הכנת מצע גידול על בסיס מוהל הזיתים "עקר" לגידול חיידקים ושמרים תעשייתיים

הכנת מצע גידול על בסיס מוהל הזיתים "עקר" לגידול חיידקים ושמרים תעשייתיים

תקציר
המטרה המרכזית של המחקר הייתה לפתח שיטה שבאמצעותה ניתן יהיה לעשות שימוש יעיר יותר בעקר על מנת שניתן יהיה להפחית את הזיהום הסביבתי הנגרם ממנו ולהפוך אותו כמצע טוב לגידול מיקרואורגניזמים, תוך יצירת ערך כלכלי גבוה מהעקר.
המחקר התבצע בשלושה על בסיס שלושה שלבים מרכזיים: טיפול בעקר באמצעות שיטות כימיות, ביולוגיות ופיזיקליות מתאימות; גידול מיקרואורגניזמים ובניית עקומת גידול בהתאם, תוך אופטימיזציה של תנאי הגידול; הפקת ביומסה/ תוצר בהתאם לסוג המיקרואורגניזם. הנחת המחקר הייתה, שיש לחומרים אורגנים עתירי פחמן שנמצאים בעקר, את הפוטנציאל לשמש תחליף עשיר כמצע לגידול מיקרואורגניזמים בשירותי תעשייה. ההשערה שלנו שטיפול מקדים לעקר יכול להפוך אותו למצע גידול שיכיל חומרים יעילים שישמשו כמקור פחמן ונטרינטים לגידול מיקרוארוגניזמים שונים.
במסגרת המחקר נעשה שימוש בעקר טרי אשר עבר הכנה קפדנית על מנת להכין אותו לתהליך הטיפול. הבדיקות שנערכו על העקר לבדיקת הנוטריינטים כללו שימוש בשיטות סטנדרטיות (APHA lak1989) ובדיקת פרמטרים שונים כגון: צריכת חמצן, חנקן, ריכוז הפנולים והסוכרים ואפיונם. לאחר ההכנה נעשה הליך של מיצוי והפרדה באמצעות ממיסים כימיים כשהמטרה הייתה להגיע למיצוי פינולים הנמצאים בעקר, קרי הפרדת החומר מהתערובת. בסופו של תהליך, נתקבלה אבקה יבשה אשר שמשה להכנת מצע מתאים לגידול מיקרואורגניזמים.
מהבדיקות האנליטיות שבוצעו על עקר מטופל ועל עקר שהוא אינו מטופל עולה, כי ריכוז הפוליפינולים הופחת בפרקציה של עקר לאחר טיפול אנזימטי בכ-95% ובמקביל ההפחתה בריכוז הסוכר הייתה בכ-25%. לאחר שימוש בשרף, בעבוע חמצן ומיצוי כימי, ירד ריכוז הפינולים בשיעורים גבוהים (כ-79% במקרה של בעבוע חמצן ו-88% בשימוש בשרף). בסופו של דבר הממצאים הראו, כי הטיפולים האנזימטיים הפחיתו את ריכוז הפינולים הכולל.
בכל הנוגע לגידולים מיקרואורגניזמים, הרי הוספת ריכוזים שונים של גלוקוז ותמצית שמרים למצע שהוכן לאחר טיפול אנזימטי, קיצר את שלב ההסתגלות, והתוצאות הראו שבמקרה הזה, חיידקי ה-E.coli גדלו על מצעים שונים והציגו קצב גידול סגולי שהיה דומה לקצב הגידול הסגולי שהתבצע על מצע תעשייתי. בנוסף, בכל הנוגע להפקת אנזים פרוטיאז מחיידק ה-B.subtillis, ניתן לראות שגידול החיידק על מצע שהוכן מפרקציה לאחר טיפול אנזימטי נותן את האזור הצלול הגדול ביותר בהשוואה לשאר המצעים על בסיס עקר.
ממצאי המחקר העלו גם, כי נמצאה יעילות של הטיפול בעקר באמצעות הטיפול האנזמטי, כאשר קצב הגידול הסגולי של השמר על מצע על בסיס עקר שהוכן מפרקציה לאחר טיפול אנזימטי באנזים HRP וקצב הגידול הסגולי של השמר לאחר גידול על מצע YDP, דומים באופן סטטיסטי מובהק.

תוכן עניינים

תקציר 1
1. מבוא 1
1.1. הפקת שמן זית 5
1.2. טיפול בעקר 6
1.3. מיקרואורגניזמים בתעשייה 10
2. מתודולוגיה 14
2.1. השערת המחקר 14
2.2. מטרות המחקר 14
3. שיטות וחומרים 15
3.1. הכנת חומר הגלם 16
3.2. בדיקות אנליטיות 16
3.3. מיצוי באמצעות ממסים כימים 17
3.4. טיפול באמצעות ספיחה 18
3.5. טיפול אנזימטי 19
3.6. טיפול באמצעות אוויר רטוב – Wet Air Oxidation 19
3.7. גידול מיקרואורגניזמים 20
3.7.1. אופטימיזציה של התהליך 21
3.7.2. בדיקת קצב הגידול של מיקרואורגניזמים 21
3.8. הפקת תוצרים 22
3.8.1. הפקת אנזים פרוטיאז 22
3.8.2. הפקת ביו-אתנול בארלנמייר 23
3.8.3. הפקת ביו-אתנול בפרמנטור 24
4. תוצאות 25
4.1. בדיקות אנליטיות 25
4.2. גידול מיקרואורגניזמים 27
4.2.1. גידול החיידק E.coli 28
4.2.2. הפקת אנזים פרוטיאז מחיידק B. subtillis 29
4.2.3. הפקת ביו-אתנול בארלנמייר משמר האפיה Saccharomyces cerevisiae 31
4.2.4. הפקת ביו-אתנול בפרמנטור משמר האפיה Saccharomyces cerevisiae 33
5. דיון 35
6. מסקנות 38
7. ביבליוגרפיה 40

