Aigües residuals de molins d’oli d’oliva per a la producció de cel·lulosa bacteriana (Bioenginyeria mediterrània, 10/2022)

Taner Sar és investigador del Centre Suec de Recuperació de Recursos de la Universitat de Borås (Suècia). Meltem Yeşilçimen Akbaş és professora del Departament de Biologia Molecular i Genètica de la Universitat Tècnica de Gebze (Turquia). Tots dos signen un article aparegut aquesta setmana a la revista Bioengineered en el que proposen l’ús d’aigües residuals de molins d’oli d’oliva (OOMW, en l’acrònim angles) per a la producció de cel·lulosa bacteriana (BC, en l’acrònim anglès). L’OOMW constitueix un residu important arreu de la Conca Mediterrània, i la BC pot constituir un recurs rellevant en la indústria alimentària i biomèdica. Sar & Akbaş investiguen l’efecte en la producció de BC de diferents fraccions d’OOMW, afegint-hi o no altres nutrients (extracte de llevat, peptona, medi de Hestrin-Schramm). Els millors resultats els aconsegueixen amb un enriquiment de l’OOMW amb extracte de llevat i peptona. La cel·lulosa resultant té una elevada temperatura de descomposició (316,8 °C) i un baix índex de cristal·linitat (57%), alhora que absorbeix els components de l’OOMW.

En l’economia circular el residu d’una indústria esdevé recurs d’una altra. Les aigües de molí són un dels residus de la producció oleícola. Sar & Akbas mostren que pot servir de medi de cultiu en la producció de cel·lulosa bacteriana, la qual té aplicacions actuals i potencials en un ventall d’indústries.

Les aigües residuals de la producció d’oli d’oliva i la producció de cel·lulosa bacteriana

Sar & Akbas agraeixen a la Fàbrica d’Oli d’Oliva Dizem que els hagin facilitat aigües residuals de molí d’oli d’oliva. També agraeixen a Ahmet Nazım, de la Universitat Tècnica de Gebze, l’anàlisi per microscòpia electrònica de rastreig.

La cel·lulosa bacteriana (BC) és un biopolímer produït per microorganismes com Gluconacetobacter, Sarcina, Agrobacterium, Rhizobium, Rhodobacter o Agrobacterium, pels que esdevé un dels components de la paret cel·lular. Alguns d’aquests organismes poden aïllar-se de la kombutxa, una beguda fermentada a base de te negre i sucre. La cel·lulosa bacteriana té una estructura semblant a la cel·lulosa vegetal, però presenta l’avantatge de no requerir una separació especial dels altres components de la paret cel·lular de les plantes superiors (lignina, hemicel·lulosa, pectina). Altres avantatges són l’estabilitat mecànica, l’estabilitat tèrmica, l’alta cristal·linitat (70-80%), baixa densitat, alta superfície específica, elevada permeabilitat, alta porositat, alt contingut d’aigua (fins al 99%), bona biocompatibilitat i bioseguretat. Això explica que aquest biomaterial ja trobi aplicacions en alimentació, papereria, cosmètica, teixits i producció energètica.

La cara fosca de la BC és el seu elevat cost de producció. La clau per reduir-lo és substituir els actuals medis sintètics de creixement bacterià per alternatives naturals. En aquest sentit hi ha interès per aplicar-hi com a substrat residus industrials (alimentaris, agrícoles, etc.). Sar & Akbas proposen la utilització d’aigües residuals de molí d’oli d’oliva (OOMW).

L’OOMW és una aigua lleugerament àcida, en la que hi ha dissolts o suspesos sucres, lípids i compostos aromàtics. Hom ha investigat la seva aplicació en la producció biotecnològica d’enzims, de gas hidrogen, de biomassa microbiana rica en proteïna, de surfactants, etc. Però les aplicacions de l’OOMW van per darrera de l’altre gran residu de la producció oleícola, el cibre, que a banda de l’ús per a la producció de begudes com l’orujo, s’utilitza com a fertilizant o com a matèria primera d’alimentació animal.

En aquest treball, Sar & Akbas comparen diferents fraccions d’OOMW (25%, 50%, 75%, 100%) amb un medi sintètic (HS), alhora que analitzen l’addició de components com extracte de llevat o peptona. La BC resultants és analitzada per espectroscòpia d’infraroig (FT-IR), termogravimetria (TGA), difracció de raigs X (XRD) i electromicrografia de rastreig (SEM).

