Fish and fish wastes as source of bioactive compounds and raw material for energy industry

Celem niniejszej pracy była charakterystyka mięsa ryb oraz odpadów przemysłu rybnego jako źródła cennych składników odżywczych oraz surowca dla przemysłu energetycznego. Mięso ryb i przetwory rybne są ważnym elementem zróżnicowanej diety. Ryby i odpady rybne mogą być źródłem wielonienasyconych kwasów tłuszczowych omega-3 – kwasu dokozaheksaenowego (DHA) i eikozapentaenowego (EPA), czyli związków wywierających pozytywny wpływ na organizm człowieka. W technologii żywności stosuje się dodatki funkcjonalne pochodzące z ryb, w tym żelatynę rybną różniącą się właściwościami fizykochemicznymi od żelatyny wieprzowej, a także witaminy rozpuszczalne w tłuszczach oraz barwniki karotenoidowe o działaniu przeciwutleniającym. Z ryb mogą być także izolowane peptydy wykazujące przeciwdrobnoustrojowe oddziaływanie na różne gatunki bakterii Gram-dodatnich i Gram-ujemnych. W pracy wskazano również na możliwość wykorzystania poprodukcyjnych odpadów rybnych do pozyskiwania składników cennych pod względem żywieniowym. Oprócz wykorzystania odpadów rybnych do produkcji pasz i mączek rybnych, olejów oraz kiszonek, jak również hydrolizatów białkowych jako przypraw w kuchni azjatyckiej, możliwe jest ich wykorzystanie w przemyśle energetycznym, m.in. do produkcji paliwa ciekłego typu biodiesel lub do produkcji biogazu. W pracy omówiono także aspekt bezpieczeństwa spożywania mięsa ryb, które mogą zawierać szkodliwe lipofilowe związki organiczne oraz metale ciężkie kumulowane przez te zwierzęta w środowisku bytowania, czyli w zanieczyszczonych słodkich i słonych wodach.The objective of the study was to characterize fish meat and fish industry waste as a source of valuable nutritional components and raw material for energy industry. Fish meat and fish products are an important element of the diversified diet. Fish and fish wastes can be a source of omega-3 polyunsaturated fatty acids: docosahexaenoic acid (DHA) and eicosapentaenoic acid (EPA), i.e. of the compounds that have positive effects on human body. Functional additives from fish are often used in the food technology, such as fish gelatine that differs from pork gelatine in its physical-chemical properties, fat-soluble vitamins, and carotenoid pigments with antioxidant effects. Peptides can be isolated from fish; they have antimicrobial effects on various species of Gram-positive and Gram-negative bacteria. In the study, a possibility has been shown of using fish wastes from the fish industry to produce valuable nutritional components. In addition to the use of fish wastes in the production of fish feed and meals, fish oils and silages as well as protein hydrolysates utilized as spices in the Asian cuisine, it is possible to use those fish wastes as a raw material for the energy industry, among other things in the production of biodiesel - a type of liquid fuel and in the production of biogas. Also, safety aspects have been discussed of consuming fish, which may contain harmful lipophilic organic compounds and heavy metals accumulated by those animals in their natural living environment, i.e. in the contaminated freshwater and in salty waters

Impact of selected factors on extraction yield and composition of fatty acids in microbial oil produced from Yarrowia lipolytica yeast cells

