Αξιοποίηση διατροφικών υπολειμμάτων προς παραγωγή γαλακτικού οξέος.

Γεωργίου, Ελένη; Georgiou, Eleni

dc.contributor.author	Γεωργίου, Ελένη
dc.contributor.author	Georgiou, Eleni
dc.date.accessioned	2025-01-13T12:01:53Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60715
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28411
dc.rights	Default License
dc.subject	Υπολείμματα Τροφίμων	el
dc.subject	Μικροοργανισμοί	el
dc.subject	Γαλακτικό Οξύ	el
dc.subject	Απόβλητα	el
dc.subject	Ζύμωση	el
dc.subject	Food Waste	en
dc.subject	Fermentation	en
dc.subject	Microorganisms	en
dc.subject	Lactic Acid	en
dc.subject	Waste	en
dc.title	Αξιοποίηση διατροφικών υπολειμμάτων προς παραγωγή γαλακτικού οξέος.	el
dc.title	Utilization of food waste for the production of lactic acid.	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Environmental Science and Technology	en
heal.classification	Environmental Science	en
heal.classification	Επιστήμη και Τεχνολογία Περιβάλλοντος	el
heal.classification	Περιβαλλοντική Επιστήμη	el
heal.classification	Διαχείριση Αποβλήτων	el
heal.classification	Waste Management	en
heal.dateAvailable	2026-01-12T22:00:00Z
heal.language	el
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-07-09
heal.abstract	Το γαλακτικό οξύ είναι ένα οργανικό οξύ που παράγεται φυσικά κατά τη διαδικασία της ζύμωσης. Χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία τροφίμων, στα καλλυντικά και στις φαρμακευτικές εφαρμογές. Μπορεί δυνητικά να παραχθεί από τα απόβλητα τροφίμων, μέσω της δράσης βακτηρίων που διασπούν τους υδατάνθρακες. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτέλεσε η αξιοποίηση διατροφικών υπολειμμάτων για την παραγωγή γαλακτικού οξέος. Η εργασία αυτή στόχευσε στην επίτευξη πολλαπλών στόχων, με κυριότερη τη μείωση των αποβλήτων. Τα διατροφικά υπολείμματα αποτελούν σημαντική πηγή αποβλήτων, τα οποία επιβαρύνουν το περιβάλλον, όπως παρουσιάστηκε παραπάνω. Η αξιοποίηση αυτών των υπολειμμάτων για την παραγωγή γαλακτικού οξέος μπορεί να συμβάλει στη μείωση των αποβλήτων και στη βιώσιμη διαχείριση των πόρων. Επιπλέον, το γαλακτικό οξύ είναι ένα πολύτιμο προϊόν με ποικίλες εφαρμογές στη βιομηχανία τροφίμων, καλλυντικών, φαρμακευτικών προϊόντων και βιοπλαστικών. Η παραγωγή του από διατροφικά υπολείμματα μπορεί να οδηγήσει σε οικονομικά οφέλη και να αυξήσει την προστιθέμενη αξία των υπολειμμάτων αυτών. Η αξιοποίηση των διατροφικών υπολειμμάτων για την παραγωγή γαλακτικού οξέος εντάσσεται στο πλαίσιο της κυκλικής οικονομίας, όπου τα απόβλητα μετατρέπονται σε πολύτιμες πρώτες ύλες. Αυτός ο τρόπος προσέγγισης ενισχύει τη βιώσιμη ανάπτυξη και μειώνει την εξάρτηση από μη ανανεώσιμους πόρους. Η ανάπτυξη και βελτιστοποίηση των διαδικασιών παραγωγής γαλακτικού οξέος από διατροφικά υπολείμματα απαιτεί την εφαρμογή καινοτόμων τεχνολογιών και μεθόδων. Αυτό μπορεί να οδηγήσει σε νέες τεχνολογικές λύσεις και να προωθήσει την επιστημονική και τεχνολογική πρόοδο στον τομέα της βιοτεχνολογίας και της βιομηχανίας τροφίμων. Η μείωση των διατροφικών αποβλήτων και η αξιοποίησή τους για την παραγωγή γαλακτικού οξέος συμβάλλουν στην περιβαλλοντική βιωσιμότητα. Μειώνεται η ποσότητα των αποβλήτων που καταλήγουν στους χώρους υγειονομικής ταφής, ενώ παράλληλα μειώνεται το αποτύπωμα άνθρακα των βιομηχανικών διαδικασιών. Το υπόστρωμα που χρησιμοποιήθηκε ήταν υπολείμματα τροφών που προέρχονται από τους Καφέ Κάδους των Δήμων Βάρης Βούλας