Każdy zna przepis na placki ziemniaczane. Obrane ziemniaki zetrzeć, a powstałą w ten sposób masę odstawić, aby puściła charakterystyczną wodę, którą należy odlać. Mało kto jednak wie, że każdego dnia zakłady produkujące ziemniaczaną skrobię wytwarzają tysiące litrów takiego płynu, zwanego wodą sokową. Tak jak w przypadku placków, tak samo w produkcji skrobi woda sokowa to odpad, który trzeba jakoś zagospodarować.

Ale ten konkretny odpad jest wyjątkowo bogaty w azot, z którego to względu interesują się nim rolnicy. Polewają wodą sokową pola, bo stanowi ona dla nich tanie źródło tego kluczowego dla upraw pierwiastka. Do jej zagospodarowania można też wciągnąć małych przyjaciół naszej cywilizacji, towarzyszących człowiekowi od momentu, kiedy opanował technologie wytwarzania alkoholu – czyli drożdże.

Szczególnie przydatne pod tym kątem są drożdże dzikie, które mają słabe zdolności fermentacyjne i niewielkie wymagania pokarmowe. – Jedzą wszystko, co popadnie. A że niektóre gatunki mnożą się co dwie godziny, to z 500 kg niektórych gatunków drożdży po 24 godzinach możemy uzyskać nawet 50 ton biomasy – mówi dr hab. Stanisław Błażejak ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie. Oczywiście jest możliwe pod warunkiem, że drożdże będą miały co jeść. Woda sokowa to źródło azotu, ale każdy organizm żywy potrzebuje przede wszystkim węgla. Naukowcy postanowili dostarczyć go drożdżom w postaci gliceryny odpadowej, która jest pozostałością po produkcji biodiesla.

Badaczom nie chodziło jednak tylko o to, żeby drożdże zjadały odpady – ale też, żeby zamieniły je w coś pożytecznego. Tym czymś są glukany – cukry złożone, które stanowią naturalny element budulcowy ścian komórkowych drożdży. Glukany doskonale nadają się na dodatek do pasz zwierzęcych, można je także wykorzystać jako suplementy diety (stanowią jeden ze związków zaliczanych do błonnika) wpływające korzystnie także na aktywność układu odpornościowego.

Podstawowe zadanie, jakie stało przed badaczami z SGGW, polegało więc na tym, by zmusić drożdże do syntezy jak najgrubszych ścian komórkowych – uzyskując jednocześnie znaczące ilości biomasy. Im większy procentowy jest ich udział w suchej substancji biomasy, tym bardziej opłacalny byłby cały proces. W tym celu badacze postanowili przetestować w mikroskali kilkadziesiąt różnych kombinacji pożywki z odpadów, w różnych stężeniach i pH. Takie mikrohodowle prowadzi się w urządzeniu zwanym bioscreenem, które pozwala na szybkie przetestowanie wielu próbek w ramach jednego eksperymentu. – Na tym etapie interesowało nas przede wszystkim, czy drożdże będą w ogóle rosnąć i czy będą rosnąć lepiej w porównaniu ze standardowymi pożywkami stanowiącymi punkt odniesienia dla tego typu eksperymentów – mówi dr hab. Błażejak.

Warianty, w których drożdże dobrze się mnożyły, przeszły do następnego etapu, czyli hodowli w większej skali – kolbach laboratoryjnych o pojemności 0,5 litra. Pobrane na tym etapie doświadczeń i zbadane pod mikroskopem elektronowym próbki drożdży potwierdziły wcześniejsze przypuszczenia – w odpowiednich warunkach mikroorganizmy budowały znacznie grubszą niż zazwyczaj ścianę komórkową.

Co je właściwie do tego skłoniło? – Środowisko. Gliceryna jest hydrofilowa, to znaczy, że jej cząsteczki wyjątkowo silnie przyciągają cząsteczki wody. Kiedy więc dodamy ją do roztworu z drożdżami, woda zaczyna się skupiać wokół gliceryny, wytwarzając ciśnienie osmotyczne. Ono z kolei próbuje wyciągnąć cząsteczki wody z wnętrza mikroorganizmów, przed czym drożdże starają się chronić, bo potrzebują wody do życia. Jednym ze sposobów jest pogrubienie ściany komórkowej – tłumaczy dr inż. Anna Bzducha-Wróbel z SGGW. Co ciekawe jednak, zależność ta nie jest wcale taka prosta; po przekroczeniu pewnego poziomu zawartości gliceryny ściany komórkowe drożdży zaczęły chudnąć, co znaczyło, że mikroorganizmy zaczęły chronić się przed utratą wody w inny sposób.

Badania w kolbach potwierdziły przypuszczenia naukowców – teraz musieli sprawdzić, czy podobny efekt u drożdży będą w stanie efekt wywołać w skali półtechnicznej, czyli we wnętrzu bioreaktorów. Bioreaktor to urządzenie, którego podstawowym zadaniem jest utrzymanie stałych warunków hodowli, takich jak napowietrzenie, temperatura etc. – Przejście na większą skalę produkcji często wymaga zmiany parametrów, bo hodowla w większej objętości rządzi się innymi prawami niż hodowla w próbówce. Trzeba zwracać uwagę na takie kwestie, jak chociażby prędkość mieszania – od czego zależy równomierny dostęp do pożywienia i napowietrzenie – mówi dr inż. Iwona Gientka.

Kiedy okazało się, że drożdże hodowane w bioreaktorze również pogrubiają ściany komórkowe, nadszedł czas plonów – naukowcy musieli wyodrębnić glukany z komórek drożdży. W tym celu opracowali proces polegający na oddzieleniu biomasy z płynu pohodowlanego, mechanicznym roztarciu drożdży, a następnie potraktowaniu alkoholem i mieszanką składającą się z enzymów, aby pozbyć się z biomasy białek, kwasów nukleinowych i tłuszczu. Końcowy produkt po liofilizacji wygląda jak bardzo drobny, biały proszek. – Ostatecznie udało nam się zwiększyć ilość glukanów w ścianach komórkowych o 50–60 proc., a wyniki z hodowli w bioreaktorze są jeszcze bardziej obiecujące – cieszy się dr inż. Bzducha-Wróbel.

Teraz naukowcy chcą przejść do sprecyzowania praktycznych zastosowań otrzymanego z drożdży glukanu. Z literatury wiadomo, że związek ten potrafi wiązać toksyny wytwarzane przez niektóre grzyby. Tak się składa, że akurat te, które zanieczyszczają pasze dla zwierząt; byłby to dodatkowy argument przemawiający za komercjalizacją.

>>> Czytaj też: Juncker: Gdyby problem z uchodźcami pojawił się wcześniej, część krajów nie weszłaby do UE