Projekat EXCALIBUR istražuje kompleksnost proizvodnje biođubriva i biopesticida, fokusirajući se na analizu prednosti i nedostataka različitih proizvodnih procesa i identifikaciju oblasti koje treba unaprediti kako bi se omogućilo širenje i široka primena ovih proizvoda. Biođubriva i biološka sredstva za zaštitu, koja uključuju korisne mikroorganizme, prepoznaju se kao održiva alternativa hemijskim đubrivima zbog brojnih koristi koje nude za poljoprivredu, životnu sredinu i ljudsko zdravlje.
Prema jednoj od najcitiranijih definicija biođubriva, koju su pre deset godina opisali Malusa i Vasilev, biođubrivo je formulisan proizvod koji sadrži jedan ili više mikroorganizama koji poboljšavaju nutritivni status biljaka, njihov rast i prinos. Ova poboljšanja se postižu zamenom hranljivih materija u zemljištu, povećanjem dostupnosti hranljivih materija biljkama ili povećanjem pristupa biljaka hranljivim materijama.
Prema projektu EXCALIBUR, ova definicija se razlikuje od biološke kontrole, koja se odnosi na mikroorganizme koji smanjuju ili potpuno suzbijaju patogene biljaka proizvodnjom supstanci koje inhibiraju metabolizam patogena ili povećavaju prirodnu otpornost biljaka. Dok biođubrenje fokusira na poboljšanje rasta biljaka, otpornosti na stres i kvaliteta, biološka kontrola se bavi suzbijanjem patogena.
Šta sve obuhvata EXCALIBUR?
Bitno je napomenuti da mikroorganizmi mogu obavljati obe funkcije – promociju rasta biljaka i biološku kontrolu – što naglašava njihov značaj u poljoprivredi. Ipak, proizvodnja i široka primena biođubriva suočavaju se sa nekoliko izazova, naročito nakon dugog perioda izolacije, selekcije i karakterizacije korisnih mikroorganizama za biljke. Savremena istraživanja usmerena su na optimizaciju procesa fermentacije za proizvodnju visokokvalitetne biomase i spora u velikim količinama, kao i na njihovu dalju formulaciju.
Celokupni biotehnološki lanac proizvodnje đubriva i biološke kontrole treba pažljivo analizirati, jer su svi delovi međusobno povezani. To uključuje formulaciju fermentacije, procese skladištenja i primene, kao i sve aspekte povezane sa tim. Glavni izazovi u proizvodnji biođubriva obuhvataju povećanje obima laboratorijskih tehnologija, troškove proizvodnje i kontrolu kvaliteta. Za razliku od hemijskih đubriva, biođubriva zahtevaju specijalizovanu opremu, pristupačne supstrate i kontrolisane uslove za rast mikroorganizama. Proces skaliranja mora očuvati održivost, bezbednost i efikasnost odabranih mikroorganizama, izbegavajući kontaminaciju i varijabilnost sojeva.
Potreba za dodatnim istraživanjima je očigledna kako bi se identifikovale i razvile mikrobne vrste koje stabilno i efikasno interaguju sa biljnim i zemljišnim sistemima. Takođe je ključno optimizovati proizvodnju i formulaciju ovih mikroorganizama kako bi se poboljšala njihova primena i efikasnost u praksi.
Učešće na projektu
U okviru projekta EXCALIBUR, saradnici uključuju Nikolaja Vasileva i Mariju Vasilevu sa Katedre za hemijsko inženjerstvo Univerziteta u Granadi (Španija) i dr Stefana Mocalija iz CREA-AA u Firenci (Italija). Projekat se bavi istraživanjem različitih metoda proizvodnje biođubriva i biopesticida, uključujući analizu prednosti i mana dva glavna proizvodna procesa: fermentaciju u čvrstom stanju i potopljenu fermentaciju.
Fermentacija može da se odvija u čvrstom stanju ili u potopljenim uslovima, pri čemu svaki od ovih procesa ima specifične prednosti i nedostatke. Dok mnogi istraživački timovi proučavaju samo jedan od ovih režima, biotehnološkim kompanijama može biti korisno imati mogućnost izbora između oba. Ako soj može da raste i u čvrstom stanju i u potopljenim uslovima i da razvije dovoljnu količinu biomase ili spora, pružanje oba režima može biti optimalno rešenje.
Dva tipa fermentacije
Fermentacija u čvrstom stanju i tečna-potopljena fermentacija utiču različito na rast mikroorganizama i njihov metabolički aktivnost. Na primer, u okviru H2020 projekta EXCALIBUR otkriveno je da jednostavan medij za buferaciju povećava rast Paenibacillus polymyxa u tečnoj fermentaciji, dok isti soj pokazuje veću formaciju spora u čvrstom stanju. Fermentacija u čvrstom stanju može biti korisnija zbog lakše finalne formulacije i bolje očuvanja proizvoda tokom skladištenja. S druge strane, tečna-potopljena fermentacija omogućava lakšu kontrolu i bržu proizvodnju biomase i mikrobioloških metabolita.
Tečna fermentacija pruža homogenu distribuciju hranljivih materija i kiseonika u bioreaktoru. Pak sa druge strane, procesi sa čvrstim medijumom često nude prednosti u pogledu skladištenja i dugotrajnosti. Takođe, postoje brojne neiskorišćene biotehnološke šeme, kao što su fermentacija u serijama, procesi sa imobilizovanim ćelijama i kontinuirane fermentacije. Ove šeme još uvek nisu široko primenjivane. Međutim, stručnjaci tvrde da one nude značajne tehnološke i ekonomske prednosti.
Fermentacija značajno utiče na vrstu komercijalnog proizvoda. Na primer, fermentacija u čvrstom stanju može rezultirati čvrstim česticama koje se mogu direktno koristiti kao komercijalni proizvod, ili u kombinaciji sa čvrstim zaštitnicima, ili se mogu ekstraktovati metaboliti i formirati proizvodi bez ćelija. Razvoj formulacija na bazi metabolita bez ćelija može predstavljati budućnost bio-bazirane poljoprivrede jer ne zahteva dalju adaptaciju u zemljištu.
Formulacije u detalj
Formulacije na bazi gela nude dodatne prednosti. Tu spadaju bolja otpornost tokom skladištenja i sporo oslobađanje sadržaja u zemljištu, što štiti mikroorganizme od teških uslova. Analize projekta EXCALIBUR su pokazale da su mikroorganizmi efikasniji u imobilizovanom stanju, što može doprineti njihovoj dugotrajnoj primeni.
Kako se ističe u projektu EXCALIBUR, uticaj formulacija mikroorganizama na biološku raznovrsnost i funkcije u zemljištu još uvek nije potpuno razumevan. Brzo nestajanje inokulanta u zemljištu ne mora nužno značiti nedostatak dugotrajnijih promena u mikrobiološkim zajednicama. Inokulacija može značajno uticati na strukturu bakterijskih i gljivičnih zajednica u zemljištu.
U budućnosti, unapređenje razumevanja mikrobioma i interakcija između mikrobioma i životne sredine može dovesti do razvoja inovativnih proizvoda i strategija za proizvodnju mikrobioloških konsorcijuma. Povećanje funkcionalnosti mikroorganizama i sinergijskih interakcija može pomoći u prevazilaženju ekoloških stresova i smanjiti rizik od neuspeha na terenu. Međutim, regulatorna pitanja mogu ograničiti komercijalnu primenu novih tehnologija.
Izvor: Innovation News Network