Βουλιαγμένης. Χρησιμοποιήθηκε επίσης ένα μείγμα γαλακτοβακίλλων (LAB), συμπεριλαμβανομένων στελεχών ετεροζυμωτικών γαλακτοβακίλλων που αναπτύχθηκε σε μέσο Man-Rogosa-Sharp (MRS). Το μίγμα γαλακτοβάκιλλων χρησιμοποιήθηκε για αναερόβια ζύμωση, όπου μετατράπηκαν τα σάκχαρα (εξόζες και πεντόζες) σε μείγμα προϊόντων (γαλακτικό οξύ, αιθανόλη, οξικό οξύ). Οι παράγοντες που εξετάστηκαν ήταν ο χρόνος ζύμωσης και η επίδραση της προσθήκης εμπορικών ενζύμων (αμυλάση-Spirizyme EXCEL και κυτταρινάση-NS87014), ενώ το στερεό φορτίο (10% w/w), το φορτίο μικροοργανισμών (10% w/v) καθώς και η θερμοκρασία και η ένταση της ανάδευσης (37 ºC, 150rpm) σε όλα τα πειράματα παρέμειναν σταθερά. Από τα πειράματα που εξετάστηκαν χωρίς ένζυμα, με ένα εκ των δύο ενζύμων και με την προσθήκη και των δύο, 40 μL/ g αμύλου spirizyme και 175 μL/g κυτταρίνης NS87014. Η μεγαλύτερη συγκέντρωση γαλακτικού οξέος σημειώθηκε στο πείραμα με προσθήκη και των δύο ενζύμων (αμυλάσης και κυτταρινάσης) και ήταν ίση με 32.63 g/L, η οποία αντιστοιχεί 280 mg lactic acid/g foodwaste (σε μάζα γαλακτικού οξέος ανά μάζα ξηρών υπολειμμάτων τροφίμων). Σε μια προσπάθεια να αυξηθεί η παραγωγικότητα του γαλακτικού οξέος, εφαρμόστηκε επαναλαμβανόμενη ζύμωση εξετάζοντας σε τρεις δοκιμές: την προσθήκη ενζύμων σε κάθε κύκλο, εναλλάξ προσθήκη ενζύμων και προσθήκη ενζύμων στον πρώτο μόνο κύκλο (40 μL/ g αμύλου Spirizyme και 175 μL/g κυτταρίνης NS87014). Τα καλύτερα αποτελέσματα λήφθηκαν με την προσθήκη και των δύο ενζύμων με τη συγκέντρωση του γαλακτικού οξέος να φτάνει στα 16.74με g/L που αντιστοιχεί σε 134.72 mg lactic acid/g foodwaste. Έπειτα, διερευνήθηκε η ανακλιμάκωση της διεργασίας και η παραγωγή του γαλακτικού οξέος σε αντιδραστήρα 4 λίτρων και η επίδραση αυτής στην τελική συγκέντρωση του γαλακτικού οξέος. Σε αυτή την περίπτωση η συγκέντρωση γαλακτικού οξέος που παρατηρήθηκε έφτασε τα 19.77 ± 0.33 g/L που αντιστοιχεί σε 147.79 mg lactic acid/g foodwaste σε 192 ώρες. H μελέτη αυτή απέδειξε ότι είναι τεχνικά εφικτό να παραχθεί γαλακτικό οξύ από υπολείμματα τροφίμων, παρέχοντας μια βιώσιμη προσέγγιση στην κυκλική οικονομία, ελαχιστοποιώντας τον περιβαλλοντικό αντίκτυπο των βιομηχανικών διαδικασιών. Περαιτέρω έρευνα στις λειτουργικές παραμέτρους και τα υποστρώματα που χρησιμοποιούνται θα μπορούσε να βελτιώσει την τεχνολογική και εμπορική ετοιμότητα της βιομηχανικής παραγωγής τέτοιων βιοσύνθετων ενώσεων.	el
heal.abstract	Lactic acid is an organic acid that is naturally produced during the fermentation process. It is widely used in the food industry, cosmetics, and pharmaceutical applications. It can potentially be produced from food waste through the action of bacteria that break down carbohydrates. The purpose of this thesis was to utilize food residues for the production of lactic acid. This work aimed to achieve multiple objectives, with the primary goal being the reduction of waste. Food residues are a significant source of waste that burdens the environment, as discussed above. Utilizing these residues for the production of lactic acid can contribute to waste reduction and sustainable resource management. Additionally, lactic acid is a valuable product with various applications in the food, cosmetics, pharmaceutical industries, and bioplastics. Its production from food residues can lead to economic benefits and increase the added value of these residues. Utilizing food residues for the production of lactic acid