces lactis και Kluyveromyces marxianus προκειμένου να μετατραπούν τα

διαθέσιμα σάκχαρα του αποπρωτεϊνωμένου τυρογάλακτος (απογάλακτος) σε

μονοκυτταρική πρωτείνη και ταυτόχρονα να μειωθεί δραστικά το οργανικό φορτίου

του αποβλήτου με την απομάκρυνση της παραγόμενης βιομάζας Το απόγαλα μετά

την αναθέρμανση και την παραγωγή των πηγμάτων οροπρωτείνης για την παραγωγή

μυζήθρας διηθήθηκε μέσα από τσαντίλες και συντηρήθηκε σε παγολεκάνες 0-4C για

~24 πριν τη χρήση και είχε pH ~60 που ήταν και το αρχικό pH της ζύμωσης Στο

διάστημα της συντήρησης και επεξεργασίας του τυρογάλακτος τα σάκχαρα

μειώθηκαν από ~49 αρχικά σε ~45 πριν τη ζύμωση ενώ οι πρωτείνες ήταν

~03 Οι μικροοργανισμοί συντηρήθηκαν σε στερεό υπόστρωμα Sabourad Dextrose

agar και σε υγρό υπόστρωμα Μalt Extract στους 4C πριν τη χρήση τους σε κάποια

ζύμωση

Τα πειράματα οργανώθηκαν ως εξής

Α Πειράματα σε κωνικές φιάλες

Σε κωνικές φιάλες των 500ml τοποθετήθηκαν 250ml υποστρώματος ζύμωσης και

εμβολιάστηκαν με 10 εμβόλιο (εναιώρημα κυττάρων σε yeast-malt extract 10gl)

Οι μικροοργανισμοί που μελετήθηκαν ως προς την παραγωγή μονοκυτταρικής

πρωτεΐνης ήταν ο Kluyveromyces marxianus και ο Kluyveromyces lactis

προκειμένου να εξεταστεί συγκριτικά η αποτελεσματικότητά τους ως προς την

παραγωγή βιομάζας Χρησιμοποιήθηκε πλήρες αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα

(απόγαλα) που προέκυψε έπειτα από την παραγωγή μυζήθρας και τη διήθιση του

τυρογάλακτος Η θερμοκρασία ζύμωσης ήταν 30C το αρχικό pH ήταν 60 και δεν

ελέγχθηκε κατά την πορεία της ζύμωσης και η ταχύτητα ανάδευσης ήταν 200rpm ή

400rpm Τέλος έγιναν πειράματα με τη χρήση 10gl θειϊκού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

και 10g φωσφορικού αμμωνίου [(NH4)3PO4] καθώς η πηγή αζώτου γενικά αυξάνει

την ανάπτυξη των κυττάρων και την παραγωγή πρωτείνης καθώς και ζυμώσεις με

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 27: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

26

ενδιάμεση τροφοδοσία επιπλέον υποστρώματος (fed-batch) ή με χρήση

συμπυκνωμένου απογάλακτος (συμπύκνωση 21 στο μισό του αρχικού όγκου) με

χρήση μεμβρανών υπερδιήθισης ώστε να αυξηθεί η παραγωγικότητα της ζύμωσης με

τη χρήση επιπλέον υποστρώματος (και ιδιαιτέρα με την αύξηση των διαθέσιμων

σακχάρων)

Επιπλέον η διαδικασία fed-batch πλεονεκτεί διότι με την προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος προκαλεί και αραίωση των παραγόμενων οξέων και αιθανόλης που

ελαττώνουν την παραγωγή βιομάζας

Από την άλλη η ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος ερευνήθηκε καθώς

παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον η δυνατότητα αξιοποίησης συμπυκνωμένου

αποβλήτου που σημαίνει μείωση του απαιτούμενου αποθηκευτικού χώρου

(παγολεκάνες) στο μισό και ευκολότερη διαχείριση του αποβλήτου

To pH των παραπάνω ζυμώσεων δεν ελέγχθηκε με αποτέλεσμα τη σταδιακή πτώση

μέχρι του σημείου 37-40 στο τέλος της κάθε ζύμωσης

Β Πειράματα σε βιοαντιδραστήρα

Χρησιμοποιήθηκε αναδευόμενος βιοαντιδραστήρας 15L τύπου STR (Νew Brunswick

Scientific) όπου μελετήθηκαν σε υπόστρωμα 10 λίτρων οι βέλτιστες συνθήκες που

προέκυψαν από τα πειράματα των κωνικών φιαλών ώστε να επιτευχθεί μια

αριστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης σε ρεαλιστικές συνθήκες παραγωγής σε

