Prawodawstwo dość ogólnie klasyfikuje roślinne odpady rolnicze lub odpady z przemysłu spożywczego jako „odpady tkanki roślinnej” lub „materiały nienadające się do spożycia lub przetwarzania”. Definicja ta nie uwzględnia jednak specyfiki niektórych rodzajów odpadów. W myśl założeń gospodarki zrównoważonej, konieczne są strategie przekształcania tych odpadów w produkty o wartości dodanej. Procesy takiej konwersji powinny być technologicznie wydajne i ekonomicznie opłacalne.
Polska jest jednym z 10 największych światowych producentów buraka cukrowego. Z racji ogromnej skali produkcji cukru z buraków cukrowych, wysłodki stanowią istotny pod względem objętości, produkt uboczny. Po przerobie 1 tony buraków pozostaje średnio 280 kg wysłodków. Świeże wysłodki zawierają około 93-95% wody, w wysłodkach prasowanych woda stanowi 70-80%. Tłuszcz występuje w ilościach śladowych, zaś związki azotowe składają się głównie z białka właściwego, inne bowiem frakcje są wymywane w procesie dyfuzji cukru. Wysłodki zawierają niewielkie ilości sacharozy (do 10% suchej masy), jednak większość ich suchej masy (65-80 %) stanowią polisacharydy, takie jak celuloza (22-40 % s.m.), ligniny (3-4 % s.m.), hemicelulozy, z przewagą arabanu i galaktanu (24-32%) oraz pektyna (24-32%). Wysoka aktywność wody oraz różnorodny skład chemiczny stymulują rozwój drobnoustrojów zanieczyszczających, co czyni wysłodki materiałem odpadowym wymagającym natychmiastowego zagospodarowania.
Działaniem podjętym przez Ministerstwo Rolnictwa I Rozwoju Wsi jest realizacja Programu pt. „Zwiększenie wykorzystania krajowego białka paszowego dla produkcji wysokiej jakości produktów zwierzęcych w warunkach zrównoważonego rozwoju”, uchwalonego w drodze uchwały nr 222/2015 Rady Ministrów z dnia 15 grudnia 2015 r. Głównym celem tego Programu jest stworzenie możliwości do zwiększania bezpieczeństwa białkowego kraju na cele paszowe i żywnościowe w warunkach zrównoważonego rozwoju. Realizacja tego programu przebiega dwutorowo – z jednej strony promowane jest dążenie do zwiększenia produkcji roślin wysokobiałkowych jak tj. groch, łubiny, bobik oraz krajowe odmiany soi. Drugą drogą zwiększania potencjału pasz białkowych jest rozwój produkcji drożdży paszowych oraz wykorzystanie roślinnych produktów odpadowych pochodzących z przemysłu spożywczego.
O wartości paszowej odpadu roślinnego stanowi głównie skład chemiczny, w tym przede wszystkim jakościowy i ilościowy udział węglowodanów, białek i tłuszczy. Biomasa wysłodków uboga w białko i tłuszcze, wykorzystywana bezpośrednio do skarmiania zwierząt, stanowi jedynie paszę objętościową. Wysłodki mogą stanowić taką paszę dla przeżuwaczy i koni, w mniejszym stopniu dla trzody chlewnej.
Działania badawcze podjęte na Wydziale Biotechnologii i Nauk o Żywności w Katedrze Biotechnologii Środowiskowej i w Instytucie Technologii Fermentacji i Mikrobiologii w ramach projektu Biostrateg2/296369/NCBiR/2016 dotyczą opracowania technologii efektywnego zagospodarowania dużej ilości odpadów powstających w procesie produkcji cukru białego, w szczególności wysłodków na cele paszowe. Celem badawczym jest zoptymalizowanie nowej proekologicznej metody zagospodarowania wysłodków buraczanych jako surowca paszowego o wysokiej zawartości białka wzbogaconego o witaminy, aminokwasy, wapń oraz prebiotyczne oligomery pektynowe. Szczególnie oryginalne prace badawcze koncentrują się na otrzymywaniu preparatu synbiotycznego zawierającego naturalne oligosacharydy pochodzące z biomasy wysłodków. W tym celu opracowano różne technologie enzymatyczne oraz wyselekcjonowano drobnoustroje by w skojarzonych procesach mikrobiologiczno-enzymatycznych uzyskać pożądany efekt. Przeprowadzone zostały badania skriningowe mikroorganizmów możliwych do zastosowania w produkcji paszowej pod kątem uzyskania białka oraz nutraceutyków.
Witaminy i aminokwasy odgrywają ważną rolę w procesie żywienia zwierząt, a ich niedobór w paszy wywołuje zaburzenia w organizmie oraz prowadzi do obniżenia odporności na choroby. Na przykład brak L-lizyny w paszach ogranicza wartość biologiczną wielu białek roślinnych, np. pszenicy, kukurydzy. Niedobór tego aminokwasu w pożywieniu powoduje zahamowanie wzrostu zwierząt hodowlanych, zanik mięśni, zakłócenie biosyntezy białek, odwapnienie kości. Udowodniono, że dodatek L-lizyny w paszy dla zwierząt (0,1-0,4%) poprawia zdecydowanie wykorzystanie białka paszowego, co przynosi wymierne korzyści ekonomiczne.
