Cheese whey wastewater-derived Chlorella biomass promotes growth and β-galactosidase activity of Pediococcus sp. isolated from Gundurk

في عالم إنتاج الغذاء، غالبًا ما تكون النفايات ناتجًا ثانويًا لا يمكن تجنبه، ولكن بالنسبة للعلماء، يمكن أن تكون موردًا خفيًا. أحد هذه المنتجات الثانوية هو مصل اللبن (الوي)، وهو السائل المتبقي بعد تحويل الحليب إلى جبن. ورغم غنى هذا السائل بمواد مغذية مثل السكر والبروتين، إلا أنه يصعب التخلص منه لأنه قد يستنزف الأكسجين في المجاري المائية إذا تم إطلاقه دون معالجة. ولحل هذه المشكلة، يتطلع الباحثون إلى "المعيدات الصغيرة" في الطبيعة: الطحالب الدقيقة. هذه الطحالب هي كائنات حية دقيقة تشبه النباتات تستخدم ضوء الشمس للنمو، ولكن يمكنها أيضًا التغذي على العناصر الغذائية العضوية الموجودة في مجاري النفايات. وعندما تنمو هذه الطحالب، فإنها تحول النفايات إلى كتلة حيوية صلبة غنية بالمغذيات. وهذه الكتلة الحيوية ليست مجرد معالجة للنفايات؛ بل هي مكون غذائي محتمل غني بالبروتينات والدهون. وعلى الجانب الآخر من المعادلة توجد بكتيريا حمض اللاكتيك، وهي "خيل العمل" وراء الأطع "المخمرة مثل الزبادي والكرنب المخلل. هذه البكتيريا ضرورية لصحة الإنسان وحفظ الأطعمة، لكنها تتطلب ظروفًا محددة لتزدهر وتنتج إنزيمات مفيدة. والسؤال الذي دفع هذا البحث كان: هل يمكن للطحالب التي نمت على النفايات أن تساعد هذه البكتيريا بالفعل في أداء عملها بشكل أفضل، مما يخلق دورة تصبح فيها النفايات أداة لصنع غذاء أكثر صحة؟

قام فريق من الباحثين في معهد أبحاث العلوم الحيوية والتكنولوجيا الحيوية في نيبال باختبار هذه الفكرة باستخدام نوعين محددين من الكائنات الحية الدقيقة المحلية. أولاً، جمعوا مياهًا من بركة مياه عذبة في "بانيبا" للعثور على سلالة برية من "كلوريللا" (Chlorella)، وهي نوع شائع من الطحالب الخضراء الدقيقة. كما جمعوا عينات من "غوندورك" (Gundurk)، وهو طبق خضروات مخمر تقليدي مصنوع من أوراق الخردل، لعزل سلالة محددة من بكتيريا حمض اللاكتيك تسمى "بيديوكوكوس" (Pediococcus). أنشأ الباحثون بيئتين مختلفتين لنمو الطحالب؛ كانت إحداهما محلولًا مغذيًا قياسيًا للمختبر، والأخرى خليطًا من مياه صرف مصل اللبن والماء. وتركوا الطحالب تنمو لمدة ثمانية أيام في كلا البيئتين. وأظهرت النتائج أن الطحالب نمت بشكل جيد في مصل اللبن تمامًا كما نمت في المحلول المختبري القياسي. وفي الواقع، بحلول نهاية التجربة، أنتجت الطحالب في مصل اللبن عددًا أعلى قليلاً من الخلايا، حيث وصلت كثافتها إلى 17.3 مليون خلية لكل ميليلتر، مقارنة بـ 15.9 مليون في المحلول القياسي. والأهم من ذلك، أنتجت الطحالب التي نمت في النفايات مواد صلبة أكثر بكثير، حيث أعطت 1.40 جرامًا من الكتلة الحيوية الجافة لكل لتر، بينما أنتج المحلول القياسي 0.30 جرامًا فقط.

