Στην παρούσα διατριβή έγινε για πρώτη φορά απομόνωση και παραγωγή β-γλυκανών
από μια νέα και ανεξερεύνητη πηγή, τα κυτταρικά τοιχώματα των ζυμομυκήτων των
υποπροϊόντων οινοποιίας (οινολάσπες), με μια ‘πράσινη’ τεχνολογία η οποία: 1)
είναι κατάλληλη για βιομηχανική παραγωγή β-γλυκάνης από τα υποπροϊόντα
οινοποιίας, 2) μπορεί να διαχειριστεί τις τεράστιες ποσότητες των παραγόμενων
υποπροϊόντων στις δεξαμενές ζύμωσης των οινοποιητικών μονάδων χωρίς παράλληλα
να δημιουργεί νέους ρύπους αλλά αντίθετα, οι παραγόμενοι ρύποι να μπορούν να
επαναχρησιμοποιηθούν ή να χρησιμοποιηθούν για την ανάκτηση επιπλέον προϊόντων,
3) παράγει ένα προϊόν προστιθέμενης αξίας το οποίο προορίζεται για ενσωμάτωση
σε λειτουργικά τρόφιμα και φάρμακα και 4) είναι σε μεγάλο βαθμό αειφορική με
μια οικολογική κατεύθυνση προς την προστασία του περιβάλλοντος μέσω της
αξιοποίησης ενός βιομηχανικού αποβλήτου.
Στο πρώτο μέρος της διατριβής αυτής έγινε μια τεχνική αξιολόγηση διαφόρων
μεθοδολογιών απομόνωσης και παραλαβής β-γλυκανών από ζυμομύκητες. Οι μέθοδοι
αξιολογήθηκαν ως προς τα απαιτούμενα βήματα παραγωγής και τις βέλτιστες
συνθήκες τους, τον απαιτούμενο χρόνο, τον απαιτούμενο υλικοτεχνικό εξοπλισμό,
τον τρόπο ξήρανσης του τελικού προϊόντος, τη διαλυτότητά του ή μη στο νερό,
την απόδοση και καθαρότητα της παραγόμενης β-γλυκάνης, τον τρόπο προσδιορισμού
της, τις συνθήκες ανάπτυξης των ζυμών καθώς και την παραγωγή άλλων προϊόντων
κατά τη διαδικασία παραγωγής της β-γλυκάνης. Ο σκοπός της αξιολόγησης ήταν να
διαφωτιστεί το τοπίο σχετικά με το ποια μέθοδος ταιριάζει για εργαστηριακή και
ποια για βιομηχανική παραγωγή β-γλυκάνης, μιας και για την απομόνωση της
υπάρχει πληθώρα τεχνολογιών όμως με συγκεχυμένες τεχνικές πληροφορίες. Η
αξιολόγηση έδειξε πως η Μέθοδος 2 θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για το σκοπό
της διατριβής αυτής.
Στο επόμενο μέρος, καταρτίστηκαν τρία πρωτοκόλλα παραγωγής βασισμένα στις
αξιολογούμενες μεθόδους, τα οποία δοκιμάστηκαν στο εργαστήριο. Το πρωτόκολλο 3,
το οποίο βασίστηκε στην αξιολογούμενη Μέθοδο 2, έδωσε τα καλύτερα αποτελέσματα
σε καθαρότητα και απόδοση παραγόμενου προϊόντος (καθαρότητα 64.56 ± 1.25 % σε β-
γλυκάνη στην τελική ξηρή σκόνη από κυτταρικό υλικό ζυμομυκήτων και απόδοση σε β-
γλυκάνη 10.01 ± 0.42 %.
Στη συνέχεια, το πρωτόκολλο 3 βελτιστοποιήθηκε ως προς τα βήματα παραγωγής της
β-γλυκάνης: 1. Την αυτόλυση των κυττάρων και 2. Την απομόνωση της β-γλυκάνης με
τη χρήση ζεστού NaOH. Η βελτιστοποίηση έγινε γιατί από τη διεθνή βιβλιογραφία,
η μέθοδος αυτή δεν έχει βελτιστοποιηθεί σε όλα της τα βήματα. Με τις βέλτιστες
συνθήκες απομόνωσης, η παραγόμενη β-γλυκάνη είχε καθαρότητα 70.8 ± 1.44 % και
απόδοση 12.56 ± 0.24 %.
Στην επόμενη ενότητα, η μέθοδος αυτή χρησιμοποιήθηκε για την απομόνωση β-
γλυκάνης από ζυμομύκητες υποπροϊόντων οινοποιίας και πιο συγκεκριμένα από
ερυθρές και λευκές οινολάσπες. Με τις βέλτιστες συνθήκες απομόνωσης, η
παραγόμενη β-γλυκάνη είχε μέγιστη καθαρότητα 32.95 ± 0.30 %, 43.37 ± 0.65 % και
απόδοση 2.45 ± 0.03 και 11.21 ± 0.17 % για τις ερυθρές και λευκές οινολάσπες
αντίστοιχα ενώ για την παραλαβή της μέγιστης καθαρότητας σε β-γλυκάνη, η
απομόνωσή της θα πρέπει να γίνεται αμέσως μετά το τέλος της αλκοολικής ζύμωσης.
Στην τελευταία ενότητα, έγινε μελέτη σε συνθετικό μέσο ανάπτυξης, της παραγωγής
της β-γλυκάνης στο κυτταρικό τοίχωμα του ζυμομύκητα οινοποιίας S. cerevisiae
κατά τη διάρκεια της αλκοολικής ζύμωσης, υπό την επίδραση διαφορετικών
συγκεντρώσεων γλυκόζης και του προεγκλιματισμού των κυττάρων πριν το εμβολιασμό
σε υπεροσμωτικό ή όχι περιβάλλον με τη χρήση NaCl. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως
η β-γλυκάνη αυξάνει κατά την εκθετική φάση ανάπτυξης του ζυμομύκητα και στο
τέλος της εκθετικής φάσης φθάνει σε ένα μέγιστο ενώ αρχίζει να μειώνεται κατά
τη φάση θανάτου και λύσης του κυττάρου. Η ενότητα αυτή επιβεβαίωσε τα
αποτελέσματα της προηγούμενης ενότητας σχετικά με το βέλτιστο χρόνο συγκομιδής
της οινολάσπης και της επεξεργασίας της για την παραγωγή β-γλυκάνης.
(EL)
In this thesis, the first isolation and production of yeast β-glucan from a
completely new and unexplored source, yeast cell walls from winery spent yeast
biomass (winery sludge) was achieved with a sustainable and ‘green’ method
which: 1) is suitable for β-glucan industrial scale production from winery
by-products, 2) is able to treat the huge quantities of wine sludge produced
every year in winery fermentation tanks without producing new wastes but
unlike, the generated wastes can be valorized or reutilized for the recovery of
more products, 3) is able to produce an added value product which is intended
for its incorporation in functional foods and medicines and 4) has a degree of
sustainability with an ecological direction towards the protection of the
environment through the valorization of an industrial waste.
In the first part of this thesis, a technical evaluation of various isolation
and purification methods from yeast was done. The methods were evaluated as to
the required steps and their optimal conditions, the time needed, the required
technical equipment, the drying method of the final product, its solubility or
not in water, its yield and purity, the yeast growth conditions as also the
parallel production of other products during β-glucan production process. The
aim of the evaluation was the enlightenment on which method suits for lab scale
and which one for industrial scale β-glucan production, as the offered methods
for its isolation provide confused technical information. The evaluation
revealed that Method 2 can be used for the purpose of this study.
In the next part, three different production protocols were compiled based on
the information received from the evaluation study of the previous part, which
were experimentally tested in lab. Protocol 3, which was based on Method 2,
gave the best results in β-glucan purity and yield during its production
(purity 64.56 ± 1.25 % of β-glucan in final yeast powder and yield in β-glucan
10.01 ± 0.42 %.
Next, protocol 3 β-glucan production steps were optimized: 1. Yeast cell
autolysis and 2. β-Glucan isolation with the use of hot NaOH. The optimization
was done because in the international bibliography, this method has not been
optimized for its steps. With optimal extraction conditions, the produced β-
glucan was 70.8 ± 1.44 % pure with 12.56 ± 0.24 % yield.
In the next part, this method was used for β-glucan isolation from spent yeast
biomass in wine sludge and more precisely from red and white lees. With optimal
extraction conditions, the produced β-glucan was 32.95 ± 0.30 %, 43.37 ± 0.65 %
pure and yielded 2.45 ± 0.03 %, 11.21 ± 0.17 % for red and white lees
respectively with the proviso that for the max β-glucan purity, its isolation
must take place at the end of alcoholic fermentation.
In the last experimental part, a study of the production of β-glucan in the
cell wall of wine yeast S. cerevisiae during the alcoholic fermentation under
the influence of different glucose concentrations and hyperosmotic stress with
the use of NaCl, of yeast cells salt preconditioning or not before media
inoculation, took place. The results revealed that β-glucan increases during
yeast growth exponential phase and at the end of this reaches to a peak and
then starts to decrease during yeast cell death and lysis phase. The results
confirmed the results of the previous section about the optimum time for wine
lees harvesting and treating for β-glucan production.
(EN)
Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
