Valorización de residuos hortofrutícolas mediante el desarrollo de procesos de fermentación para la obtención de 2,3-Butanodiol

Abstract

El 2,3-butanodiol (2,3-BD) es un compuesto tradicionalmente obtenido por vía petroquímica que se emplea en múltiples industrias, tanto como materia prima como aditivo. Sin embargo, existen numerosos estudios que demuestran que hay muchos microorganismos capaces de producirlo de una manera más sostenible, mediante la fermentación de residuos orgánicos. Este TFM se ha centrado en su obtención empleando Paenibacillus polymyxa e hidrolizados de residuos hortofrutícolas como sustrato, en particular hidrolizado de destrío de zanahoria. Además, se ha estudiado el comportamiento del microorganismo utilizando diferentes monosacáridos como sustrato (disoluciones modelo de glucosa, fructosa y galactosa, tanto por separado como en mezclas). Para optimizar el proceso de fermentación estudiado en este TFM se han analizado algunas variables como han sido el medio de crecimiento del microorganismo, la velocidad de agitación durante la fermentación y el tiempo óptimo de operación, utilizando como respuestas la concentración de 2,3-BD, el rendimiento y la productividad. En cuanto al medio de crecimiento se han realizado ensayos de fermentación con glucosa usando el medio Häßler y el medio Okonkwo, ofreciendo mejores resultados el primero (concentración máxima de 19 g/L de 2,3-BD y productividad de 0,37 g/(L·h)). También se han utilizado distintas velocidades de agitación, 100, 200 y 300 rpm, con las que se han obtenido resultados que respaldan las referencias bibliográgicas: una mayor velocidad de agitación supone un consumo de azúcares más rápido, menores tiempos de operación, pero también una mayor producción de acetoína, un subproducto del proceso. En cuanto a los tiempos de operación, todos los ensayos han tenido sus resultados óptimos entre las 24 y 72 h. La valorización de estos residuos mediante la obtención de 2,3-BD es una alternativa viable, pero aún necesita más desarrollo e investigación.

2,3 buthanediol (2,3-BD) is a compound traditionally obtained by petrochemical ways, used in multiple industries both as a raw material and as an additive. However, there are multiple researches that show that there are many microorganisms capable of producing it in a more sustainable way, through the fermentation of organic wastes. This TFM has focused on its production using Paenibacillus polymyxa and hydrolyzed fruit and vegetable waste as substrate, in particular hydrolyzed carrot waste. In addition, the behavior of the microorganism using synthetic monosaccharides (glucose, fructose and galactose, both separately and in mixtures) has been studied. In order to optimize the fermentation process studied in this TFM, some variables have been analyzed such as the composition of the growth medium, the stirring speed during fermentation and the optimum operation time. Regarding the growth medium, glucose fermentation trials have been carried out using Häßler medium and Okonkwo médium, getting better results with the first one (maximum concentration of 19 g/L of 2,3-BD and productivity of 0.37 g/(L-h)). Different stirring speeds were also used, 100, 200 and 300 rpm, obtaining results that support the bibliographic references: higher agitation speed means faster sugar consumption, shorter operation times, but also higher production of acetoin, a by-product. In terms of operation times, all the trials have had their optimum results between 24 and 72 h. The recovery of these wastes by obtaining 2,3-BD is a viable alternative, but still needs further development and research