Komagataeibacter xylinus com a productor de cel·lulosa

La soca que utilitzen és Komagataeibacter xylinus BCRC12334, cedida per Cheng-Kang Lee, de la Universitat Nacional de Ciència i Tecnologia de Taiwan.

L’OOMW, com s’ha dit, l’obtenen de la fàbrica de Dizem. Prèviament l’esterilitzen en un autoclau (121 °C durant 15 minuts) i la centrifuguen a 4000 rpm durant 15 minuts: és el sobrenedant el que utilitzen en els experiments.

L’OOMW és caracteritzada quant a pH. Els nivells de glucosa, fructosa i sacarosa són avaluats per cromatografia (HPLC).

El medi de cultiu és HS, que conté 5 g/L d’extracte de llevat, 5 g/L de peptona; 2,7 g/L de Na2HPO4; 1.5 g/L d’àcid cítric; a un pH de 4,5. El suplementen amb 25%, 50%, 75% o 100% d’OOMW.

La soca bacteriana era precultivada en 20 mL de medi HS a 30 °C durant 3 dies. Les condicions de cultiu eren de 30 °C durant 7 dies.

Dels cultius s’extreien les pel·lícules de BC, que eren rentades en aigua destil·lada i tractades amb una solució a l’1% de NaOH a 80 °C durant 1 hora. Seguidament ho assecaven en un forn a 60 °C fins arribar a un pes constant. Era aquest material l’analitzat per FT-IR, TGA, XRD i SEM.

La vàlua de les aigües residuals de molins d’oli com a substrat en la producció de cel·lulosa bacteriana

El pH de l’OOMW utilitzada és de 5,17: un valor lleugerament acídic que no requeriria cap ajustament ulterior. Té un contingut de sucres, àcids orgànics i etanol que pot servir per a la nutrició dels bacteris productors de cel·lulosa. En aquest sentit pot substituir a la glucosa del medi sintètic HS.

Com més quantitat d’OOMW afegien al cultiu, major era el valor de producció de BC. Això indica que l’OOMW no té un efecte inhibidor sobre la producció de BC. Quan, a més, s’hi afegeix extracte de llevat, s’augmenta la producció de BC. Els valors més elevats de producció s’aconsegueixen quan també s’hi afegeix peptona. Això s’explicaria pel fet que l’OOMW és un substrat pobre en nitrogen.

Les anàlisis de FT-IR posen de manifest en l’OOMW la presència de dobles enllaços C = C. En la BC destaquen els enllaços O-H, C-H i C-O-C. La BC produïda amb OOMW presenta un major senyal C = O, relacionada possiblement amb àcids grassos.

Les anàlisis de TGA indiquen que la BC produïda amb OOMW té un temperatura de descomposició superior (316,8°C) a la produïda amb glucosa (290,3°C).

Els patrons de XRD són semblants en la BC produïda amb OOMW i en la produïda amb glucosa. La primera, però, té un índex de cristal·linitat més baix. Això seria degut amb una reducció en la formació de ponts d’hidrogen entre les fibril·les de cel·lulosa. Aquesta baixa cristal·linitat faria que la BC amb OOMW tingués un major capacitat d’absorció d’aigua.

Les imatges de SEM indiquen que la BC produïda amb OOMW (a sota) no presenta la xarxa porosa que sí presenta la BC produïda amb glucosa (a dalt).

Els experiments indiquen que l’OOMW pot servir de substrat en la producció de BC. En les aplicacions cosmètiques i biomèdiques, la BC produïda per OOMW pot presentar avantatges en haver incorporat compostos bioactius de l’oliva. La BC produïda per OOMW té un color fosc que pot ser útil en aplicacions industrials de paqueteria, papereria i tèxtil.

Aspecte de la cel·lulosa bacteriana produïda amb l’ús d’aigua residual de molí d’oliva com a substrat humida (a dalt) i un cop seca (a sota)

L’aplicació de l’OOMW en la producció de BC requereix superar, però, diversos obstacles. S’hauria de combinar amb fonts de nitrogen relativament barates. Alhora cal ser conscient de les diferents propietats (i potencials aplicacions) d’aquesta BC respecte de la BC produïda amb medis de cultiu convencionals.

Lligams:

Potential use of olive oil mill wastewater for bacterial cellulose production. Taner Sar, Meltem Yesilcimen Akbas. Bioengineered 13: 7659-7669 (2022)

Arxivat a Ciència i Tecnologia
%d bloggers like this: