<p>Све обимнија индустријализација која је одговор на захтеве потрошачког друштва, велики је експлоататор ресурса и генератор, поред жељеног производа и великих количина отпадних токова. У највећем број случајева индустријски ефлуенти бивају испуштени у природне реципијенте јер већ њихова примарна обрада изискује додатна улагања. Развојем технике и технологије омогућена је примена биопроцеса у ову сврху, али само искоришћење отпадних вода као сировине за биотехнолошку производњу обећава симултану заштиту животне средине и економску добит, односно представља решење проблема које је одрживо.<br />У оквиру истраживања која су обухваћена овом докторском дисертацијом доказана је могућности примене отпадних вода прехрамбене индустрије као основе култивационог медијума у биотехнолошкој производњи биополимера ксантана. Полазни корак за индустријализацију предложеног поступка је развој симулационог модела који у највећој мери треба да опише реалну ситуацију у материјалном, енергетском, еколошком и економском смислу. Реализација оваквог циља захтева познавање узрочно-последичне везе између метаболичке активности примењеног биокатализатора и процесних услова међу којима је веома значајан састав култивационог медијума.<br />У ту сврху извршена је карактеризација 18 отпадних вода које припадају различитим гранама преграмбене индустрије и потврђена могућност њихове примене као основе култивационог медијума за биотехнолошку производњу ксантана. Експериментално је потврђена могућност производње ксантана на овим ефлуентима применом производног микроорганизма Xanthomonas campestris ATCC 13951, извођењем биопроцеса у биореактору стандардних геометријских односа, запремине 2 l. Оптимизација састава култивационог медијума са отпадним водама одабраних грана прехрамбене индустрије, у погледу најзначајнијих нутријената и са циљем добијања што већег садржаја жељеног производа, изведена је применом методе жељене функције. У наставку истраживања, дефинисана је кинетика биосинтезе ксантана у биореактору запремине 7 l, а добијени кинетички модели за умножавање биомасе (логистичка једначина), настајање производа (Luedeking-Piret-ова једначина) и потрошњу извора угљеника (модификована Luedeking-Piret-ова једначина)) су искоришћени за развој симулационог модела биопроцеса производње ксантана применом ефлуената прехрамбене индустрије.<br />Генерисаним симулационим моделом производње ксантана применом отпадних ефлуената различитих грана прехрамбене индустрије су предвиђени првенствено процесни, а потом и економски показатељи овог биотехнолошког процеса. Са технолошког аспекта, резултати ових истраживања представљају поуздан извор информација за дефинисање идејног решења предложеног биопроцеса који је основа за израду главног технолошког пројекта.</p> / <p>Sve obimnija industrijalizacija koja je odgovor na zahteve potrošačkog društva, veliki je eksploatator resursa i generator, pored željenog proizvoda i velikih količina otpadnih tokova. U najvećem broj slučajeva industrijski efluenti bivaju ispušteni u prirodne recipijente jer već njihova primarna obrada iziskuje dodatna ulaganja. Razvojem tehnike i tehnologije omogućena je primena bioprocesa u ovu svrhu, ali samo iskorišćenje otpadnih voda kao sirovine za biotehnološku proizvodnju obećava simultanu zaštitu životne sredine i ekonomsku dobit, odnosno predstavlja rešenje problema koje je održivo.<br />U okviru istraživanja koja su obuhvaćena ovom doktorskom disertacijom dokazana je mogućnosti primene otpadnih voda prehrambene industrije kao osnove kultivacionog medijuma u biotehnološkoj proizvodnji biopolimera ksantana. Polazni korak za industrijalizaciju predloženog postupka je razvoj simulacionog modela koji u najvećoj meri treba da opiše realnu situaciju u materijalnom, energetskom, ekološkom i ekonomskom smislu. Realizacija ovakvog cilja zahteva poznavanje uzročno-posledične veze između metaboličke aktivnosti primenjenog biokatalizatora i procesnih uslova među kojima je veoma značajan sastav kultivacionog medijuma.