Drożdże Yarrowia lipolytica to modelowy gatunek mikroorganizmów olejogennych, zdolny do kumulacji lipidów wewnątrz komórki w ilości powyżej 20 % suchej masy. Oprócz prac nad zwiększaniem wydajności biosyntezy oleju mikrobiologicznego ważnym zagadnieniem jest także dobór warunków ekstrakcji tłuszczu z biomasy drożdży. Celem pracy była ocena wpływu wybranych parametrów (rodzaju rozpuszczalnika, sposobu przygotowania próbki oraz czasu trwania procesu) na wydajność ekstrakcji tłuszczu zawartego w komórkach dzikiego szczepu drożdży Y. lipolytica KKP 379, prowadzonej w aparacie Soxhleta oraz na skład kwasów tłuszczowych w uzyskanym oleju. Hodowle okresowe drożdży prowadzono w bioreaktorze laboratoryjnym w bogatym podłożu YPO oraz w podłożach mineralnych z limitowaną zawartością azotu, co umożliwiło otrzymanie biomasy komórkowej o zróżnicowanej zawartości oleju mikrobiologicznego. W badaniach zastosowano plany kwadratów łacińskich, co pozwoliło na odmaskowanie efektu wpływu sposobu przygotowania próbki na zmienną zależną, jaką była zawartość tłuszczu w biomasie drożdży. Najlepsze rezultaty osiągnięto po przygotowaniu biomasy metodą lityczną z wykorzystaniem komercyjnego preparatu Y-PER. Zastosowany czas ekstrakcji oraz rodzaj rozpuszczalnika (eter naftowy lub heksan) nie wpłynęły istotnie na wydajność procesu. Rodzaj rozpuszczalnika miał z kolei wpływ na zawartość trzech kwasów tłuszczowych spośród czternastu zidentyfikowanych w lipidach ekstrahowanych z biomasy drożdży, tj. kwasu palmitooleinowego, eikozapentaenowego i dokozatetraenowego. Większą zawartość wymienionych kwasów oznaczono w próbkach ekstrahowanych heksanem.Yarrowia lipolytica yeasts are a model species of oleaginous microorganisms capable of accumulating lipids inside the cell in an amount exceeding 20 % of dry matter. In addition to studies on how to increase the efficiency of oil biosynthesis, an important issue is, also, the selection of conditions for lipid extraction from yeast biomass. The objective of the research study was to assess the impact of some selected parameters (type of solvent, sample treatment method, and the duration of the process) on the yield of extraction, run in an Soxhlet extractor, of lipids contained in cells of wild strain of Y. lipolytica KKP 379 yeast, and on the composition of fatty acids in the microbial oil produced. The yeasts were cultured in a batch process, in a laboratory bioreactor in a rich YPO medium, as well as in nitrogen restricted mineral media; thus, it was possible to obtain a cell biomass with varying contents of microbial oil. In the research, Latin Square Designs were applied so that the effect of biomass treatment method could be unmasked on the dependent variable, i.e. the content of lipids in the yeast biomass. The best results were achieved when the biomass was prepared using a commercial preparation of Y-PER. The applied duration time of extraction and the used type of solvent (petroleum ether or hexane) did not significantly impact the process yield. However, the type of solvent impacted the content of three fatty acids of the fourteen identified in the lipids extracted from the yeast biomass, ie. the content of palmitoleic, eicosapentaenoic, and docosatetraenoic acids. Higher contents of the above mentioned compounds were determined in the hexane extracted samples

The attempt to apply Yarrowia Lipolytica KKP379 yeast in fishery industry wastes management

Celem pracy przedstawionej w artykule była ocena możliwości zastosowania kilku produktów odpadowych pochodzących z przetwórni ryb (solanki, dwóch rodzajów odpadów po procesie wędzenia ryb oraz szlamu) jako źródła węgla do wzrostu dzikiego szczepu drożdży Y. lipolytica KKP 379. Najwyższy średni plon biomasy drożdży uzyskano w podłożu zawierającym szlam jako źródło węgla, natomiast najwyższą średnią aktywność lipolityczną oznaczono w płynie pohodowlanym z podłoża zawierającego olej odpadowy po procesie wędzenia. Wprawdzie średnia zewnątrzkomórkowa aktywność lipolityczna drożdży była niższa w porównaniu z uzyskaną w podłożu z oliwą z oliwek (znanym aktywatorem syntezy lipaz), ale zaletą przedstawionego rozwiązania mogą być względy ekonomiczne i ekologiczne.The aim of the study presented in the paper was to evaluate the possibility of application some fishery wastes (oily wastes from fish smoking process, fish leach and sludge) as a carbon sources in the culture medium for wild strain of yeast Y. lipolytica KKP 379. The highest average yeast biomass yield was achieved in the presence of sludge, but the highest lipase activity was observed in the presence of oily wastes from fish smoking process. The extracellular lipase activity in the culture medium was lower than that obtained in the presence of oil olive (the common activator of lipase synthesis), however this approach may be recommended due to the economic and environmental reasons

Utilization of waste from food and fuel industries by lipolytic yeast of Yarrowia lipolytica

