Hefestudie findet Lösung zur Abwasserbehandlung von Olivenmühlen

Zusammenfassung

Eine Studie in der Fachzeitschrift Fermentation untersucht den Einsatz der Hefe Yarrowia lipolytica zur Umwandlung von Ölmühlenabwasser in wertvolle Verbindungen für verschiedene Industrien und befasst sich mit der Abwasserverschmutzung in der Olivenölindustrie. Obwohl die Hefe vielversprechend ist, müssen Herausforderungen wie Abwasservariabilität, Interferenzen mit Verbindungen und wirtschaftliche Faktoren für eine flächendeckende und effektive Behandlung und Nutzung von Ölmühlenabwasser bewältigt werden.

Neue Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Fermentation, hat die Verwendung der nicht-konventionellen Hefe untersucht Yarrowia lipolytica zur Umwandlung von Olivenmühlenabwässern in hochwertige Verbindungen mit Anwendungen in einer Vielzahl von Branchen, darunter Biokraftstoff, Lebensmittel und Pharmazeutika.

Die Olivenölindustrie erzeugt eine beträchtliche Menge Abwasser; Schätzungen zufolge liegt die Menge weltweit bei über 30 Milliarden Litern pro Jahr. 

Dieses Wasser ist ein starker und problematischer Schadstoff, gekennzeichnet durch hohen Salzgehalt und elektrische Leitfähigkeit sowie hohen Säuregehalt und große Mengen an organischen und phenolische Verbindungen.

Diese Eigenschaften machen es schädlich für Bodenmikroben, Wasserlebewesen und die langfristige Bodengesundheit. Insbesondere phenolische Verbindungen tragen zur Resistenz des Abwassers gegenüber der Behandlung bei und hemmen das mikrobielle Wachstum.

Der Großteil des Abwassers aus Ölmühlen wird derzeit auf zwei Arten entsorgt. Die erste Möglichkeit ist die Entsorgung über Verdunstungsbecken. Diese führen durch die Freisetzung schädlicher und säurehaltiger Gase wie Methan und Schwefelwasserstoff zu einer erhöhten Luftverschmutzung und durch Auswaschung zu einer Kontamination von Boden und Grundwasser.

Die zweite Möglichkeit besteht in der Verwendung als organischer Dünger auf landwirtschaftlichen Flächen. Allerdings gibt es auch hier zunehmende Bedenken. 

Studien haben gezeigt, dass eine lang anhaltende und wiederholte Bodenbehandlung zur Ansammlung von Phenolverbindungen, Salzen und Schwermetallen im Boden, zu einer Verringerung der mikrobiellen Vielfalt und Aktivität, weitreichenden Auswirkungen auf die Tierwelt und schließlich zur Sterilisierung und Wüstenbildung des Bodens führt.

Mehrere mikrobielle Organismen wurden als Kandidaten für die Behandlung von Olivenmühlenabwasser vorgeschlagen. Von diesen glauben die Forscher, dass Yarrowia lipolytica zeichnet sich nicht nur durch seine Fähigkeit aus, in nährstoffarmen, sauren und phenolreichen Umgebungen zu gedeihen, sondern auch durch die Bandbreite wertvoller Substanzen, die er produzieren kann.

Unter anderem kann die Hefe Lipasen synthetisieren, die in Bereichen wie der Lebensmittelverarbeitung, der Pharmazie und der Biokraftstoffe wichtig sind; Zitronensäure, die in so unterschiedlichen Branchen wie der Waschmittelherstellung, der Galvanik und der Ledergerbung verwendet wird; und Polyole, einschließlich Mannitol, Erythritol und Arabitol, die in Produkten wie kalorienarmen Süßstoffen und Feuchthaltemitteln Anwendung finden.

Die Hefe synthetisiert außerdem Einzelleröle, die reich an Öl- und Linolsäure sind und sich als Biodiesel oder Nahrungsergänzungsmittel eignen. 

Durch die Anpassung der Kulturbedingungen wie Sauerstoffgehalt, pH-Wert und Kohlenstoffquelle kann die Produktion auf unterschiedliche Endanwendungen zugeschnitten werden. Die resultierenden Lipidprofile können sogar Kakaobutter imitieren oder als Vorläufer für Ricinolsäurederivate mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten dienen.

Das Forschungsteam betont, dass diese Fähigkeiten bedeuten, dass der Prozess der Abwasserbehandlung zum Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft innerhalb der Olivenölindustrie beitragen kann, ein Schritt, der nicht nur von der wissenschaftlichen Gemeinschaft, sondern auch von national und supranationale Regierungsorgane wie die Europäische Union.

Trotz seiner Versprechungen ist der weitverbreitete Einsatz von Y. lipolytica Die Abwasserbehandlung und -verwertung von Olivenmühlen ist mit mehreren Hindernissen verbunden. 

Die Zusammensetzung des Abwassers ist sehr variabel und wird unter anderem von Faktoren wie Olivensorte, Extraktionsmethode und saisonalen Bedingungen beeinflusst. Diese Variabilität erschwert die Standardisierung und Durchführung von Prozessen.

Darüber hinaus können Verbindungen, insbesondere Phenole und Salze, die mikrobielle Aktivität oder die Produktausbeute verringern. Während einige Stämme diese Bedingungen tolerieren, benötigen andere eine Verdünnung, Vorbehandlung oder Ergänzung, um ihre Wirksamkeit aufrechtzuerhalten.

Auch wirtschaftliche Faktoren stellen Hindernisse dar. Obwohl Y. lipolytica kann in nicht sterilen, kostengünstigen Medien wachsen, für den groß angelegten Betrieb sind jedoch Systeme mit Hochenergiestufen, nachgelagerter Verarbeitung und Marktzugang für biobasierte Produkte erforderlich.

Die Forscher sind jedoch davon überzeugt, dass die Hefe bei ausreichender, auf Schlüsselbereiche konzentrierter Forschung eine wirtschaftlich sinnvolle Möglichkeit darstellt, das Potenzial des Abwassers aus Olivenmühlen auszuschöpfen und es gleichzeitig sicher aus der Umwelt zu entfernen. 

Sie verweisen auf Proof-of-Concept-Studien und eine beträchtliche Menge vorhandener Literatur, die diese Ansicht stützen.

• Environmental Science and Pollution Forschung
• Zeitschrift für analytische Wissenschaften und angewandte Biotechnologie