βιοαντιδραστήρα

To pH των παραπάνω ζυμώσεων ελέγχθηκε σταθερά στην τιμή 45 που σύμφωνα με

τη βιβλιογραφία είναι προτιμητέο για τη συγκεκριμένη ζύμωση με προσθήκη

διαλυμάτων 1Ν ΝaOH1N H3PO4 Ο αερισμός που εφαρμόστηκε (φιλτραρισμένος

αέρας) κυμάνθηκε από 1-2 vvm Oι παραπάνω βέλτιστες συνθήκες εφαρμόστηκαν σε

απλό (μη συμπυκνωμένο) απόγαλα με προσθήκη επιπλέον 50 του αρχικού όγκου

στις 30 ώρες (ζύμωση fed-batch) καθώς και σε ζύμωση ενός σταδίου (batch) με

προσθήκη όλου του υγρού ζύμωσης στην αρχή της ζύμωσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 28: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

27

22 Εξοπλισμός

Ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε ήταν ο εξής

Επωαστικός αναδευτήρας κωνικών φιαλών (12 θέσεων για κωνικές 500ml)

New Brunswick (Εικόνα 1)

Βιοαντιδραστήρας 15L New Brunswick Bioflo 315 (Εικόνα 1)

Κλίβανος αποστείρωσης Raypa AM-9 75 λίτρων

Πεχάμετρο HANNA pH 210

Ηλεκτρονικός ζυγός ακριβείας Kern 4 δεκαδικών

Υδατόλουτρο Digetol Water Bath 30L (Labtech)

Κλίβανοι επώασης Binder 45L

Θάλαμος νηματικής ροής Telstar

Πιπέτες ρυθμιζόμενου όγκου pluripet Kartell

Επιτραπέζια Φυγόκεντρος Telstar

Φασματοφωτόμετρο διπλής δέσμης Shimadzu

Κλίβανος ξήρανσης Binder

Φορητός μετρητής αερίων Ο2-CO2 με ακίδα

Υδατόλουτρο υπερήχων

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 29: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

28

Εικόνα 2 Επωαστικός αναδευτήρας και βιοαντιδραστήρας New Brunswick που χρησιμοποιήθηκαν

στις ζυμώσεις για παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης

23 Αναλύσεις

Οι μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν και οι αντίστοιχες μέθοδοι ανάλυσης

παρουσιάζονται παρακάτω

Ανάλυση σακχάρων φωτομετρικά με τη μέθοδο του δινιτροσαλυκιλικού οξέος

(Μέθοδος DNS) με βάση πρότυπη καμπύλη διαλυμάτων

Μέτρησης της βιομάζας έπειτα από φυγοκέντρηση του υγρού ζύμωσης (5000

rpm x 30 min) ξήρανση (105C x 18h) και ζύγιση του ιζήματος της ξηρής

βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 30: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

29

Μέτρηση γαλακτικού οξέος (α) στα πειράματα κωνικών φιαλών ογκομετρικά

με εξουδετέρωση με 01 Ν ΝaΟΗ για προσδιορισμό ολικής οξύτητας

εκφρασμένης ως γαλακτικό οξύ gl) και (β) στα πειράματα ζύμωσης σε

βιοαντιδραστήρα όπου μετατράπηκε σε γαλακτικό ασβέστιο με ενζυμικό κιτ

φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού γαλακτικού τύπου Enzytec (R-

Biopharm)

Μέτρηση αιθανόλης με ενζυμικό κιτ φασμαφωτομετρικού προσδιορισμού

γαλακτικού τύπου Enzytec (R-Biopharm)

Μέτρηση αερίων ζύμωσης με αυτόματο αναλυτή αερίων (Ο2-CO2) τύπου PBI

Dansensor με ακίδα ενσωματωμένη σε αναδευόμενη κωνική φιάλη

Μέτρηση της καθαρής πρωτεΐνης της βιομάζας με τη μέθοδο Bradford έπειτα

από λύση σε λουτρό υπερήχων των κυττάρων που καταβυθίστηκαν μετά από

φυγοκέντρηση

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 31: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

30

3 Αποτελέσματα και Συζήτηση

31 Μελέτη καλλιεργειών K lactis και K marxianus σε σχέση με την παραγωγή

βιομάζας

Χρησιμοποιήθηκε απόγαλα (αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα) 100 που προέκυψε μετά

την παρασκευή μυζήθρας και την απομάκρυνση του μεγαλύτερου μέρους των

οροπρωτεϊνών Οι μικροοργανισμοί προήλθαν από την γερμανική τράπεζα

καλλιεργειών DSMZ

Οι συνθήκες της ζύμωσης ήταν θερμοκρασία 30C ανάδευση 200rpm εμβόλιο 10

Τα αποτελέσματα των συγκεντρώσεων βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και

