Solid state fermentation to add value to vegetable oil cakes

Abstract

Agro-industrial residues have been considered a major problem for modern society, but due to the constant scientific and technological evolution and modernization, these residues are now seen as important resources that can be valorized in full agreement with the concept of circular economy. Vegetable oil cakes represents a part of these resources, and their characteristics allow them, to be often reused in many alternative recovery and valorization processes, thus treated as by-products by the industry that produces them. Solid state fermentation is an alternative valorization approach that has attracted more and more interest over the last few years. In this biotechnological process, oil cakes are used as a substrate and solid support to microbial growth and concomitant production of added value compounds. In this work, was tested the suitability of olive pomace, together with sunflower and rapeseed cake to be applied as substrate for the production of enzymes, through solid state fermentation using the yeast Candida cylindracea and the filamentous fungus Trichoderma harzianum, varying factors such as substrate composition (by mixing oil cakes), % of moisture and fermentation time. Maximum enzymatic activity values of 12 ± 2 U/g for lipase and 35.7 ± 2.6 U/g for protease were achieved by C. cylindracea. While with T.harziamum values of lipase and protease activities were higher than for the yeast, and several other enzymes were also detected. Through a Box-Benchen experimental design, optimal values of lipase, protease, cellulase, xylanase, β-glucosidase and phytase were found as 14.2 U/g, 108.3 U/g 10.9 U/g, 40.7 U/g 7.2 U/g and 73.7 U/g, respectively. The production of various enzymes using these vegetable oil cakes mixtures enhances them nutritionally and helps to validate the idea of circular economy, of reusing agro-industrial by-products for the solid state fermentation process, facilitating the possibility of, under the correct conditions, use the olive pomace in animal diets.

Os resíduos agroindústrias têm sido cada vez mais considerados um grande problema para a sociedade moderna, no entanto por causa da constante evolução e modernização científica e tecnológica, estes resíduos são agora vistos como um importante recurso que pode ser valorizado, perfeitamente de acordo com uma economia circular. Os bagaços de oleaginosas representam uma parte destes recursos, as suas características permitem que sejam reutilizados em muitos processos alternativos de recuperação e valorização, apesar de serem tratados como subprodutos pela indústria que os produz Fermentação em estado sólido é um exemplo destas alternativas de valorização, que ao longo dos últimos anos tem atraído cada vez mais interesse. Neste processo biotecnológico, os bagaços são utlizados como substrato e suporte sólido para o crescimento dos microorganismos e concomitante produção de componentes com valor acrescentado. Neste trabalho testou-se a suscetibilidade do bagaço de azeitona, juntamente com bagaços de girassol e de colza em serem aplicados como substrato para a produção de enzimas, através da fermentação em estado sólido usando a levedura Candida cylindracea e o fungo filamentoso Trichoderma harzianum, variando fatores como a composição do substrato (misturando bagaços), % de humidade e tempo de fermentação. Valores máximos de atividade enzimática de 12 ± 2 U/g, para a lípase e 35.7 ± 2.6 U/g para a protease foram os alcançados pela C. cylindracea. Por sua vez, os valores obtidos utilizando T.harziamum foram maiores do que com a levedura, e várias outras enzimas foram também detetadas. Através de um desenho experimental de Box-Benchen, valores ótimos para a lípase, protease, celulase, xilanases, β-glucosidase e fitase foram determinados como 14.2 U/g, 108.3 U/g 10.9 U/g, 40.7 U/g 7.2 U/g e 73.7 U/g, respetivamente A produção de variadas enzimas utilizando estas misturas de bagaços, possibilita a sua valorização nutricional e ajuda a validar a ideia de economia circular, de reutilização de subprodutos agroindustriais para o processo de fermentação em estado sólido, facilitando a possibilidade de, nas condições corretas, o bagaço de azeitona ser utilizado nas dietas animais.