Optimization of lactic acid production from dairy whey using indigenous lactic acid bacteria

Ogni volta che si produce il formaggio, una vasta quantità di liquido viene lasciata indietro. Per ogni chilogrammo di formaggio prodotto, vengono generati circa dieci litri di questo sottoprodotto acquoso, noto come siero dolce. Sebbene sembri acqua, è in realtà ricco di zuccheri, proteine e vitamine che il processo di produzione del formaggio non ha catturato. In molti luoghi, questo liquido ricco di nutrienti viene trattato come un rifiuto. Quando viene scaricato nei fiumi o lasciato marcire, consuma l'ossigeno nell'acqua e crea un pesante onere ambientale. Tuttavia, questo stesso liquido possiede un potenziale nascosto: gli zuccheri al suo interno possono essere nutriti a minuscoli, naturali microrganismi per creare acido lattico. Questa sostanza è un elemento base versatile utilizzato per produrre tutto, dai conservanti alimentari ai cosmetici, fino alle plastiche biodegradabili. Trasformare un prodotto di scarto inquinante in un materiale prezioso rappresenta un passaggio verso un'economia circolare, dove nulla viene sprecato e ogni output diventa un input per qualcosa di nuovo.

Nelle alture settentrionali del Ruanda, dove l'industria lattiero-casearia è cresciuta rapidamente, i ricercatori hanno affrontato la sfida di gestire i grandi volumi di siero prodotti dai produttori di formaggio locali. Un team dell'INES-Ruhengeri si è posto l'obiettivo di vedere se fosse possibile trasformare questo scarto in acido lattico utilizzando batteri che vivevano già nella regione. Inveve di importare colture specializzate dall'estero, hanno cercato nel yogurt locale, un tradizionale alimento fermentato, i microrganismi giusti. Hanno raccolto campioni di siero da tre diversi trasformatori di formaggio e yogurt da un mercato locale per iniziare la loro ricerca. Il siero testato è stato confermato essere una ricca zuppa di lattosio, lo zucchero presente nel latte, insieme a piccole quantità di proteine e minerali, rendendolo una fonte di cibo ideale per la fermentazione.

I ricercatori hanno prima isolato diverse ceppi di batteri lattici dallo yogurt locale. Questi sono gli stessi tipi di microbi amichevoli responsabili della trasformazione del latte in yogurt. Dopo averli testati in siero sterile, hanno selezionato uno specifico ceppo, che hanno chiamato LAB-4, perché si è dimostrato il più efficiente nel convertire lo zucchero del siero in acido. Questo ceppo è stato in grado di abbassare significativamente il pH del siero entro tre giorni, un segno che stava lavorando vigorosamente. Con questo batterio nativo in mano, il team è passato alla fase successiva: trovare l'ambiente perfetto affinché potesse operare. Sapevano che la temperatura, l'acidità iniziale del liquido e la quantità di batteri aggiunti avrebbero tutti cambiato il risultato, quindi hanno utilizzato un metodo sistematico per testare centinaia di combinazioni al fine di trovare il punto ottimale.

Attraverso questo attento test, gli scienziati hanno scoperto che i batteri performavano meglio se mantenuti a una temperatura calda di 37 gradi Celsius, con un pH iniziale di 6,0, e quando la miscela conteneva una specifica quantità di cultura batterica. Sotto queste condizioni ottimizzate, il processo è stato straordinariamente efficace. In sole 48 ore, i batteri hanno convertito il lattosio nel siero in acido lattico, raggiungendo una concentrazione di 43,2 grammi per litro. Questo risultato significava che per ogni grammo di zucchero consumato, i batteri producevano quasi 0,87 grammi di acido lattico, un'efficienza elevata che rivaleggia con i metodi che utilizzano colture commerciali importate. Il processo ha anche depurato l'acqua di scarto; la domanda chimica di ossigeno, una misura di quanto inquinamento fosse presente nel liquido, è diminuita di oltre due terzi, dimostrando che la fermentazione stava contemporaneamente trattando il rifiuto e creando un prodotto.

Una volta completata la fermentazione, il team ha dovuto separare l'acido lattico dal liquido. Hanno utilizzato un metodo semplice che prevede l'uso di idrossido di calcio per trasformare l'acido in un sale solido, che è stato poi filtrato e trattato con acido per rilasciare l'acido lattico puro. Questo passaggio di recupero è stato un successo, producendo circa il 75 percento dell'acido disponibile con una purezza dell'82,5 percento. Sebbene questa purezza sia inferiore a quella ottenibile dalle macchine industriali avanzate, è sufficiente per molti usi alimentari e tecnici. I ricercatori hanno anche esaminato l'economia del processo su piccola scala, stimando che la produzione di un chilogrammo di questo acido lattico costerebbe circa 2,10 dollari statunitensi. Questo livello di prezzo suggerisce che il metodo sia finanziariamente sostenibile per i trasformatori lattiero-caseari locali, offrendo un modo per trasformare una passività ambientale in un flusso di entrate.

Lo studio dimostra che le soluzioni locali possono affrontare problemi globali. Utilizzando batteri nativi della regione e ottimizzando la loro crescita sullo scarto locale, i ricercatori hanno dimostrato che i trasformatori lattiero-caseari ruandesi potrebbero gestire il loro siero in modo più sostenibile. Il lavoro conferma che il siero dolce è un substrato idoneo per la produzione di acido lattico e che i batteri autoctoni sono in grado di svolgere il compito in modo efficiente senza la necessità di costose colture importate. Sebbene gli esperimenti attuali siano stati condotti in beute e il metodo di recupero sia basilare, i risultati forniscono una solida base per lo sviluppo futuro. Il processo offre una via pratica e a basso costo per la valorizzazione degli scarti che si allinea con gli obiettivi del paese per la protezione ambientale e la crescita economica, trasformando un potenziale inquinante in una risorsa preziosa.