γαλακτικού οξέος (τα δύο τελευταία αποτελούν υποπροϊόντα της συγκεκριμένης

ζύμωσης) φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 5 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση

απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

K lactis K marxianus

Ώρες(h)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

βιομάζα

(gl)

σάκχαρα

gl

αιθανόλη

gl

γαλακτικό

οξύ (gl)

0 045 45 0 06 035 45 0 06

4 065 427 03 07 075 432 03 07

15 338 325 07 103 258 344 11 123

20 405 19 15 145 325 161 19 155

25 582 147 19 157 376 125 25 177

41 689 84 24 222 482 71 324 266

50 827 62 26 252 557 39 367 298

65 869 44 27 296 694 31 39 366

70 852 35 23 31 674 25 412 37

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 32: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

31

Σχήμα 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζύμωση απογάλακτος με καλλιέργειες K lactis ndash

K marxianus

Σχήμα 7 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού οξέος σε ζύμωση απογάλακτος με

καλλιέργειες K lactis ndash K marxianus

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 33: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

32

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Μεγαλύτερη ανάπτυξη βιομάζας (κυττάρων) εμφανίζει ο K lactis (869 gl)

παρόλο που o K marxianus καταναλώνει περισσότερα σάκχαρα του

υποστρώματος κατά τη ζύμωση

- Ο K marxianus είναι καλύτερος παραγωγός αιθανόλης και γαλακτικού οξέος

και προς αυτά τα προϊόντα διοχετεύεται ένα σημαντικό μέρος των

καταναλισκόμενων σακχάρων εις βάρος της βιομάζας

Συνεπώς για όλες τις επόμενες ζυμώσεις χρησιμοποιήθηκε ο K lactis

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 34: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

33

32 Επίδραση της ταχύτητας ανάδευσης στη παραγωγή βιομάζας

Πραγματοποιήθηκε μια ζύμωση με K lactis όπως και αυτή που περιγράφεται

παραπάνω αλλά χρησιμοποιώντας ανάδευση 400rpm (αντί 200rpm που εφαρμόστηκε

πιο πριν) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 6 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 086 41 03 07

15 318 324 06 1

20 495 194 12 141

25 622 117 15 152

41 783 79 21 212

50 922 38 22 222

65 1015 17 22 266

70 952 05 21 271

Σχήμα 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με ανάδευση 400 rpm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 35: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

34

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η αύξηση της ανάδευσης (και ταυτόχρονα η

βελτίωση του αερισμού) στα 400 rpm προκάλεσε αύξηση στη συγκέντρωση της

βιομάζας (1015 gl) βελτίωσε την αφομοίωση σακχάρων από τα κύτταρα ενώ

ελάττωσε την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού (που δρουν ανασταλτικά για την

ανάπτυξη της βιομάζας)

Έτσι σε όλες τις επόμενες ζυμώσεις εφαρμόστηκε αυτή η υψηλή ταχύτητα

ανάδευσης

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 36: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

35

33 Επίδραση προσθήκη αμμωνιακών αλάτων στην παραγωγή βιομάζας

Μελετήθηκε η προσθήκη αμμωνιακών αλάτων που αποτελούν μια φτηνή πηγή

αζώτου που είναι απαραίτητη για να επιτευχθούν υψηλές συγκεντρώσεις βιομάζας σε

όλους σχεδόν τους καλλιεργούμενους μικροοργανισμούς

Πίνακας 7 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl θειικού αμμωνίου [(ΝΗ4)2SO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 216

70 1172 07 167 21

Πίνακας 8 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση

απογάλακτος με προσθήκη 5 gl φωσφορικού αμμωνίου [(ΝΗ4)3PO4]

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 06

4 12 41 03 07

15 39 241 06 1

20 5 102 12 141

25 682 32 15 152

41 893 102 21 212

50 982 09 22 222

65 1086 04 22 276

70 1052 09 21 23

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 37: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

36

Σχήμα 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5 gl

θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

Σχήμα 10 Συγκεντρώσεις αιθανόλης γαλακτικού κατά τη ζύμωση απογάλακτος με προσθήκη 5

gl θειϊκού αμμωνίου ή 5 gl φωσφορικού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 38: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

37

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- και η δύο πηγές αμμωνίου που προστέθηκαν αύξησαν την παραγωγή βιομάζας

και το ρυθμό κατανάλωσης σακχάρων ωστόσο η μεγαλύτερη συγκέντρωση

βιομάζας (1286 gl) επετεύχθη με την προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου

- H προσθήκη επιπλέον πηγών αμμωνίου δεν αύξησε την παραγωγή

υποπροϊόντων (αιθανόλης ή γαλακτικού) μάλιστα η παραγωγή αιθανόλης

ήταν μεγαλύτερη στη ζύμωση χωρίς προσθήκη αλάτων αμμωνίου

- Τα παραπάνω δείχνουν ότι η προσθήκη αμμωνίου βελτιώνει τη βιοσύνθεση

πρωτεϊνών και μειώνει την παραγωγή ανεπιθύμητων προϊόντων της ζύμωσης

για αυτό και στις επόμενες ζυμώσεις προστέθηκε στο απόγαλα και 5 gl

θειϊκού αμμωνίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 39: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

38

34 Ζυμώσεις ενός σταδίων με συμπυκνωμένο ή μη απόγαλα και δύο σταδίων με

ενδιάμεση τροφοδοσία απογάλακτος

Διενεργήθηκαν 3 ζυμώσεις σε κωνικές φιάλες με απόγαλα 250ml με βάση τις

βέλτιστες συνθήκες που μελετήθηκαν στις προηγούμενες ζυμώσεις σε κωνικές

φιάλες Από αυτές η μία ζύμωση ήταν ενός σταδίου (batch) σε θερμοκρασία 30C

ανάδευση 400rpm 10 εμβόλιο με 100 απόγαλα που περιείχε 5gl θειϊκού

αμμωνίου

H δεύτερη ζύμωση έγινε σε δύο στάδια (fed-batch) με αρχικό όγκο 250ml

απογάλακτος και προσθήκη 125ml απογάλακτος στις 26 ώρες ζύμωσης ενώ όλες οι

υπόλοιπες συνθήκες ήταν ίδιες με την πρώτη ζύμωση

Η τρίτη ζύμωση ήταν ενός σταδίου όπως και η πρώτη ζύμωση μόνο που

χρησιμοποιήθηκε συμπυκνωμένο υπόστρωμα συμπύκνωσης 21 (διπλάσιας

συγκέντρωσης σακχάρων σε σχέση με το αρχικό απόγαλα) δηλαδή με 90 gl

σάκχαρα

Σκοπός των ζυμώσεων αυτών ήταν να διευρευνηθεί η βέλτιστη συγκέντρωση

σακχάρων και ο τρόπος τροφοδοσίας αυτών ώστε να έχουμε μέγιστη παραγωγή

βιομάζας και ελάχιστη παραγωγή αιθανόλης ή γαλακτικού που παράγονται

αναεροβίως αλλά και όταν οι συγκεντρώσεις σακχάρων είναι πολύ υψηλές (crab-tree

effect) Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 9 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός σταδίου

(batch) με 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 04 45 0 05

4 115 422 03 07

15 498 262 05 11

20 595 126 09 121

25 752 64 12 132

26 755 61 12 13

41 983 234 16 182

50 1192 09 202 282

65 1285 04 192 256

70 1172 07 167 21

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 40: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

39

Πίνακας 10 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 250ml υποστρώματος και προσθήκη 125ml στις 26h με

υπόστρωμα 100 απόγαλα (+5gl θειϊκού αμμωνίου) σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm

και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 043 456 0 05

4 135 439 04 057

15 48 279 08 121

20 567 132 095 127

25 741 58 132 14

26 76 286 071 083

41 1223 114 186 125

50 177 53 272 252

65 195 224 395 296

70 202 16 386 337

Πίνακας 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 250 ml συμπυκνωμένου υποστρώματος 21 (στο μισό του αρχικού

όγκου με αρχική συγκέντρωση σακχάρων 90 gl και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 054 90 0 05

4 12 877 07 07

15 358 762 23 13

20 445 678 35 15

25 572 594 563 162

26 58 58 67 27

41 78 4154 79 32

50 982 333 86 39

65 1177 2264 102 44

70 147 185 127 45

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 41: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

40

Σχήμα 11 Συγκεντρώσεις βιομάζας και σακχάρων για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

Σχήμα 12 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού για ζυμώσεις ενός σταδίου τροφοδοσίας

(batch) υποστρώματος με χρήση συμπυκνωμένου (90gl σάκχαρα) ή μη συμπυκνωμένου (45 gl

υποστρώματος) και δύο σταδίων τροφοδοσίας (fed-batch) με αρχικά σάκχαρα 45gl και επιπλέον

προσθήκη 23 gl σάκχαρα στις 26 ώρες

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 42: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