aligns with the circular economy framework, where waste is converted into valuable raw materials. This approach enhances sustainable development and reduces dependence on non-renewable resources. Developing and optimizing processes for producing lactic acid from food residues requires applying innovative technologies and methods. This can lead to new technological solutions and promote scientific and technological advancement in biotechnology and the food industry. Reducing food waste and utilizing it for lactic acid production contributes to environmental sustainability. It decreases the amount of waste ending up in landfills while simultaneously reducing the carbon footprint of industrial processes. The substrate used was food residues collected from the brown bins of the municipalities of Vari, Voula, and Vouliagmeni. A mixture of lactic acid bacteria (LAB), including heterofermentative lactic acid strains, developed in Man-Rogosa-Sharp (MRS) medium, was also used. The mixture of lactic acid bacteria was used for anaerobic fermentation, where sugars (hexoses and pentoses) were converted into a mixture of products (lactic acid, ethanol, acetic acid). The factors examined included fermentation time and the effect of adding commercial enzymes (amylase-Spirizyme EXCEL and cellulοse-NS87014), while the solid load (10% w/w), the microbial load (10% w/v), and the temperature and intensity of agitation (37ºC, 150 rpm) remained constant in all experiments. From the experiments conducted without enzymes, with one of the two enzymes, and with the addition of both, 40 μL/g starch spirizyme and 175 μL/g cellulose NS87014 were used. The highest concentration of lactic acid was observed in the experiment with the addition of both enzymes (amylase and cellulose) and was equal to 32.63 g/L, corresponding to 280 mg lactic acid/g foodwaste (in mass of lactic acid per mass of dry food residues). In an attempt to increase the productivity of lactic acid, repeated fermentation was applied, examining three trials: enzyme addition in each cycle, alternating enzyme addition, and enzyme addition only in the first cycle (40 μL/g starch Spirizyme and 175 μL/g cellulose NS87014). The best results were obtained with the addition of both enzymes, with the lactic acid concentration reaching 16.74 g/L, corresponding to 134.72 mg lactic acid/g foodwaste. Subsequently, the upscaling of the process and the production of lactic acid in a 4L-reactor were investigated, and its effect on the final lactic acid concentration was assessed. In this case, the lactic acid concentration observed reached 19.77 ± 0.33 g/L, corresponding to 147.79 mg lactic acid/g foodwaste in 192 hours. This study demonstrated that it is technically feasible to produce lactic acid from food residues, providing a sustainable approach to the circular economy, minimizing the environmental impact of industrial processes. Further research on the operational parameters and substrates used could improve the technological and commercial readiness of industrial production of such biosynthetic compounds.	en
heal.advisorName	Κόλλια, Κωνσταντίνα	el
heal.committeeMemberName	Μπαραμπούτη, Έλλη	el
heal.committeeMemberName	Μπέλτσιος, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Χημικών Επιστημών (I)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	91 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false