Valorizacija odpada pri proizvodnji oljčnega olja z mikrobnimi večvrstnimi biokatalitičnimi agregati

Povečano povpraševanje po pridelavi oljčnega olja povzroči več kot 30 milijonov m3 lignoceluloznih odpadkov v sredozemskem bazenu v enem letu, kar zahteva trajnostno ravnanje s trdnimi ostanki oljčnega ostanka, kot so npr. oljčne tropine (OT). Fitotoksičnost OT, ki jo povzročajo visoke koncentracije polifenolov, lipidov in organskih kislin, je mogoče zmanjšati z dvema različnima pristopoma: bodisi s sežiganjem odpadkov ali z njihovo valorizacijo, da bi dosegli cilje trajnosti in krožnosti. Valorizacijo je mogoče doseči na dveh tehničnih ravneh: (i) s kompostiranjem za proizvodnjo organskih gnojil ali (ii) z biotransformacijo za proizvodnjo spojin z dodano vrednostjo, ki se lahko uporabljajo v polimerni, živilski in farmacevtski industriji. Ena od glavnih težav visoko organskega OT materiala je, da se naravno le počasi biotransformira in biološko razgradi zaradi nizke vsebnosti dušika, težko razgradljivih snovi, kot je lignoceluloza in protimikrobnih spojin, npr. maščobnih kisline in polifenolov. Da bi premagali težave in povečali učinkovitost biorazgradnje in biotransformacije OP, moramo uvesti ustrezne bakterijske seve, bodisi en sam verzatilen sev, ki vključuje vse presnovne poti, potrebne za razgradnjo spojin, ki jih najdemo v tropinah, ali več specializiranih sevov, ki skupaj delujejo kot superorganizem tako, da prispevajo posamezne korake presnovnih poti, ki sodelujejo pri razgradnji. Glede na kemično sestavo OT je skoraj nemogoče najti verzatilen sev, ki bi bil sposoben razgraditi tako raznolike substrate in preživeti tudi visoko razmerje C:N, nizek pH in prisotnost protimikrobnih snovi. Edina rešitev je torej uporaba sintetičnega konzorcija, sestavljenega iz nabora različnih specializiranih sevov, kar poudarja drugi največji problem, kako naj se ta konzorcij zgradi. Kot je znano iz različnih poročil, je poleg sestave tudi pomembna razporeditev različni sevi v prostoru, da bi čim bolj učinkovito sodelovali pri razgradnji substrata. Ker lahko prostorsko urejene sintetične (PUS) konzorcije pripravimo tako, da bakterijske celice povežemo med seboj, bomo implementirali naš inovativni pristop modifikacije celic, ki temelji na spreminjanju njihovega površinskega naboja. Takšna površinska modifikacija omogoča celicam, da se pritrdijo na nasprotno nabit polimerni substrat, kot je netopen rastlinski material ali pa na druge celice. V skladu s tem si obe raziskovalni skupini, ena iz Slovenije, specializirana za razvoj sintetičnih združbe, in druga iz Hrvaške strokovnjaki za kompostiranje, prizadevata pridobiti naravno kompatibilne celice z naključno agregacijo ter sintetično zgraditi PUS konzorcije, ki bodo vključeni v nosilce ali pritrjeni na netopen rastlinski material, da: (i) dosežemo hitrejši proces kompostiranja, tj. zmanjšamo količino OT in ga pretvorimo v organsko gnojilo ter (ii) pokažemo proizvodnjo različnih produktov z dodano vrednostjo iz spojin, prisotnih v OT materialu (npr. polihidroksialkanoati in aromatične snovi). Za dosego teh ciljev bomo izbrali, zgradili in okarakterizirali najučinkovitejše PUS konzorcije z uporabo različnih metodologij molekularne biologije in kemijskih analitičnih pristopov. V glavnem bomo poskušali oceniti aktivnost teh konzorcijev z določanjem različnih presnovnih stranskih produktov procesa razgradnje, pa tudi z molekularnimi orodji, kot sta transkriptomika in metagenomika, da bi ugotovili dinamiko skupnosti in njihovo stabilnost za učinkovito optimizacijo procesov. Pripravljeni imobilizirani konzorciji bodo nato uporabljeni tudi v pilotnih reaktorjih za kompostiranje kjer bomo nadalje optimizirali proces kompostiranja. Zreli kompost bomo nato testirali z biološkimi testi za določitev fitotoksičnosti in aktivnosti, ki stimulira rast rastlin.