41

Από τα παραπάνω προκύπτει ότι

- Η χρήση συμπυκνωμένου υποστρώματος περιορίζει λόγω οσμωτικής πίεσης ή

αναστολής λόγω υποστρώματος την ανάπτυξη των κυττάρων παρόλο που

αξιοποιείται μια μεγαλύτερη ποσότητα σακχάρων σε σχέση με τις άλλες δύο

ζυμώσεις Ωστόσο στη ζύμωση συμπυκνωμένου απογάλακτος μεγάλο μέρος

των σακχάρων καταλήγει στην παραγωγή αιθανόλης γαλακτικού καθώς και

διοξειδίου του άνθρακα (οι τιμές RQ ήταν πολύ υψηλές σε αυτή τη ζύμωση)

Φαίνεται λοιπόν πως η μεγάλη αρχική συγκέντρωση σακχάρων προκαλεί το

ανεπιθύμητο crab-tree effect δηλαδή μια διέγερση της παραγωγής αιθανόλης

και διοξειδίου παρά την παρουσία αερόβιων συνθηκών

- Η προσθήκη υποστρώματος σε δύο στάδια (45+23gl) αυξάνει σημαντικά την

παραγωγή βιομάζας καθώς ο χρόνος προσθήκης των επιπλέον 23gl είναι

επιλεγμένος ώστε η προσθήκη να γίνει λίγο πριν εξαντληθούν τα αρχικά

σάκχαρα και στρεσαριστούν τα κύτταρα Επίσης η προσθήκη φρέσκου

υποστρώματος στις 26h αραιώνει τη μέχρι τότε συγκέντρωση αιθανόλης και

γαλακτικού στο μισό κάτι που ευνοεί την περαιτέρω σύνθεση βιομάζας

- Έτσι τελικά παράγονται 202 gl στις 70 ώρες της fed-batch ζύμωσης που είναι

ένα αρκετά ικανοποιητικό ποσό βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 43: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

42

35 Ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων τροφοδοσίας σε βιοαντιδραστήρα με

αερισμό 1vvm και 2vvm

Χρησιμοποιήθηκε η προηγούμενη βελτιστοποιημένη ζύμωση fed-bach σε επίπεδο

βιοαντιδραστήρα με προσθήκη αρχικά 7l απογάλακτος (45gl σάκχαρα) και

προσθήκη επιπλέον 35 (23 g σάκχαρα) στις 30 ώρες ζύμωσης Η ζύμωση αυτή

έγινε με αερισμό 1vvm

Καθώς ο έντονος αερισμός μπορεί να ευνοήσει την αερόβια αναπαραγωγή των

κυττάρων και μειώσει την παραγωγή αιθανόλης και γαλακτικού αλλά από την άλλη

ίσως προκαλέσει ανεπιθύμητο οξειδωτικό στρες στα κύτταρα διενεργήθηκε μια

δεύτερη fed-batch ζύμωση όμοια με την προηγούμενη αλλά με αερισμό 2vvm

Επίσης ο αερισμός αυτός (2vvm) εφαρμόστηκε και σε ζύμωση ενός σταδίου

τροφοδοσίας (batch) για να ερευνηθούν οι επιπτώσεις στην παραγωγή βιομάζας και

των υπολοίπων μεταβολιτών

Τα αποτελέσματα φαίνονται παρακάτω

Πίνακας 12 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση ενός

σταδίου με (batch) με χρήση 10l απογάλακτος 100 (και προσθήκη 5gl θειϊκού αμμωνίου) σε

θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10 εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 458 0 05

6 185 398 043 067

12 59 241 084 096

24 97 101 125 132

30 14 42 172 15

31 141 41 175 152

38 162 12 196 162

50 218 08 237 192

56 245 04 255 196

60 242 01 28 225

70 221 04 29 218

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 44: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

43

Πίνακας 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 1vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 063 456 0 05

6 155 404 066 067

12 42 296 094 137

24 77 111 135 197

30 101 45 187 224

31 102 272 098 117

38 156 224 196 182

50 188 153 297 282

56 227 64 412 396

60 276 31 596 557

70 281 15 678 49

Πίνακας 14 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων αιθανόλης γαλακτικού σε ζύμωση δύο

σταδίων (fed-batch) με χρήση αρχικά 7l απογάλακτος 100 (με 5gl θειϊκού αμμωνίου) και

προσθήκη 35l στις 30h σε θερμοκρασία 30C ανάδευση 400rpm αερισμό 2vvm και 10

εμβόλιο

Ώρες(h) βιομάζα (gl) σάκχαρα (gl) αιθανόλη (gl) γαλακτικό οξύ (gl)