Przemysł spożywczy i paliwowy wytwarzają znaczne ilości trudnych w utylizacji hydrofobowych odpadów, stąd istnieje potrzeba poszukiwania nowych metod ich zagospodarowania. Celem badań była ocena możliwości zastosowania wybranych hydrofobowych odpadów przemysłu spożywczego i paliwowego jako głównego źródła węgla oraz induktora syntezy enzymów lipolitycznych w hodowli szczepu drożdży Yarrowia lipolytica W29. Hodowle wstrząsane prowadzono przez 65 h w 28°C w zmodyfikowanym podłożu YPG, w którym glukoza została zastąpiona olejem po procesie wędzenia ryb, tłuszczem po procesie wędzenia wędlin wieprzowych, tłuszczem po pieczeniu kaczej tuszki, zjełczałym masłem klarowanym lub zużytym olejem silnikowym. Stwierdzono, że odpady te mogą być wykorzystywane jako źródło węgla w hodowli drożdży Y. lipolytica. Produkcję enzymów lipolitycznych zaobserwowano w podłożach zawierających tłuszczowe substraty, a aktywność enzymów korelowano ze składem kwasów tłuszczowych. Wykazano, że istnieje możliwość utylizacji zastosowanych substratów odpadowych w procesach mikrobiologicznych do syntezy enzymów o aktywności lipolitycznej.Waste disposal and by-product management in many branches of industry pose problems in the areas of environmental protection and sustainability. Hydrophobic waste substrates of food and fuel origin stands for one of the continuously gaining ground for waste management fields. The aim of the study was to evaluate the possibility to use food origin wastes and fuel industry waste as a carbon sources in the culture medium for Y. lipolytica W29 with their simultaneous valorization. Culture media contained 2% of waste substrates. In the study there were evaluated yeast biomass yield, number of yeast cells in 1 cm³ of medium and extracellular lipase activity after 65 h of yeast growth on a rotary shaker at 28°C. Five wastes were estimated: oily waste from duck roasting process, oily waste from sausages smoking process, rancid ghee, oily waste from fish smoking process and waste engine oil. Additionally fatty acid composition of lipid waste was analyzed using gas chromatography. It was shown the possibility of using these wastes in cultivation of yeast with their simultaneous valorization by obtaining valuable products, e.g. enzymes such as extracellular lipases as well as biomass intended for feed. Yeast biomass yielded from 19.77 g DM·dm⁻³ for oily waste from duck roasting process to 12.28 g DM·dm⁻³ for oily waste from fish smoking process. It has been found that waste substrates stimulate the synthesis of extracellular lipases with different efficiency. The highest activity was obtained in medium containing smoked fish oil (0.313 U·cm⁻³). Furthermore, in waste engine oil medium no lipase activity of Y. lipolytica yeast was observed, but cells did grow and formed a biofilm. The analysis of fatty acid compositions showed the highest oleic acid content in oily waste from duck roasting process (41.9%), slightly lower waste from sausages smoking process (37.8%) and two-fold lower in fish oil (17.3%). This is very important information, because some authors believe that lipolytic enzymes synthesized by the yeast Y. lipolytica show substrate specificity as compared to that oil. Furthermore, the waste oil from fish smoking process was characterized by the presence of polyunsaturated fatty acids containing more than 20 carbons in chain length (EPA and DHA). There was no correlation between lipolytic activity and oleic acid content in waste fat used as the carbon source in medium, but it can be concluded that Y. lipolytica yeast prefered unsaturated rather than saturated fatty acids in extracellular lipase production

Combined SANS and SAXS study of the action of ultrasound on the structure of amorphous zirconia gels

In the present work, we have studied for the first time the combined effect of both sonication and precipitation pH on the structure of amorphous zirconia gels synthesized from zirconium(IV) propoxide. The techniques of small-angle neutron and X-ray scattering (SANS and SAXS) and low temperature nitrogen adsorption provided the integral data on the changes in the microstructure and mesostructure of these materials caused by ultrasonic (US) treatment. Amorphous ZrO2·xH2O synthesized under ultrasonic treatment was found to possess a very structured surface, characterized by the surface fractal dimension 2.9–3.0, compared to 2.3–2.5 for the non US-assisted synthesis, and it was also found to possess a higher specific surface area, while the sizes of the primary particles remain unchanged