Fermentointiprosessin optimointi voihapon tuottamiseksi elintarviketeollisuuden sivuvirroista

Abstract

Tämä insinöörityö tehtiin Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:n toimeksiantona osana Suomen Akatemian rahoittamaa BIOCHEM-projektia. Työssä tutkittiin, onko elintarviketeollisuuden sivuvirtoja mahdollista hyödyntää fermentointiprosessissa voihapon tuottamiseksi. Tutkimus koostui kolmesta päävaiheesta, jotka olivat 1) voihappoa tuottavien organismien seulonta, 2) sivuvirtojen esikäsittelymenetelmien määrittäminen ja 3) kasvatusolosuhteiden optimointi mahdollisimman korkean voihappopitoisuuden saavuttamiseksi. Työn tavoitteena oli suunnitella toimiva fermentointiprosessi, jota voitaisiin hyödyntää projektin seuraavissa vaiheissa, joissa tutkitaan menetelmiä voihapon erottamiseksi fermentointiliuoksesta sekä mitoitetaan fermentointiprosessi suurempaa mittakaavaan.

Työssä seulottiin potentiaalisia organismeja VTT:n kantakokoelmasta ja valittuja bakteerikantoja, Megasphaera cerevisiae ja Pediococcus pentosaceus, kasvatettiin anaerobisesti erillis- sekä yhteisviljelynä pulloissa ja bioreaktoreissa. Kasvatusten aikana seurattiin solumassan kasvua, substraattien kulutusta sekä tuotteiden muodostumista. Kantojen tuottamaa voihappopitoisuutta pyrittiin nostamaan säätämällä kasvualustan koostumusta sekä kasvatusolosuhteita.

Tutkimuksessa selvisi, että M. cerevisiae -kannan ja P. pentosaceus -kannan yhteisviljelyssä päästiin korkeampiin voihappopitoisuuksiin kuin M. cerevisiae -kannan yksittäisessä viljelyssä. Kasvatuksia tehtiin useilla eri sivuvirta-RCM-kasvatusalustoilla asetaattipuskurin kanssa ja ilman. Käytetyllä sivuvirralla ei ollut huomattavaa vaikutusta voihapon muodostumiseen. Sen sijaan asetaattipuskurin pois jättäminen laski kasvatusten voihappopitoisuutta lähes puolella. Korkein tiitteri ja tuottavuus (7,5 g/l, 0,34 g/l/t) saavutettiin kantojen yhteisviljelyssä asetaattipuskuroidulla kaali-omena-RCM-kasvatusalustalla panosfermentoinnissa. Panos-syöttöfermentoinnissa sivuvirran syöttäminen ei näyttänyt parantavan voihapon tuottoa, vaan lisäsi muiden aineenvaihduntatuotteiden muodostumista. Koska M. cerevisiae- ja P. pentosaceus -kantojen yhteisviljelyn aineenvaihduntareittejä aletaan vasta ymmärtää, lisätutkimuksia tarvitaan vielä fermentointiprosessin optimoimiseksi.