<br />U tu svrhu izvršena je karakterizacija 18 otpadnih voda koje pripadaju različitim granama pregrambene industrije i potvrđena mogućnost njihove primene kao osnove kultivacionog medijuma za biotehnološku proizvodnju ksantana. Eksperimentalno je potvrđena mogućnost proizvodnje ksantana na ovim efluentima primenom proizvodnog mikroorganizma Xanthomonas campestris ATCC 13951, izvođenjem bioprocesa u bioreaktoru standardnih geometrijskih odnosa, zapremine 2 l. Optimizacija sastava kultivacionog medijuma sa otpadnim vodama odabranih grana prehrambene industrije, u pogledu najznačajnijih nutrijenata i sa ciljem dobijanja što većeg sadržaja željenog proizvoda, izvedena je primenom metode željene funkcije. U nastavku istraživanja, definisana je kinetika biosinteze ksantana u bioreaktoru zapremine 7 l, a dobijeni kinetički modeli za umnožavanje biomase (logistička jednačina), nastajanje proizvoda (Luedeking-Piret-ova jednačina) i potrošnju izvora ugljenika (modifikovana Luedeking-Piret-ova jednačina)) su iskorišćeni za razvoj simulacionog modela bioprocesa proizvodnje ksantana primenom efluenata prehrambene industrije.<br />Generisanim simulacionim modelom proizvodnje ksantana primenom otpadnih efluenata različitih grana prehrambene industrije su predviđeni prvenstveno procesni, a potom i ekonomski pokazatelji ovog biotehnološkog procesa. Sa tehnološkog aspekta, rezultati ovih istraživanja predstavljaju pouzdan izvor informacija za definisanje idejnog rešenja predloženog bioprocesa koji je osnova za izradu glavnog tehnološkog projekta.</p> / <p>Increasing industrialization as a response to the demands of the consumer society greatly exploits resources and generates large amounts of waste effluents in addition to the desired product. In most cases industrial effluents are discharged into the natural environment because even their primary processing requires additional investments. The development of biotechnology has enabled bioprocesses to be used for this purpose, and using wastewaters as raw materials for biotechnological production simultaneously provides preservation of the environment and economic benefits which is a sustainable solution to the problem.<br />Within the research covered in this doctoral thesis it was proven it is possible to use food and beverage industry wastewaters as a basis for the cultivation media in the biotechnological production of xanthan. The starting step in industrializing the suggested process is to develop a simulation model which best represents the realistic situation and its material, energy, environmental and economic aspects. Realizing this goal requires the author/researcher to be familiar with the causal link between the metabolic activity of the used biocatalyst and process conditions among which the composition of the cultivation media is very significant.<br />In order to accomplish this goal, 18 wastewaters from different branches of the food and beverage industry were characterized and were confirmed to have the capability to be used as a cultivation media for the biotechnological production of xanthan. Experiments confirmed the possibility of producing xanthan on these effluents using the production microorganism Xanthomonas campestris ATCC 13951 in a 2 liter bioreactor of standard geometric characteristics. Composition of the cultivation media based on the wastewaters of the selected food and beverage industry branches was optimized using the desirability function method, focusing on the most significant nutrients and with the goal of obtaining the maximum amount of the desired product. In further research, the kinetics of xanthan biosynthesis in a 7 liter bioreactor were defined, and the obtained kinetic models for biomass multiplication (logistic equation), product formation (Luedeking-Piret equation) and carbon source consumption (modified Luedeking-Piret equation) were used to develop a simulation model of the xanthan production bioprocess using food and beverage processing industry effluents.<br />The generated simulation model of xanthan production using waste effluents of different branches of the food and beverage industry predicts primarily the process but also the economic indicators of this biotechnological process. From a technological perspective, the results of this research represent a reliable source of information for defining a general design of the suggested bioprocess as a basis for the creation of a major biotechnological project.</p>

