Vir miljarde jare is Moeder Natuur alreeds besig om die herwinningsprosesse van materiaal te vervolmaak. Soos dit 'n goeie rentmeester betaam wat weet hoe om te bespaar, weet sy hoe om dít te vermy wat te veel of te min is.
Een van die beste voorbeelde van hierdie spaarsamige gedrag van die natuur, is die evolusie van herkouers: diere soos wildsbokke, boerbokke en beeste het 'n unieke verteringstelsel ontwikkel wat uit vier afsonderlike mae bestaan, wat selfs die gehardste grasse en blare in voedsame melk, wol en proteïene kan omsit.
Gril jy al net by die gedagte daaraan om jou kos op te bring, net om dit weer te kou voordat jy dit wéér afsluk? Beeste spandeer ongeveer ag uur per dag deur presies dit te doen! En daardeur help hulle hul mikrobiese gemeenskap (in hul spysverteringstelsel) om die rou plantmateriaal te verwerk.
'n Bees is derhalwe 'n natuurlike voorbeeld van gekonsolideerde bioprosessering waar sellulose (in plantmateriaal) gehidroliseer en omgesit word in verskeie produkte in een enkele houer - 'n bees. Wat kan ons dus by die natuur, en meer spesifiek beeste leer, wanneer ons te make het met 83 miljoen metrieke ton munisipale en landbou-afval wat jaarliks in Suid-Afrika gegenereer word?
Volgens mikrobioloë van die Universiteit Stellenbosch (US) se Departement Mikrobiologie, is die konsep van 'n bioraffinadery gebaseer op die vier-maag verteringstelsel van herkouers, moontlik die sleutel tot die totstandkoming van eenvoudige en robuuste, kleinskaalse bioraffinaderybedrywighede in Suid-Afrika en Afrika.
Prof Emile van Zyl, uitgelese professor in mikrobiologie aan die US, sê eerstewêreldlande het betekenisvolle vordering oor die laaste paar dekades gemaak in die ontwikkeling van kapitaalintensiewe en gevorderde tegnologieë ten einde bio-etanol uit plantmateriaal te produseer. So lank as wat relatief goedkoop fossielbrandstowwe egter nog beskikbaar is, is die uitbreiding van hierdie tegnologieë op groot skaal nie kommersieel lewensvatbaar nie.
“Suid-Afrika en Afrika kan nie die groot kapitale koste van grootskaalse sellulose-etanol-aanlegte en die tegnologiese uitdagings wat daarmee gepaardgaan, bekostig nie," verduidelik hy.
Dit is waarom hulle in 'n oorsigartikel wat onlangs in die vaktydskrif Catalysis, verskyn het, die rumen-mikrobioom vir anaërobiese verteringsprosesse voorstel. Tans word gemengde anaërobiese mikrobiese kulture gebruik om organiese materiaal af te breek ten einde hoofsaaklik biogas te genereer, maar meer navorsing is daarop gemik om die mees doeltreffende mikrobes te vind en die parameters vir hulle optimale funksionering te identifiseer. Die navorsers voer egter aan dat soogdierherkouers natuurlik ontwikkel het om plantmateriaal anaërobies te kan verteer.
Verder, in plaas daarvan dat biogas produseer word, stel die navorsers voor dat die laaste deel van die verteringsproses onderdruk word en mikrobiese gashere eerder gebruik word om organiese sure uit landbou-afval te produseer wat vir nywerhede belangrik is, soos: asynsuur, propionsuur, bottersuur, valeriensuur en kapronsuur. Gisbiotegnologie kan ook aangewend word vir die omskakeling van appelsuur in druiwe- en appelreste na melksuur, sitroensuur, fumiensuur en barnsteensuur wat van groter ekonomiese waarde is. Die huidige geldwaarde van organiese sure wissel byvoorbeeld tussen ongeveer US$600 per metrieke ton vir asynsuur, tot meer as US$2000 per metrieke ton koolstof 4-6 karboksielsuur. Met die stygende aanvraag na bioplastiek, behaal organiese polimere soos polilaktaat pryse van meer as US$3500 per metrieke ton.
Prof Marinda Viljoen-Bloom, een van die mede-outeurs, sê alhoewel die gebruik van rumen-mikrobes vir die vertering van plantmateriaal nie 'n nuwe konsep is nie, bly dit 'n uitdaging om die gekompliseerde interaksie wat in herkouers plaasvind, in 'n bioreaktor te probeer naboots. In die Navorsingsgroep vir Biobrandstowwe in die Departement Mikrobiologie, is hulle spesifiek besig om na maniere te soek wat waarde tot Suid-Afrikaanse afvalstrome kan toevoeg. Dr Sesethu Njokweni het in sy PhD-navorsing die anaërobiese produksie van vlugtige vetsure uit landbou-afval ondersoek, terwyl PhD-student Annica Steyn besig is met die ontwikkeling van 'n rekombinante gisstam wat appelsuur effektief in organiese sure van hoër ekonomiese waarde kan omsit.
Did you know?
Die belangrikste bronne van organiese afval in Suid-Afrika is suikerrietreste (5,35 miljoen metrieke ton), indringerplante (11,30 miljoen metrieke ton) en vrugte-afval (1,3 miljard metrieke ton). Mikrobioloë van die Universiteit Stellenbosch ondersoek die gebruik van soogdierrumen in die anaërobiese verteringsproses om sodoende organiese afval te kan afbreek in sy oorspronklike boublokke, waarna dit omgesit kan word in verskeie produkte van waarde. Dit is soortgelyk aan wat 'n koei doen met die prossessering van die ruvesel in plantmateriaal - dit word omgesit in die basiese boublokke waarop die produksie van melk berus.
Die artikel “Potential valorisation of organic waste streams to valuable organic acids through microbial conversion: a South African case study" verskyn in die vaktydskrif Catalysis en is aanlyn beskikaar by https://www.mdpi.com/2073-4344/11/8/964
Media-onderhoude
Prof Marinda Viljoen-Bloom
Departement Mikrobiologie, Universiteit Stellenbosch
E-pos: mv4@sun.ac.za
Selfoon: 083 630 3815