0 065 456 0 05

6 195 393 043 057

12 592 237 084 086

24 99 94 106 127

30 143 34 162 145

31 145 262 085 077

38 202 202 137 112

50 243 118 212 192

56 297 24 245 266

60 346 01 296 294

70 351 06 328 317

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 45: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

44

Σχήμα 13 Συγκεντρώσεις βιομάζας σακχάρων σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με αερισμό

1vvm και 2vvm

Σχήμα 14 Συγκεντρώσεις αιθανόλης και γαλακτικού σε ζυμώσεις ενός και δύο σταδίων με

αερισμό 1vvm και 2vvm

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 46: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

45

Από τα παραπάνω αποτέλεσμα φαίνεται ότι

- Η ζύμωση δύο σταδίων (fed-batch) με αερισμό 2vvm είναι η βέλτιστη ζύμωση

ως προς τη μέγιστη παραγωγή βιομάζας και καταλήγει στην παραγωγή 351

gl σε 70 ώρες Αυτό αντιστοιχεί σε απόδοση (επί του συνολικού ποσού

σακχάρων) 0511 και μέση παραγωγικότητα (ρυθμό παραγωγής βιομάζας)

0501 glh

- Η ζύμωση δύο σταδίων με αερισμό 1vvm παράγει σημαντικά λιγότερη

βιομάζα (281 gl) σε σχέση με τη ζύμωση δύο σταδίων τροφοδοσίας σε

αερισμό 2vvm καθώς και περισσότερη αιθανόλη και γαλακτικό οξύ Φαίνεται

πως όσο αυξάνει η συγκέντρωση σακχάρων απαιτείται περισσότερος

αερισμός για να μην αυξηθούν σε υψηλά επίπεδα τα ανεπιθύμητα

υποπροϊόντα (αιθανόλη γαλακτικό)

- H ζύμωση ενός σταδίου με αερισμό 2vvm πλεονεκτεί ως προς το χρόνο

ζύμωσης που είναι συντομότερος από τις ζυμώσεις δύο σταδίων Η μέγιστη

βιομάζα σε αυτή τη ζύμωση φτάνει τα 245gl στις 56 ώρες Η απόδοση αυτής

της ζύμωσης είναι 0535 δηλαδή έχουμε τη βέλτιστη αξιοποίηση σακχάρων

σε αυτή τη ζύμωση Ωστόσο η παραγωγικότητα (εκτός από τη συνολική

βιομάζα) είναι χαμηλότερη σε αυτή τη ζύμωση (0438 glh) σε σχέση με τη

ζύμωση δύο σταδίων και αερισμό 2vvm παρόλο που η διάρκεια ζύμωσης

είναι συντομότερη

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 47: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

46

36 Συγκέντρωση καθαρής πρωτεΐνης της παραγόμενης βιομάζας

Μελετήθηκε η ξηρή βιομάζα ως προς την περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη σύμφωνα με

τη μέθοδο Bradford μετά από λυοτρίβηση διάλυση και θερμική επεξεργασία του

δείγματος και κατάλληλες αραιώσεις καθώς και η περιεκτικότητα πρωτεΐνης της

υγρής βιομάζας (έπειτα από φυγοκέντρηση για απομόνωση του ιζήματος βιομάζας

και ακόλουθη επεξεργασία του ιζήματος αυτού για 15 λεπτά σε υδατόλουτρο

υπερήχων) Τα δείγματα που αναλύθηκαν προήλθαν από τις ζυμώσεις με προσθήκη ή

χωρίς προσθήκη αμμωνιακών αλάτων

Πίνακας 15 Συγκέντρωση πρωτεΐνης της υγρής και ξηρής βιομάζας σε τρεις διαφορετικές

ζυμώσεις

Ζυμώσεις Ανάλυση ξηρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Ανάλυση υγρής βιομάζας

K lactis ( πρωτεΐνη)

Απόγαλα 100 χωρίς

αμμωνιακά άλατα

46 plusmn 2 52 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl θειϊκό αμμώνιο

58 plusmn 4 63 plusmn 2

Απόγαλα 100 με

5gl φωσφορικό

αμμώνιο

60 plusmn 3 65 plusmn 2

To παραγόμενο ποσοστό πρωτεΐνης κρίνεται αρκετά υψηλό σε σχέση με τη διεθνή

βιβλιογραφία ιδίως στις ζυμώσεις όπου προστίθενται επιπλέον αμμωνιακά άλατα

Όπως προκύπτει με τη ζύμωση αυτή μετατρέπεται ένα υπόστρωμα με ελάχιστη

πρωτεΐνη (lt03) σε ένα υγρό υπόστρωμα με πάνω από 5 πρωτεΐνη που αποδίδει

ξηρή βιομάζα σε σκόνη με πρωτεΐνη ~60

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 48: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