<p>Podizanje novih zasada i povećanje kapaciteta prerade<br />grožđa povećava količinu otpada sa kojim se suočava<br />industrija proizvodnje vina i rakije. Najbolji i najodgovorniji<br />način upravljanja otpadom je njegovo dalje iskori&scaron;ćenje<br />kao nusproizvoda. U ovoj disertaciji sagledavana je mogućnost iskori&scaron;ćenja<br />nusproizvoda iz različitih faza proizvodnje u vinarijama i<br />destilerijama za dobijanje semenki grožđa koje su<br />kori&scaron;ćene za proizvodnju hladno presovanog ulja. Hipoteza<br />se zasniva na činjenici da semenke grožđa raznih sorti iz<br />različitih faza proizvodnje vina (bela, roze ili crvena vina),<br />odnosno, rakije mogu imati sasvim različit hemijski sastav i<br />kvalitet koji svakako može da se reflektuje na kvalitet,<br />bioaktivne komponente i održivost hladno presovanog ulja.<br />Ovakav proizvod, obzirom da je dobijen hladnim<br />presovanjem, može biti veoma atraktivan za potro&scaron;ače,<br />zbog svojih specifičnih senzorskih i nutritivnih<br />karakteristika.<br />Za potrebe izrade disertacije prikupljeni su nusproizvodi<br />i pripremljeni su uzorci iz vinarija i destilerija fru&scaron;kogorskog<br />vinogorja. Dobijene su semenke i proizvedeno hladno<br />presovano ulje od semenki crnog grožđa sorte Merlot,<br />belog grožđa sorte Italijanski rizling i belog grožđa sorte<br />Sila, kao autohtone sorte vinove loze. Hladno presovana<br />ulja su proizvedena od semenki grožđa koje nisu pro&scaron;le<br />nikakav tretman, odnosno dobijene su nakon presovanja,<br />prilikom proizvodnje belih (Italijanski rizling i Sila) i roze<br />(Merlot) vina, zatim od semenki koje su pro&scaron;le proces<br />fermentacije prilikom proizvodnje crvenih vina (Merlot) i od<br />semenki koje su pro&scaron;le proces fermentacije i destilacije<br />prilikom proizvodnje rakije (Merlot, Italijanski rizling i Sila).<br />Pored navedenih semenki i ulja, pripremljen je i prosečan<br />proizvodni uzorak koji predstavlja uzorak dobijen od svih<br />prikupljenih semenki. Kao uporedni uzorci kori&scaron;ćeno je<br />nerafinisano i rafinisano ulje od semenki grožđa nabavljeno<br />na trži&scaron;tu. Za realizaciju postavljenog cilja, rad na izvođenju ove<br />disertacije obuhvatio je različite faze. U prvoj fazi<br />prikupljene su semenke grožđa i ispitivane su njihove<br />tehničko-tehnolo&scaron;ke karakteristika i kvalitet. Zatim su od<br />navedenih semenki proizvedena hladno presovana ulja.<br />U sledećim fazama, ovako dobijena uja, zajedno sa<br />uzorkom nerafinisanog i rafinisanog ulja od semenki<br />grožđa sa trži&scaron;ta ispitivana su sa aspekta senzorskog i<br />nutritivnog kvaliteta i praćene su razlike u održivosti ulja.<br />Izvr&scaron;ena je senzorska analiza, određivane su frakcije<br />pigmenata, karotenoidi i hlorofili, merena je transparencija,<br />a parametri boje ulja određivani su i instrumentalno.<br />Nutritivni kvalitet ulja sagledavan je na osnovu sadržaja i<br />sastava bioaktivnih komponenti, pre svega tokoferola i<br />tokotrienola, fenola i sterola. Budući da ova jedinjenja<br />ispoljavaju značajne antioksidativne aktivnosti izvr&scaron;eno je i<br />ispitivanje antiradikalske aktivnosti uzoraka. Odživost ulja<br />od semenki grožđa sagledana je na osnovu početnog<br />kvaliteta i oksidativnog stanja, kao i rezultata ubrzanih<br />testova, kao &scaron;to je Rancimat test, Schaal-oven test i<br />fluorescentni test.<br />Na osnovu dobijenih rezultata, može se konstatovati da<br />su svi dobijeni uzorci semenki imali dobru skladi&scaron;nu vlagu,<br />koja, obzirom na mali sadržaj ulja u semenkama, može da<br />osigura čuvanje semenki u dužem periodu. Sadržaj ulja u<br />semenkama, pored uticaja sorte vinove loze, zavisi i od<br />uticaja procesa kome su podvrgnute semenke pre<br />presovanja (fermentacija, destilacija).