Gistonderzoek vindt oplossing voor afvalwaterzuivering van olijfmolens

Samenvatting

Een studie in het tijdschrift Fermentation onderzoekt het gebruik van de gist Yarrowia Lipolytica om afvalwater van olijfmolens om te zetten in waardevolle verbindingen voor diverse industrieën. Hiermee wordt het probleem van afvalwatervervuiling in de olijfolie-industrie aangepakt. Hoewel de gist veelbelovend lijkt, moeten uitdagingen zoals de variabiliteit van het afvalwater, interferentie van verbindingen en economische factoren worden aangepakt voor een brede implementatie in de effectieve behandeling en benutting van afvalwater van olijfmolens.

nieuwe studies, gepubliceerd in het tijdschrift Fermentation, heeft het gebruik van de niet-conventionele gist onderzocht Yarrowia lipolytica om afvalwater van olijfmolens om te zetten in hoogwaardige verbindingen met toepassingen in een breed scala aan industrieën, waaronder biobrandstof, voedsel en farmaceutische producten.

De olijfolie-industrie produceert een aanzienlijke hoeveelheid afvalwater; wereldwijd wordt geschat dat dit meer dan 30 miljard liter per jaar bedraagt. 

Dit water is een krachtige en problematische verontreinigende stof, gekenmerkt door een hoog zoutgehalte en een hoge elektrische geleidbaarheid, evenals een hoge zuurgraad en grote hoeveelheden organische en fenolische verbindingen.

Deze eigenschappen maken het schadelijk voor bodemmicroben, waterleven en de bodemgezondheid op de lange termijn. Met name fenolische verbindingen dragen bij aan de resistentie van het afvalwater tegen zuivering en remmen de groei van microben.

Het overgrote deel van het afvalwater van olijfmolens wordt momenteel op twee manieren afgevoerd. Ten eerste via verdampingsvijvers, wat leidt tot verhoogde luchtvervuiling door de uitstoot van schadelijke en zure gassen zoals methaan en waterstofsulfide, en tot verontreiniging van zowel de bodem als het grondwater door uitspoeling.

De tweede is via het gebruik ervan als organische meststof op landbouwgrond. Er is echter ook groeiende bezorgdheid over deze praktijk. 

Uit onderzoek is gebleken dat langdurig en herhaaldelijk gebruik van dit middel op land leidt tot de ophoping van fenolische verbindingen, zouten en zware metalen in de bodem, een afname van de microbiële diversiteit en activiteit, grootschalige gevolgen voor de natuur en uiteindelijk tot onvruchtbaarheid en verwoestijning van het land.

Verschillende micro-organismen zijn voorgesteld als kandidaten voor de behandeling van afvalwater van olijfmolens. De onderzoekers denken dat: Yarrowia lipolytica valt niet alleen op vanwege zijn vermogen om te gedijen in voedingsarme, zure en fenolische omgevingen, maar ook vanwege de reeks waardevolle stoffen die het kan produceren.

De gist kan onder andere lipases synthetiseren, die belangrijk zijn in sectoren als voedselverwerking, farmaceutica en biobrandstoffen; citroenzuur, dat wordt gebruikt in uiteenlopende industrieën zoals de productie van schoonmaakmiddelen, galvanisering en leerlooierijen; en polyolen, waaronder mannitol, erythritol en arabitol, die toepassingen hebben in producten als caloriearme zoetstoffen en bevochtigingsmiddelen.

De gist synthetiseert ook eencellige oliën, rijk aan oliezuur en linolzuur, die geschikt zijn voor gebruik als biodiesel of als voedingssupplement. 

Door kweekomstandigheden zoals zuurstofgehalte, pH en koolstofbron te moduleren, kan de productie worden afgestemd op verschillende eindtoepassingen. De resulterende lipidenprofielen kunnen zelfs cacaoboter nabootsen of dienen als precursor voor ricinolzuurderivaten met diverse toepassingen.

Het onderzoeksteam benadrukt dat deze mogelijkheden betekenen dat het proces van afvalwaterbehandeling kan bijdragen aan de overgang naar een circulaire economie binnen de olijfolie-industrie, een stap die niet alleen wordt ondersteund door de wetenschappelijke gemeenschap, maar ook door nationaal en supranationale overheidsorganen, zoals de Europese Unie.

Ondanks de belofte is de wijdverbreide inzet van Y. lipolytica voor de behandeling en valorisatie van afvalwater uit olijfmolens stuit op verschillende obstakels. 

De samenstelling van afvalwater is zeer variabel en wordt beïnvloed door factoren zoals olijfsoort, extractiemethode en seizoensomstandigheden. Deze variabiliteit bemoeilijkt de standaardisatie en prestaties van het proces.

Bovendien kunnen verbindingen, met name fenolen en zouten, de microbiële activiteit of productopbrengst verminderen. Hoewel sommige stammen deze omstandigheden goed verdragen, hebben andere verdunning, voorbehandeling of supplementatie nodig om hun efficiëntie te behouden.

Ook economische factoren vormen een belemmering. Hoewel Y. lipolytica kunnen groeien in niet-steriele, goedkope media; voor grootschalige operaties zijn systemen nodig met fasen met hoge energie, verdere verwerking en markttoegang voor biogebaseerde producten.

De onderzoekers zijn echter van mening dat, indien er voldoende onderzoek wordt gedaan naar de belangrijkste gebieden, de gist een economisch haalbare manier vormt om het potentieel van afvalwater van olijfmolens te ontsluiten en het tegelijkertijd op een veilige manier uit het milieu te verwijderen. 

Zij verwijzen naar proof-of-concept-onderzoeken en een aanzienlijke hoeveelheid bestaande literatuur ter ondersteuning van deze visie.

• Milieuwetenschappen en onderzoek naar vervuiling
• Tijdschrift voor Analytische Wetenschappen en Toegepaste Biotechnologie