Sugar beet pulp as a carrier for Lactobacillus paracasei in lactic acid fermentation of agro-industrial waste

Abstract

Lactic acid (LA) has gained considerable importance in the global market due to a wide range of applications. Because of the growing demand for food and feed, the use of lignocellulosic residues, by-products and waste streams is highly needed for commercial LA production. This study investigated the possibility of using potato stillage and sugar beet molasses for LA and biomass production by Lactobacillus paracasei NRRL B-4564 immobilized on sugar beet pulp. Adsorption of L. paracasei enabled easy separation of bacterial biomass from the fermentation media and its efficient reuse in three successive batch cycles. Total LA concentration of 146 g L-1 and average productivity of 1.03 g L-1 h-1 were achieved on waste substrate using bacterial cells immobilized on a natural carrier without mineral and nitrogen supplementation. The solid part of fermentation media remaining after LA fermentation is a valuable co-product, which could be used as animal feed rich in probiotic biomass.

Mlečna kiselina (MK) zauzima značajno mesto na svetskom tržištu zbog širokih mogućnosti primene u prehrambenoj, kozmetičkoj, farmaceutskoj i hemijskoj industriji. Poslednjih godina potražnja za MK je znatno povećana zbog njene uloge u proizvodnji biodegradabilnih i biokompatibilnih polimera - polilaktida (PLA). Trenutno se na komercijalnoj skali MK proizvodi fermentacijom jestivih useva, kao što su šećerna repa, kukuruz i kasava. Zbog stalnog porasta globalne potražnje za hranom, ali i u cilju definisanja ekonomski održivog tehnološkog procesa, teži se proizvodnji MK iz alternativnih sirovina, kao što su lignocelulozni materijali, sporedni i otpadni proizvodi različitih industrija. U radu je ispitivana mogućnost korišćenja alternativnog supstrata - tečne krompirove džibre i melase šećerne repe za proizvodnju MK i mikrobne biomase pomoću soja Lactobacillus paracasei NRRL B-4564 imobilisanog na repin rezanac. Parametri ostvareni u imobilisanom sistemu su upoređeni sa parametrima postignutim u šaržnoj fermentaciji sa slobodnim ćelijama. Adsorpcija L. paracasei ostvarena na površinu repinog rezanca je jednostavna i brza metoda imobilizacije koja je omogućila laku separaciju bakterijske biomase iz fermentacionog medijuma i njeno efikasno ponovno korišćenje u tri uzastopna šaržna ciklusa. Ukupna koncentracija MK od 146 g L-1 i prosečna produktivnost od 1,03 g L-1 h-1 dobijena fermentacijom otpadnog supstrata na bazi krompirove džibre i melase šećerne repe sa ćelijama imobilisanim na prirodni lignocelulozni nosač je postignuta bez obogaćivanja supstrata mineralnim materijama i izvorima azota. Repin rezanac koji zaostaje nakon fermentacije zajedno sa imobilisanom mikrobnom biomasom se može koristiti kao visokokvalitetno hranivo za životinje bogato probiotskom biomasom.