 
1. מבוא
במהלך השנים האחרונות, עלה היקף השימוש בשמן זית ברחבי העולם. היקף התוצר העולמי השנתי של זיתים בשנת 2018-2017 עמד על כ-2854 מיליון טון של פרי (Batuecas et al., 2019), כאשר כל עץ בממוצע מייצר בין 15 ל-40 ק"ג פרי מידי שנה (Souilem et al., 2017). בשנים 2017-2016 לדוגמה, עמד היקף שמן הזית שייוצר על כ-2.5 מיליון טון, אולם מעבר לכמות השמן שיוצרה, חלק ניכר מהתוצר כולל גם עקר. על פי ההערכות, מדובר כ-98% מכלל תנובת הזיתים (Souilem et al., 2017), וישנם מחקרים המצביעים על כך שמדובר בכ-800-950 ק"ג עקר המופקים מכל טון של זיתים (del Pozo et al., 2018). בישראל אגב, עומד היקף הגפת הנוצרת בעקבות ייצור השמן על כ-6000 טון עקר בשנה (המשרד להגנת הסביבה, 2014).
ייצור שמן הזית בישראל וברוב מדינות אגן ים תיכון מבוסס על תהליך מיצוי תלת פאזי ונוצרים שלושה זרמים הכוללים שמן זית, פסולת מוצקה (גפת) ופסולת נוזלית המכונה "עקר" Olive Mill Wastewater (OMW). העקר הוא בעל עומס אורגני של BOD 15-135 gr/l ועומס כימי (COD) 40-220 gr/l, ולכן יש לו פוטנציאל זיהום גבוה לסביבה (Cabrera, 2017). בעבר הוזרמו שפכים אלו הן לוואדיות ולנחלים וזיהמו אותם, והן למערכות הביוב הקיימות תוך פגיעה קשה במתקני טיהור שפכים שמביא לידי קריסתן. הזרמה זו למערכת הביוב גורמת לזיהום עקיף על ידי סתימת קווי הולכה, קריסת תחנות שאיבה והשבתה חלקית של מט"ש (מכון טיהור שפכים) המקבל את השפכים (המשרד להגנת הסביבה, 2018). מדינות רבות בעולם ובארץ המפיקות את שמן הזית עומדות מול אתגר רציני בכל הנוגע לטיפול בפסולת זו ומציאת פתרונות ידידותיים לסביבה תוך התחשבות בכדאיות הכלכלית והסביבתית של התהליך באזור הים התיכון. כאשר העקר מוזרם לסביבה הוא גורם למטרדי ריח, מזהם את גופי המים הטבעיים תוך שינוי הצבע של המים, הופעה של שכבה שומנית, עלייה בצריכת החמצן וירידה ב pH של המיםHaouache & Bouchaleta, 2016) ).
לאור העובדה כי ייצור שמן מתאפיין בעונתיות, תהליך הטיפול בעקר צריך להיות גמיש מספיק על מנת שתהיה אפשרות לפעול במצב שהוא אינו רציף. בנוסף על כך, בתי בד המייתרים את השמנים נחשבים למפעלים קטנים, שברוב המקרים מפוזרים סביב אזורי ייצור הזיתים, מה שגם הופך את אפשרויות הטיפול באתרים פרטיים תהליך שהוא עלול להיות יקר מאוד ואף קשה לביצוע. אותם בתי בד קטנים מזרימים את העקר לנחלים או מפזרים אותו על קרקעות בשדות פתוחים באופן לא מבוקר מה שגורם לזיהום סביבתי בלתי הפיך (Smeti et al., 2019).
כך הופך למעשה הורדת העומס האורגני וריכוז הפינולים בעקר, לאתגר עולמי, כאשר בעבר אף הוצעו מספר שיטות לטיפול בעקר, הכוללות בעיקר טיפולים פיסיקליים, ביולוגיים וכימיים. אחת השיטות הנפוצות כיום היא איסוף העקר לתוך מיכלים, כשהמטרה היא לנדף אותו בשמש בעונת הקיץ, דבר שגרם להפחתת הנפח של השפכים, אבל ללא טיפול בזיהום וריחות הנפלטים מתהליך הייבוש בטמפרטורות של הקיץ (Azbar et al., 2004).
לאור הדברים האמורים, המטרה המרכזית של המחקר היא לפתח שיטה שבאמצעותה ניתן יהיה לעשות שימוש יעיר יותר בעקר על מנת שניתן יהיה להפחית את הזיהום הסביבתי הנגרם ממנו ולהפוך אותו כמצע טוב לגידול מיקרואורגניזמים, תוך יצירת ערך כלכלי גבוה מהעקר.