Olive pomace pretreatments to enhance its valorisation by solid-state fermentation

Abstract

Olive oil is an important component of the Mediterranean diet and its extraction is one of the dominant economic activity in the southern Europe regions. As a result of the processes of extraction, the oil industry generates large amounts of wastes in a short period of time, and these are becoming an increasing problem of environmental pollution. The two-phase system is a recent process that allows the production of olive oil with economic and environmental benefits and produces a semi-solid waste, termed two-phase olive mill waste or olive pomace. The crude olive pomace, COP is less effective in production of enzymes that exhausted olive pomace, EOP (COP after drying and residual oil extraction). In this study, it was used the EOP as solid substrate to produce xylanases and cellulases by A. niger which was selected from fungi screening. To improve the enzyme production was evaluated the effect of pre-treatment of olive pomace by ultrasound. The results showed that the sonication led to a 3-fold increase of xylanase activity and a decrease of cellulase activity, indicating that ultrasounds treatment attacked the integrity of lignocellulosic material and increased the accessibility of hemicelluloses which induced the xylanases production by fungi. Other pretreatments were also tested such as, acid hydrolysis with diluted acid or ultrasound combined with acid hydrolysis, but did not increase the activities of enzymes. The study leads to the conclusion that the sugars which are released to the filtrate during the ultrasound pretreatment are very important for the enzymes production and the supplemented nutrients during the SSF process are essential for the growth of fungi. The fermentation time was another factor of great importance in the profile of the enzymes produced by SFF as short fermentation times favour the xylanases production by SSF and longer fermentation times favour cellulases production.

O azeite é um componente importante da dieta mediterrânea e a sua extração é uma das atividades económicas dominante nas regiões do sul da Europa. Como resultado dos processos de extração, a indústria do azeite gera grandes quantidades de resíduos num curto período de tempo, tornando-se num problema crescente de poluição ambiental. O sistema de duas fases é um processo recente que permite a produção de azeite com benefícios económicos e ambientais que gera um resíduo semi-sólido. O bagaço de azeitona húmido, COP é menos eficaz na produção de enzimas do que o bagaço de azeitona esgotado, EOP (COP após secagem e extração do azeite residual). Neste estudo, foi utilizado o EOP como substrato sólido para a produção de xilanases e celulases por A. niger. Para melhorar a produção de enzimas foi avaliado o efeito de um prétratamento do bagaço de azeitona por ultrassons. Os resultados mostraram que a sonicação levou a um aumento de 3 vezes da atividade das xilanases e uma diminuição da atividade das celulases, indicando que o tratamento por ultrassons atacou a integridade do material lignocelulósico aumentando a acessibilidade às hemiceluloses, o que induziu a produção de xilanases por fungos. Foram ainda avaliados outros pré-tratamentos, tais como a hidrólise ácida com ácido diluído ou ultrassons combinado com hidrólise ácida mas não aumentaram as atividades das enzimas produzidas. O trabalho permitiu concluir que, os açúcares que são libertados no meio reacional durante o pré-tratamento de ultrassons são muito importantes para a produção de enzimas e que os nutrientes suplementados durante o processo de SSF são essenciais ao crescimento de fungos. O tempo de fermentação foi outro fator com grande importância no perfil de enzimas produzidas por SFF já que tempos de fermentação curtos favorecem a produção de xilanases por SSF e tempos de fermentação maiores favoreceram a produção de celulases.