<br />Senzorska analiza ulja od semenki grožđa pokazala je<br />značajne razlike u karakteristikama koje su posledica ne<br />samo načina dobijanja ulja (hladno presovano ili rafinisano), sorte vinove loze, već i postupka dobijanja,<br />porekla i kvaliteta semenki grožđa. Uslovi kojima su<br />semenke grožđa izložene u toku alkoholne fermentacije i<br />posebno destilacije utiču na formiranje specifične arome<br />hladno presovanog ulja. I pored toga &scaron;to se pojavljuje<br />izuzetno &scaron;irok spektar različitih aroma, mirisa i ukusa u ulju<br />i &scaron;to postoje značajne razlike u aromi ulja u zavisnosti od<br />sorte grožđa, moguće je prepoznati da li je hladno<br />presovano ulje dobijeno od semenki grožđa bez<br />fermentacije, posle fermentacije ili posle destilacije.<br />Takođe, sa aspekta boje ulja može se kazati da rafinisano<br />ulje od semenki grožđa ima svetlo žutu boju sa<br />zelenkastom nijansom, dok su hladno presovana ulja<br />intenzivnijih boja i kreću se od žuto-zelenkaste, preko<br />zelenkasto žute i svetlo zelenkaste do tamno zelene. Veći<br />udeo zelene boje imaju hladno presovana ulja od semenki<br />grožđa dobijenih posle destilacije.<br />U radu je pokazano da sadržaj pigmenata (karotenoida i<br />hlorofila) u velikoj meri zavisi od porekla semenki.<br />Postupak fermentacije doprinosi povećanju sadržaja<br />pigmenata, dok postupak destilacije, zbog visokih<br />temperatura ima negativan efekat.<br />Transparencija uzoraka hladno presovanih ulja od<br />semenki grožđa proizvedenih za potrebe disertacije kretala<br />se od 32,8% do 53,8%.<br />Sadržaj nezasićenih masnih kiselina u svim uzorcima<br />ulja od semenki grožđa veći je od 90%, pri čemu<br />dominantnu masnu kiselinu čini linolna, omega-6, masna<br />kiselina.<br />Sadržaj tokotrienola je veći od sadržaja tokoferola u uljima od semenki grožđa, a dominantni tokoferol je alfatokoferol.<br />Njegov sadržaj je veći u uzorcima ulja dobijenim<br />iz semenki nakon fermentacije i destilacije.<br />Sadržaj fenolnih jedinjenja, u zavisnosti od sorte, u<br />proseku je ne&scaron;to vi&scaron;i u hladno presovanim uljima dobijenim<br />od crvene sorte grožđa, ali uočava se i značajan porast<br />(akumulacija) fenola u hladno presovanim uljima dobijenim<br />iz semenki grožđa nakon procesa fermentacije i destilacije.<br />Najveći pojedinačni sadržaju u ulju od semenki grožđa ima<br />ursolna kiselina, a pored nje značajniji sadržaj, mada<br />mnogo manji, pokazuju rezveratrol, kemferol i vanilinska<br />kiselina.<br />Najzastupljeniji steroli ulja semenki grožđa su &beta;-<br />sitosterol sa udelom od 62,59-69,74%, stigmasterol sa<br />udelom od 12,13-15,00% i kampesterol sa udelom od 6,59-<br />11,94% u ukupnim sterolima. Na sadržaj fitosterola u<br />uljima od semenki grožđa nemaju uticaja procesi<br />fermentacije i destilacije kojima su podvrgnute semenke<br />pre preosvanja.<br />U radu je dokazan negativan uticaj procesa fermentacije<br />i destilacije kojima su povrgnute semenke grožđa na<br />antiradikalski potencijal dobijenih ulja. Antiradikalski<br />potencijal ulja od semenki grožđa zavisi i od sorte vinove<br />loze, kao i od načina dobijanja ulja (hladno presovano ili<br />rafinisano).<br />Procesi fermentacije i destilacije utiču i na osnovni<br />hemijski kvalitet dobijenih hladno presovanih ulja na način<br />da dovode do povećanja kiselinskog i peroksidnog broja.<br />Hladno presovana ulja od semenki grožđa pokazuju<br />dobru oksidativnu stabilnost. Rancimat test je pokazao razlike u indukcionom periodu hladno presovanih ulja od<br />semenki grožđa kao posledicu razlike u sorti, kao i u<br />načinu dobijanja semenki. Proces fermentacije utiče na<br />povećanje, a proces destilacije na smanjenje indukcionog<br />perioda.<br />Na osnovu svih dobijenih rezultata istraživanja može se<br />konstatovati da su hladno presovana ulja od semenki<br />grožđa pokazala različit nutritivni kvalitet i oksidativnu<br />stabilnost, zbog specifičnih razlika koje su posledica razlika<br />u sorti i poreklu semenki, tj. zbog specifičnog efekta<br />fermentacije i destilacije na semenke od kojih je ulje<br />proizvedeno, čime je i potvrđena hipoteza.