47

4 Συμπεράσματα

Όπως φάνηκε ο Kluyveromyces lactis ήταν κατάλληλος μικροοργανισμός για την

παραγωγή μονοκυτταρικής πρωτεΐνης (βιομάζας) από απόβλητο τυροκομείου

συγκεκριμένα από αποπρωτεϊνωμένο τυρόγαλα ή απόγαλα που προκύπτει μετά την

παραγωγή μυζήθρας (Εικόνα 3)

Με τη χρήση αμμωνιακών αλάτων ως μοναδικού προσθέτου και την επιλογή μιας

ζύμωσης δύο σταδίων με ενδιάμεση τροφοδοσία υποστρώματος (συνολικά 45+23 gl

σάκχαρα) επιτεύχθηκε μια συγκέντρωση βιομάζας 351 gl προσθήκη 5gl θειϊκού

αμμωνίου ανάδευση 400rpm και αερισμό 2vvm με ταυτόχρονη πλήρη

αποικοδόμηση των σακχάρων του υποστρώματος Αυτή η διαδικασία κρίνεται ως η

πιο συμφέρουσα με τη μεγαλύτερη παραγωγικότητα όπου περίπου τα μισά και πλέον

σάκχαρα μετατρέπονται σε βιομάζα (ενώ τα υπόλοιπα σάκχαρα καταλήγουν στην

παραγωγή αιθανόλης οξέων διοξειδίου του άνθρακα και άλλων μεταβολιτών

Η απόδοση της ζύμωσης μπορεί επιπλέον να βελτιωθεί με την προσθήκη βιταμινών

ιχνοστοιχείων και εκχυλίσματος ζύμης (yeast extract) τα οποία όμως ανεβάζουν το

κόστος παραγωγής βιομάζας και δεν μελετήθηκαν στην παρούσα ζύμωση όπου ο

κύριος σκοπός ήταν η αξιοποίηση του υποστρώματος ως έχει για την παραγωγή

πρωτεΐνης και την ταυτόχρονη μείωση του βιολογικού του φορτίου

Οι τιμές BOD του απλού απογάλακτος μειώνονται κατά ~80 μετά το τέλος της

ζύμωσης την κατανάλωση των σακχάρων και την απομάκρυνση της βιομάζας (από

~40000 ppm σε 800 ppm) προσφέροντας ένα επιπλέον περιβαλλοντικό όφελος πέρα

από την αξιοποίηση μια πρώτης πλούσιας σε σάκχαρα και φτωχής σε πρωτεΐνη και

την επιτυχή μετατροπή της σε μια πλούσια πηγή πρωτεϊνών με ελάχιστη έως

μηδενικά σάκχαρα

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 49: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

48

Εικόνα 3 Απεικόνιση Παραγόμενης Ξηρής Βιομάζας

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 50: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

49

Βιβλιογραφία

Αγγελής Γεώργιος lsquolsquoΜικροβιολογία amp Μικροβιακή Τεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Αθ

Σταμούλης

Αντωνίου Ι Μάντη lsquolsquo Υγιεινή και Τεχνολογία του Γάλακτος και των Προϊόντων τουrsquorsquo Γ΄

Έκδοση Εκδόσεις Αδελφών Κυριακίδη αε

Aquious-PSI Membranes 200a Tecniqual Paper TP 1056us

Aquious-PSI Membranes 200a Technical Paper TP 1385us

C M Brown and A H Rose Effects of Temperature on Composition and CellVolume of

Candida utilis Department of Microbiology University of Newcastle upon Tyne England

JOURNAL OF BACTEIOLOGY Jan 1969 p 261-272 Copyright 1969 American Society

for Microbiology

Certic M and Shimizu S 1999 Biosynthesis and regulation of microbial polyunsaturated

fatty acid production J Biosci Bioneg 87 pp 1-14

Davies RJ and Holdsworth JE (1992) Adv Appl Lipid Res 1 119-159

Food and Agriculture Organization of the United Nations Amino acid content of foods and

biological data on proteins FAO Nutritional Studies No 24 Rome Italy

Israelidis J Cleanthis Food Technology Institute Professor of Biology at Southeasterm

College Athens Greece 1986

ΚΙ Ισραηλίδης αξιοποίηση στερεών οργανικών αγροτοβιομηχανικών αποβλήτων

Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γεωργικών Προϊόντων ndash ΕΘΙΑΓΕ

Π Κοτζεκίδου- Ρούκα 2000 lsquolsquoΜικροβιολογία Τροφίμωνrsquorsquo Εκδόσεις Υπηρεσία