W świetle najnowszych badań, oligosacharydy pektynowe uznane zostały jako obiecujące źródło prebiotyków nowej generacji. Wiele dotychczasowych światowych badań koncentrowało się na optymalizacji metod hydrolizy biomasy roślinnej, a następnie na oszacowaniu aktywności prebiotycznej oligosacharydów wytwarzanych z różnych surowców bogatych w pektyny, w tym: skórki cytrusów, pulpy buraczanej, pulpy ziemniaczanej i wytłoków jabłkowych. Polskie wysłodki buraczane charakteryzują się znaczną zawartością pektyn. Surowiec ten może być więc odpowiednim materiałem wyjściowym do otrzymywania szeregu oligosacharydów o wysokiej aktywności biologicznej. Stosowanie prebiotyków jako dodatków paszowych wpływa korzystnie na przyrost masy zwierząt hodowlanych, zwiększenie aktywności enzymów trawiennych i adsorpcji minerałów, stymuluje układ immunologiczny oraz przeciwdziała występowaniu biegunek. Galaktan zawierający wiązania β-(1-4) pochodzący z bocznych łańcuchów domeny strukturalnej ramnogalakturonanu I w pektynie buraczanej może stanowić cenny składnik aktywny o aktywności prebiotycznej i działaniu antynowotworowym. Możliwe jest zatem uzyskanie suplementów paszowych z wysłodków buraczanych o pejotropowym oddziaływaniu zawartych w nich struktur oligosacharydowych, zarówno na mikrobiom jelitowy jak i komórki nowotworowe.
Pasze roślinne zawierają na ogół niedostateczną ilość wapnia. Poziom tego pierwiastka musi być uzupełniony za pomocą pasz pochodzenia zwierzęcego lub mineralnego. Doskonałym źródłem dobrze przyswajalnego wapnia może odpadowy produkt powstający w procesie produkcji cukru (wapno defekosaturacyjne).
Ze względu na niski koszt i łatwość pozyskiwania, polskie wysłodki buraczane mogą konkurować z innymi surowcami stosowanymi do wytwarzania jakościowych pasz o dobrej charakterystyce żywieniowej i prozdrowotnej. Badania Zespołu KBŚ PŁ wpisują się doskonale w strategiczne i aktualne zagadnienia wykorzystania krajowych roślinnych materiałów odpadowych dla produkcji wysokiej jakości pasz zgodnie z zasadami zrównoważonego rozwoju.
AUTORZY: Joanna Berłowska (1), Agnieszka Wilkowska (2), Piotr Dziugan(1), Dorota Kręgiel (1)
(1)Katedra Biotechnologii Środowiskowej
(2)Instytut Technologii Fermentacji i Mikrobiologii
Wydział Biotechnologii i Nauk o Żywności
Politechnika Łódzka
Literatura:
– Berlowska J, Cieciura-Włoch W, Kalinowska H, Kregiel D, Borowski S, Pawlikowska E, Binczarski M, Witonska I. Enzymatic Conversion of Sugar Beet Pulp: A comparison of simultaneous saccharification and fermentation and separate hydrolysis and fermentation for lactic acid production. Food Technol Biotechnol., 2018, 56(2), 188-196.
– Bonnin E., Ralet M.-C., Thibault J.-F., Schols H.A. Enzymes for the valorisation of fruit- and vegetable-based co-products, W: Woodhead Publishing Series in Food Science, Technology and Nutrition, Handbook of Waste Management and Co-Product Recovery in Food Processing (edytor Waldron K.), Woodhead Publishing, 2009.
– Cárdenas-Fernández M, Bawn M, Hamley-Bennett C, Bharat PKV, Subrizi F, Suhaili N, Ward DP, Bourdin S, Dalby PA, Hailes HC, Hewitson P, Ignatova S, Kontoravdi C, Leak DJ, Shah N, Sheppard TD, Ward JM, Lye GJ. An integrated biorefinery concept for conversion of sugar beet pulp into value-added chemicals and pharmaceutical intermediates. Faraday Discuss. 2017, 202, 415-431.
– Modelska M, Berlowska J, Kregiel D, Cieciura W, Antolak H, Tomaszewska J, Binczarski M, Szubiakiewicz E, Witonska IA. Concept for Recycling Waste Biomass from the Sugar Industry for Chemical and Biotechnological Purposes. Molecules. 2017, 22(9), 1544.
– Patel S., Shukla S.. Fermentation of food wastes for generation of nutraceuticals and supplements. W: Fermented Foods in Health and Disease Prevention (edytorzy: Frias J., Martinez-Villaluenga C., Peñas E., Academic Press, 2016.
– Patelski, P.; Berłowska, J.; Balcerek, M.; Dziekońska-Kubczak, U.; Pielech-Przybylska, K.; Dygas, D.; Jędrasik, J. Conversion of potato industry waste into fodder yeast biomass. Processes 2020, 8, 453.
– Wilkowska, A.; Berlowska, J.; Nowak, A.; Motyl, I.; Antczak-Chrobot, A.; Wojtczak, M.; Kunicka-Styczyńska, A.; Binczarski, M.; Dziugan, P. Combined yeast cultivation and pectin hydrolysis as an effective method of producing prebiotic animal feed from sugar beet pulp. Biomolecules 2020, 10, 724.