قام الباحثون بعد ذلك بفحص ما يوجد داخل خلايا الطحالب لمعرفة ما إذا كانت النفايات قد غيرت تركيبها. وباستخدام تقنية تقيس كيفية ارتداد الضوء عن الجزيئات، وجدوا أن الطحالب التي نمت في مصل اللبن لها تركيبة كيميائية مختلفة عن تلك التي نمت في المختبر. وتحديدًا، احتوت الطحالب النامية في مصل اللبن على المزيد من الدهون (Lipids)، وهي الزيوت والدهون، بينما بدت الطحالب النامية في المختبر ذات بصمة بروتينية أقوى. يشير هذا إلى أن العناصر الغذائية الموجودة في مصل اللبن، مثل اللاكتوز والمركبات العضوية الأخرى، دفعت الطحالب لتخزين المزيد من الطاقة في شكل دهون. ثم أخذ الفريق هذه الكتلة الحيوية الجافة للطحالب وأضافوها إلى الوسط الغذائي لبكتيريا "بيديوكوكوس". أرادوا معرفة ما إذا كان إطعام البكتيريا هذه الطحالب سيساعدها على النمو بشكل أسرع أو العمل بجهد أكبر. وكانت النتائج واضحة: ساعدت الكتلة الحيوية للطحالب البكتيريا على التكاثر بسرعة أكبر خلال مرحلة نموها النشطة. نمت البكتيريا بشكل أفضل بكثير في وجود الطحالب مقارنة بنموها بدونها، خاصة بعد 18 إلى 24 ساعة من النمو.

وبعيدًا عن مجرد مساعدة البكتيريا على النمو، عززت الطحالب أيضًا وظيفة محددة ذات قيمة عالية لصحة الإنسان: وهي القدرة على تكسير اللاكتوز. تنتج بكتيريا "بيديوكوكوس" طبيعيًا إنزيمًا يسمى "بيتا-جالاكتوزيداز" (beta-galactosidase)، والذي يساعد في هضم السكر الموجود في الحليب. وهذا أمر بالغ الأهمية لأن جزءًا كبيرًا من البالغين لا يستطيع هضم اللاكتوز بشكل صحيح. وعندما قاس الباحثون نشاط هذا الإنزيم، وجدوا أن البكتيريا التي تغذت على الطحالب أنتجت منه كمية أكبر بكثير من تلك التي تناولت نظامًا غذائيًا قياسيًا. أنتجت البكتيريا التي تغذت على الطحالب الناتجة من مصل اللبن مستوى نشاط إنزيمي قدره 38.82 وحدة، بينما أنتجت البكتيريا التي تغذت على الطحالب الناتجة من المحلول المختبري القياسي 49.33 وحدة. وكلا الرقمين كانا أعلى بكثير من الـ 18.34 وحدة التي أنتجتها المجموعة الضابطة التي لم تتناول أي طحالب. يشير هذا إلى أن الكتلة الحيوية للطحالب تعمل كمحفز قوي للأداء الإنزيمي للبكتيريا، على الرغم من أن الطحالب التي نمت في النفايات أنتجت نشاطًا إنزيميًا أقل قليلاً من تلك الناتجة في المختبر.

تخلص الدراسة من أن هذا النهج يقدم فائدة مزدوجة للبيئة وعلوم الغذاء. فمن خلال استخدام مصل اللبن لنمو الطحالب، أثبت الباحثون طريقة لتنظيف مجرى نفايات إشكالي مع إنشاء كتلة حيوية عالية القيمة في الوقت نفسه. وهذه الكتلة الحيوية، بدورها، تعمل كمضاف غذائي وظيفي يعزز أداء البكتيريا النافعة. وتشير النتائج إلى أن الكائنات الحية الدقيقة البرية من البيئات المحلية، مثل برك المياه العذبة والأطع _المخمرة التقليدية، يمكن دمجها في نظام موحد. هذا النظام لا يستعيد العناصر الغذائية من نفايات الألبان فحسب، بل يولد أيضًا منتجًا يمكن أن يحسن جودة الأطع _المخمرة ويساعد في عملية هضم الألبان لأولئك الذين يعانون من عدم تحمل اللاكتوز. وبينما أظهرت العملية أن الطحالب التي نمت في النفايات كان لها تأثير مختلف قليلاً على إنتاج الإنزيم مقارنة بالطحالب الناتجة في المختبر، فإن النتيجة الإجمالية تؤكد أن الكتلة الحيوية المستمدة من النفايات هي أداة قابلة للتطبيق وفعالة لدعم نمو ووظيفة البكتيريا النافعة.