Δημοσιευμάτων Θεσσαλονίκη

Δ Α Κυριακίδη lsquolsquoΒιοτεχνολογίαrsquorsquo Εκδόσεις Ζήτη

Mohsen H Selim Ali M Elshafei Ahmed I E1-Diwany Production of Single Cell Protein

from Yeast Strains Grown in Egyptian Vinasse Department of Microbial Chemistry

Department of Natural Products National Research Centre Dokki Cairo Egypt Bioresource

Technology 36 (1991) 157-160

M Ibrahim Rajoka MA Tariq Kiani Sohail Khan MS Awan and Abu-Saeed

Hashmi Production of single cell protein from rice polishings using Candida utilis 2004

Kluwer Academic Publishers Printed in the Netherlands World Journal of Microbiology amp

Biotechnology 20 297ndash301 2004

Ratledge C 1994 Yeasts moulds algae and bacteria as sources of lipids In Kamel BS

and Kakuda Y Editors 1994 Technological Advantages in Improved and Alternative

Sources of Lipids Blackie Academic and Professional London pp 235-291

Σουφλερός Ηρ Ευάγγ (1997) Οινολογία επιστήμη και τεχνογνωσία τόμος 1 και 2

Θεσσαλονίκη Τυπογραφία Παπαγεωργίου

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 51: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

50

Shaokui Zheng Bioresource Technology 96 (2005) 1183ndash1187 Biomass production of yeast

isolate from salad oil manufacturing wastewater

John E Smith Th rd Ed t lsquolsquoB tech gyrsquorsquo tud es B gy

Tsimidou et al 1992 Ryan and Robards et al 1998 συστατικά του κατσίγαρου

Venetsaneas N Antonopoulou G Stamatelatou K Kornaros M Lyberatos G 2009

Using cheese whey for hydrogen and methane generation in a two-stage continuous process

with alternative pH controlling approaches Bioresource Technology 100 (15) 3713-3717

Andrew Willetts and Unai Ugalde the production of single-cell protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800 (1987)

D Beauseiour ALeduy and R S Ramalho (1981) Batch Cultivation of Kluyveromyces

Fragihs in Cheese Whey The Canadian Journal of Chemical Engineering Vol 59 521-526

AE Ghaly M Kamal LR Correia (2005) Kinetic modelling of continuous submerged

fermentation of cheese whey for single cell protein production Bioresource Technology 96

(2005) 1143ndash1152

Ghanem KM El-Refai A El-Gazaerly M (1986) Some fermentation parameters

influencing single cell protein production by Saccharomyces uvarum Y-1347 Agricultural

Wastes Volume 15 (2) 113-120

AA Koutinas I Athanasiadis A Bekatorou M Iconomopoulou G Blekas (2005) Kefir

Yeast Technology Scale-Up in SCP Production Using Milk Whey BIOTECHNOLOGY

AND BIOENGINEERING VOL 89 (7) 788-796

H Kallel-Mhiri a C Valanceb TM Engasserb amp A Miclo (1993) Yeast Continuous

Mixed Cultures on Whey Permeate and Hydrolysed Starch Process Biochemirny 29 (1994)

381-386

Moeini H Nahvi I Tavassoli M (2004) Improvement of SCP production and BOD

removal of whey with mixed yeast culture Electronic Journal of Biotechnology

Volume 7 (3) 249-255

D K SANDHU and M K WARAICH (1983) Conversion of Cheese Whey to Single-Cell

Protein Biotechnology and Bioengineering Vol XXV Pp 797-808

N Schultz L Chang A Hauck M Reuss C Syldatk (2006) Microbial production of

single-cell protein from deproteinized whey concentrates Appl Microbiol Biotechnol 69

515ndash520

AWillets and UUgalde (1987) The production of single cell-protein from whey

Biotechnology Letters Vol 9 No ii 795-800

Ιστοσελίδες

wwwchemistryupatrasgr

wwwenwikipediaorgwikiSingle_cell_protein

wwwmicrobiologyprocedurecom

wwwmolecular-plant-biotechnologyinfo

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02
Page 52: No Slide Title · 1.1 Παρουσίαση της επιχείρησης. Για την εταιρία Γ. & Α. ... - Αρκετά ακόμη προιόντα μικροβιακής

ΓΑ Νούσιας ΟΕ Αρ Κουπονιού 72313222-01-000095

51

wwwwiley-vchde

wwwbiopoliticsgr

wwwpharmuoagr

wwwnfproteincom

wwwetdlibttuedu

  • nousias01pdf
    • Slide Number 1
      • Nousias02