Bananskall til proteiner: bananskall som substrat for E. coli K12

Abstract

Det kastes ufattelig store mengder mat globalt og i 2019 ble 17% av all mat kastet. I butikkene er bananen mest utsatt på grunn av dens evne til å lett brunes ved modning og skade. 35% av bananen består av bananskallet som blir med fra dyrkingen og frem til forbrukeren. Det brukes altså store ressursmengder på dyrking og transport av bananskallet uten at det har en anvendelse etter at bananen er spist. Det høye fiberinnholdet i bananskallet gjør det vanskelig å benytte for humant konsum, mens det høye fenol- og tannininnholdet gjør det vanskelig å anvende til dyrefòr og derfor havner mesteparten av bananskallene i søpla. Ofte kastes hele overmodne bananer. Disse kan brukes direkte til produksjon av encellede proteiner for å redusere matsvinnet, men fruktkjøttet egner seg bedre som ingrediens i andre næringsmidler som for eksempel bakverk. Bananskallet er litt mindre anvendelig og egner seg derfor bedre til produksjon av encellede proteiner, dette vil ikke bare redusere matsvinnet, men også gjenvinne det til menneskelig ernæring.

Denne oppgaven ser på bruken av bananskall til produksjon av encellede proteiner (ECP). Med et mål om å se om bananskall kan benyttes til produksjon av encellede proteiner av E. coli K12 ved bruk av enzymatisk hydrolyse. Forsøkene som ble utført for å finne ut av dette var enzymatisk hydrolyse, platespredning med sammenligning opp mot et optimalt medium, måling av OD opp mot et optimalt medium og TS utbyttet av hydrolysatet. Novozymes sponset enzymene Celluclast®, Pectinex® XXL og Saczyme® Yield til gjennomførelsen av den enzymatiske hydrolysen. Platespredningen viste ikke vekst av E. coli K12 på autoklavert hydrolysat agar med noe høyere vekst på kun varmebehandlet hydrolysat agar, men sammenlignet med det optimale mediet (BHI) var veksten betraktelig lavere. Ganske like resultat ble oppnådd for måling av absorbans, hvor veksten var veldig lav på hydrolysatet sammenlignet med BHI. Veksten var opp mot fire ganger høyere på BHI (0,75% TS) enn på hydrolysat (3% TS) etter 8 timer med inkuberingstid. Dette tyder på at varmebehandling av hydrolysatet kan ha negativ effekt på vekst av E. coli K12, men også at E. coli K12 vokser dårligere på hydrolysatet (3% TS) enn på BHI (0,75% TS).

Det er en del usikkerhet rundt årsakene, men mulige grunner til den dårlige veksten kan være: manglende makronæringsstoffer, maillardreaksjon under autoklavering med binding av næringsstoffer eller danning av vekstinhiberende maillardreaksjon produkter, innhold av vekstinhiberende tanniner og fenoler eller kontaminasjon av sprøytemidler eller andre kjemikalier. Det har blitt oppnådd vekst av E. coli K12 på bananskallhydrolysatet, og det kan derfor sies at bananskall kan benyttes til produksjon av encellede proteiner ved bruk av enzymatisk hydrolyse og E. coli K12. Graden av vekst var veldig lav, så det er ikke en lønnsom eller effektiv prosess. Videre arbeid er nødvendig, slik at prosessen kan effektiviseres og høyere utbytte kan oppnås.

The amount of food that is going to waste is massive. 17% of all food went to waste throughout 2019. The banana is the root cause of food waste in supermarkets because of its ability to bruise and turn brown by fast ripening. The banana peel comprises 35% of the banana. The peel follows all the steps from cultivation and until the banana reaches the consumer. A lot of resources are going into the production and transport of the banana peel without it having any major applications or uses after the banana is eaten. The fiber of the banana peel is too high for it to be suitable for human consumption and the phenol and tannins content is too high for it to be suitable as animal feed, for this reason, the banana peel ends up in the trash for the most part. The banana mainly gets thrown away as a whole and can be directly used for the production of single-cell proteins (SCP), but the banana fruit is more suitable as an ingredient in other foods. The banana peel has no major applications, but can be suitable for the production of SCP. This could be a good way of reducing food waste, but it would also recycle the banana peel for human consumption. This thesis looks at the use of banana peel for the production of SCP. The goal is to show if the banana peel is suitable for the production of SCP of E. coli K12 by using enzymatic hydrolysis. The experiments performed in this thesis were: Enzymatic hydrolysis, measuring of growth on plate count with comparison to an optimal medium, measurement of optical density (OD) alto compared to an optimal medium, and the dry matter (DM) content of the yield of the hydrolysate. Novozymes sponsored the enzymes Celluclast®, Pectinex® XXL, and Saczyme® Yield for the enzymatic hydrolysis. The plate count showed no growth of E. coli K12 on autoclaved hydrolysate agar and some growth on hydrolysate agar with a milder heat treatment, but when compared to the growth on the optimal medium (BHI), the growth was significantly lower. The results for OD showed similar results, the growth on hydrolysate was very low compared with BHI. The growth was up to four times higher on BHI (0,75% DM) than on hydrolysate (3% DM) after 8 hours of incubating. This shows that strong heat treatment of hydrolysate hurts the growth of E. coli K12, but also that E. coli K12 achieves lesser growth on hydrolysate (3% DM) than on BHI (0,75% DM).

There is a lot of uncertainty around the reasons for the low growth on the hydrolysate, but some of the reasons could be: it lacking some macronutrients, Maillard reaction which could occur while autoclaving which could bind nutrients and also make growth-inhibiting Maillard reaction products, high content of growth-inhibiting tannins and phenols or the contamination of pesticides or other chemicals. Growth of E. coli K12 has been achieved on banana peel hydrolysate, therefore it can be said that banana peel can be used for the production of SCP with the use of enzymatic hydrolysis and E.coli K12. The achieved growth was very low and can therefore not be used for a profitable nor effective process. Further work is needed for the process to achieve efficiency and the yield required for proper production.