| Περίληψη: | Η βακτηριακή κυτταρίνη (ΒΚ) είναι πολυσακχαρίτης που μπορεί να παραχθεί από πολλούς μικροοργανισμούς, με το βακτήριο Κοmagataeibacter sucrofermentans να έχει καθιερωθεί ως ο μικροοργανισμός-πρότυπο για την παραγωγή της. Οι μοναδικές ιδιότητές της την καθιστούν μία πολλά υποσχόμενη πρώτη ύλη, καθώς βρίσκει εφαρμογές σε πολλούς τομείς. Πέρα των παραπάνω εξαιρετικών ιδιοτήτων της, το υψηλό κόστος παραγωγής (ακριβό υπόστρωμα) εμποδίζει την βιομηχανική εφαρμογή της. Για το λόγο αυτό, η έρευνα έχει στραφεί στην αξιοποίηση ανανεώσιμων πρώτων υλών ως θρεπτικό υπόστρωμα χαμηλού ή και μηδενικού κόστους. Στη συγκεκριμένη μελέτη, εκχύλισματα υποπροϊόντος τυποποίησης Κορινθιακής σταφίδας (ΕΥΤ) χρησιμοποιήθηκαν ως θρεπτικό υπόστρωμα για την παραγωγή ΒΚ.
Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η διερεύνηση για βελτιστοποίσηση παραγωγής ΒΚ σε ΕΥΤ και η μελέτη των επιφανειακών ιδιοτήτων της με SEM, XRD, ΒΕΤ, FTIR, TGA. Στη συνέχεια, έγινε προσπάθεια βελτιστοποίησης των συνθηκών παραγωγής της ΒΚ σε ΕΥΤ εμπλουτισμένα ή μη με πηγές αζώτου (πεπτόνη και yeast extract) και σε διαφορετικές τιμές pH και συγκέντρωσης σακχάρων ΕΥΤ. Για την βελτιστοποίηση των συνθηκών ζύμωσης που επάγουν την παραγωγή ΒΚ υπό στατικές συνθήκες χρησιμοποιήθηκε η Μεθοδολογία της Επιφανειακής Απόκρισης (Response Surface Methodology, RSM) με βάση τον Σύνθετο Κεντρικό Σχεδιασμό (Central Composite Design, CCD). Στόχος της βελτιστοποίησης, είναι να συσχετιστεί η απόδοση της ΒΚ με τη θερμοκρασία, το pH και τη συγκέντρωση σακχάρων του ΕΥΤ. Επιπλέον, μελετήθηκε η ικανότητα συγκράτησης νερού της ΒΚ (WHC), η επανυδάτωσή της, και προσδιορίστηκε το χημικά απαιτούμενο οξυγόνο (COD) των ΕΥΤ μετά την παραγωγή της.
Σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα, η προσθήκη της πηγής αζώτου στο θρεπτικό υπόστρωμα βελτίωσε την απόδοση της ΒΚ. Η κανονική κατανομή των δεδομένων έδειξε ότι το μοντέλο θεωρείται αξιόπιστο για την πρόβλεψη της παραγωγής ΒΚ και από στατιστικής πλευράς, το μοντέλο κρίθηκε αρκετά σημαντικό. Μεταξύ των πιθανών συνδυασμών των τιμών των παραγόντων που μελετήθηκαν για τη μεγιστοποίηση της παραγωγής ΒΚ, επιλέχθηκαν οι συνθήκες: θερμοκρασία 28,07oC, pH 6,42 και συγκέντρωση σακχάρων ΕΥΤ 46,24 g/L.
Η ΒΚ μπορεί να εμφανίσει διάφορες μορφές και υφές, ανάλογα με τον τρόπο που επεξεργάζεται και ξηραίνεται. Η κατεργασία κατά την οποία ήταν πιο εύκολο και άμεσο να μετατραπεί η ΒΚ σε σκόνη ήταν με την απλή ξήρανση. H ΒΚ αποτελείται από ένα δίκτυο ινών που με ξήρανση μέσω freeze-drying οι ίνες έχουν μεγαλύτερη διάμετρο συγκριτικά με τις ίνες ΒΚ μέσω απλής ξήρανσης, λόγω διόγκωσής τους κατά το freeze-drying.
Η θερμοβαρυτική ανάλυση (TGA) έδειξε ότι όλα τα δείγματα εμφανίζουν παρόμοια συμπεριφορά και η ΒΚ είναι αρκετά σταθερή από θερμικής άποψης. Οι χαρακτηριστικές κορυφές στα φάσματα XRD αποδεικνύουν ότι το βακτήριο παρήγαγε και τους δύο τύπους Ια και Ιβ, και η ευρύτητα των χαρακτηριστικών κορυφών οφείλεται στη μερική κρυσταλλικότητα της BΚ που καλλιεργήθηκε υπό στατικές συνθήκες. Οι απορροφήσεις με χαρακτηριστικές κορυφές στα 3300, 2940 και 1390 cm-1, στα φάσματα FT-IR αποδίδονται στις δονήσεις δεσμών κυτταρίνης Ο-Η, C-Η και C-O-C , αντίστοιχα, που συνήθως λαμβάνονται από ΒΚ που παράγεται από το γένος του βακτήριου (Α. xylinus) που χρησιμοποιήθηκε και στην παρούσα εργασία.
H ΒΚ μπορεί να συγκρατήσει το 96% του βάρους της σε νερό λόγω του δικτύου των ινών και την υψηλή καθαρότητα που συμβάλουν στην αποτελεσματική σύνδεση με τα μόρια του νερού. Επιπλεόν, η ξηρή ΒΚ επανυδατώθηκε αρκετά μετά από τοποθέτησή της σε υδάτινο περιβάλλον που την καθιστά ικανή να χρησιμοποιηθεί ως πρόσθετο σε κάποιο τρόφιμο υπό ξηρή μορφή. Η κρυσταλλική δομή και οι μετρήσεις της ειδικής επιφάνειας και των πόρων (όγκος και διάμετρος) των δειγμάτων της ΒΚ σε ΕΥΤ παρουσίασαν διαφορές μεταξύ τους, ενώ το δείγμα ΒΚ σε ΕΥΤ μετά από 7 ημέρες ζύμωσης είχε συγκρίσιμα αποτελέσματα με το δείγμα ΒΚ που παράχθηκε σε συνθετικό μέσο καλλιέργειας. Επομένως, ο χρόνος ζύμωσης επηρέασε τη δομή της ΒΚ, όπως επιβεβαιώθηκε και από τις φυσικοχημικές αναλύσεις.
Εν κατακλείδι, είναι μια οικονομικά συμφέρουσα και φιλική προς το περιβάλλον βιοδιεργασία, καθώς ταυτόχρονα αξιοποιήθηκε το βιομηχανικό υποπροϊόν και δημιουργήθηκε ένα υψηλής αξίας μικροβιακό προϊόν.
|
|---|