</p> / <p>Raising new plantations and increasing the grape<br />processing capacity increases the amount of waste faced<br />by the wine and brandy industry. The best and most<br />responsible way of waste management is its further<br />exploitation as by-products.<br />In this dissertation, the possibility of using by-products from different stages of production in wineries and distilleries for<br />obtaining grape seeds, which were used for the production<br />of cold pressed oil, was examined. The hypothesis is<br />based on the fact that grape seeds of various varieties<br />from different stages of wine production (white, rose or red<br />wine), that is, brandy can have a completely different<br />chemical composition and quality that can certainly be<br />reflected on the quality, bioactive components and stability<br />of cold pressed oil.<br />Such a product, as it is obtained by cold pressing, can<br />be very attractive to consumers, due to its specific sensory<br />and nutritional characteristics.<br />For the needs of the dissertation, the by-products were<br />collected and samples were prepared from the wineries<br />and distilleries of the Fru&scaron;ka Gora vineyard. Seeds were<br />obtained and cold pressed oil produced from Merlot grape<br />seed, as representatives of red grape varieties, Italian<br />Riesling, as representatives of white grape varieties and<br />Sila, as new white grape varieties. Cold pressed oils were<br />produced from grape seeds that did not undergo any<br />treatment, that is, they were obtained after pressing, during<br />the production of white (Italian Riesling and Sila) and rose<br />(Merlot) wines, then from the seeds that were fermented<br />during the production of red wines (Merlot ) and seeds that<br />have undergone fermentation and distillation process<br />during the production of brandy (Merlot, Italian Riesling and<br />Sila). In addition to the mentioned seeds and oils, an<br />average production sample was prepared, which is a<br />sample obtained from all collected seeds. Unrefined and<br />refined grape seed oil purchased on the market was used<br />as comparative samples. For realization of the set goal, the work on the<br />performance of this dissertation encompassed different<br />phases. In the first phase, grape seed were collected and<br />their technical and technological characteristics and quality<br />were examined. Then cold-pressed oils were produced<br />from these seeds.<br />In the following phases, the resulting ear, together with a<br />sample of unrefined and refined grape seed oil from the<br />market, were examined from the aspect of sensory and<br />nutritional quality and differences in oil stability were<br />observed. Sensory analysis was performed, pigmentate<br />fractions, carotenoids and chlorophylls were determined,<br />transparency was measured, and oil color parameters<br />were also determined instrumentally. The nutritive oil<br />quality was examined based on the content and<br />composition of bioactive components, primarily tocopherols<br />and tocotrienols, phenols and sterols. Since these<br />compounds exhibit significant antioxidant activities, the<br />antiradical activity of the samples was also tested. The<br />stability of grape seed oils was examined based on the<br />initial quality and the oxidative state, as well as the results<br />of accelerated tests, such as Rancimat test, Schaal-oven<br />and fluorescence test.<br />On the basis of the obtained results, it can be concluded<br />that all the obtained seed samples had good storage<br />moisture, which, given the small content of oil in the seeds,<br />can ensure the storage of seeds for a longer period. The<br />content of oil in the seed, in addition to the influence of the<br />grape variety, depends on the influence of the process to<br />which the seeds are subjected to pressing (fermentation,<br />distillation). Sensory analysis grape seed oils showed significant<br />differences in characteristics that are due not only to the<br />method of obtaining oil (cold pressed or refined), grape<br />varieties, but also the method of obtaining, the origin and<br />quality of grape seed. The conditions for grape seeds<br />exposed during fermentation and especially distillation<br />affect the formation of a specific cold pressed oil. Although<br />an extremely wide range of different flavors, odors and<br />flavors in oil appear, and there are significant differences in<br />the aroma of the oil, depending on the grape variety, it is<br />possible to recognize whether the cold-pressed oil is<br />derived from the grape seed without fermentation, after<br />fermentation or after distillation. Also, from the aspect of oil<br />color it can be said that refined grape seed oil has a light<br />yellow color with a greenish shade, while cold pressed<br />grape seed oils have more intense colors range from<br />yellowish-greenish, over greenish yellow and light greenish<br />to dark green. A higher proportion of green color has cold<br />pressed grape seed oils obtained after distillation.<br />The thesis has shown that the content of pigments<br />(carotenoids and chlorophyll) depends to a great extent on<br />the origin of the seed. The fermentation process<br />contributes to increasing the content of pigments, while the<br />distillation process has a negative effect due to high<br />temperatures.<br />Transparency of cold pressed grape seed oils produced<br />for the dissertation ranged from 32.8% to 53.8%.<br />The content of unsaturated fatty acids in all samples of<br />grape seed oil is greater than 90%, with the dominant fatty<br />acid being linoleic, omega-6, fatty acid. The content of tocotrienols is higher than the content of<br />tocopherols in grape seed oils, and the dominant<br />tocopherol is alpha-tocopherol. Its content is higher in oil<br />samples obtained from the seed after fermentation and<br />distillation.<br />The content of phenol compounds, depending on the<br />variety, is somewhat higher in cold pressed oils obtained<br />from red grape varieties, but there is also a significant<br />increase in accumulation of phenol in cold pressed oils<br />obtained from the grape seed after the fermentation and<br />distillation process. The largest individual oil content of<br />grape seeds has ursolic acid, and besides it, significant<br />content, although much smaller, shows rezveratrol,<br />kemferol and vanillinic acid.<br />The most prevalent sterols of grape seed oils are &beta;-<br />sitosterol with a share of 62.59-69.74%, stigmasterol with a<br />share of 12.13-15.00% and campesterol with a share of<br />6.59-11.94% in total sterols. Fermentation and distilation<br />processes, to which the seeds have been exposed, have<br />no effect on the content of phytosterols in grape seed oils.<br />The paper has shown the negative influence of the<br />fermentation and distillation process, to which the seeds<br />have been exposed, onto the antiradical potential of the<br />obtained oils. The antiradical potential of grape seed oils<br />depends on grape varietes, as well as on the way oil is<br />obtained (cold pressed or refined).<br />Processes of fermentation and distillation also affect the<br />basic chemical quality of obtained cold pressed oils in such<br />a way as to increase the acid and peroxide values.<br />Cold pressed grape seed oils show good oxidative stability. The Rancimat test showed differences in the<br />induction period of cold pressed grape seed oils as a result<br />of the variation in the variety, as well as in the method of<br />obtaining the seed. The fermentation process affects the<br />increase, and the process of distillation decreases the<br />induction period.<br />Based on all the obtained results, it can be concluded<br />that cold pressed grape seed oils showed different<br />nutritional quality and oxidative stability due to specific<br />differences resulting from differences in variety and seed<br />origin, i.e. due to the specific effect of fermentation and<br />distillation processes on the seeds from which the oil was<br />produced, thus confirming the hypothesis.</p>