Transformación de gases de efecto invernadero (CO/CO2) en bioproductos de valor añadido mediante procesos de fermentación

Abstract

El cambio climático es una de las mayores problemáticas que enfrenta la humanidad en la actualidad. Las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), son los mayores causantes de este fenómeno, lo que ha generado el interés en esta última década en desarrollar tecnologías innovadoras para realizar la captura y valorización de dichos gases. La fermentación con microorganismos se presenta como una alternativa innovadora y sostenible para capturar y valorizar los GEI, mediante la obtención de productos de valor comercial, como biocombustibles y otros bioproductos. Este TFM se centró en la valorización de los gases C1 (CO/CO2) mediante procesos fermentativos, en sistemas de co-cultivos con C. aceticum y C. beijerinckii para la obtención de bioproductos. Para ello, se estudiaron las condiciones óptimas del medio de cultivo de la fermentación, como pH, temperatura, estrategia de alimentación fed-batch de los gases, relación de volumen del medio, uso de fructosa como co-sustrato (30 g/L), agregado de hierro cero valente (50 g/L), en búsqueda de maximizar la producción de ácido acético mediante la ruta Wood Ljundgdahl Pathway (WLP) por C. aceticum. Se obtuvieron 2,8 g/L de ácido acético, bajo condiciones óptimas. Además, se analizaron diferentes estrategias de inoculación de C. beijerinckii en el co-cultivo de los dos microorganismos: simultánea, secuencial a las 24 y 48 horas de fermentación, a valores de pH 6 y pH 9. Los mejores resultados en cuanto a concentración de butanol se alcanzaron con la estrategia de inoculación secuencial (24 horas) a pH 9 (2,6 g/L), y de inoculación simultánea a pH 6 (1,8 g/L); mientras que las mayores concentraciones de ácido butírico se alcanzaron mediante co-cultivo secuencial con inoculación de C. beijerinckii a las 48 horas: 8,5 g/L a pH 6 y 7,8 g/L a pH 9.

Climate change is one of the biggest problems facing humanity today. Greenhouse gas (GHG) emissions are the main causes of this phenomenon, which has generated interest in the last decade in developing innovative technologies to capture and recover these gases. Fermentation with microorganisms is presented as an innovative and sustainable alternative to capture and valorize GHGs, by obtaining products of commercial value, such as biofuels and other bioproducts. This TFM focused on the valorization of C1(CO/CO2) gases through fermentation processes, in co-culture systems with C. aceticum and C. beijerinckii to obtain bioproducts. For this, the optimal conditions of the fermentation culture medium were studied, such as pH, temperature, feed-batch feeding strategy of gases, volume ratio of the medium, use of fructose as co-substrate (30 g/L), addition of zero valent iron (50 g/L), in search of maximizing the production of acetic acid through the Wood Ljundgdahl Pathway (WLP) by C. aceticum. 2,8 g/L of acetic acid were obtained, under optimal conditions. In addition, different inoculation strategies of C. beijerinckii were analyzed in the co culture of the two microorganisms: simultaneous, sequential at 24 and 48 hours of fermentation, at values of pH 6 and pH 9. The best results in terms of concentration of butanol were achieved with the strategy of sequential inoculation (24 hours) for pH 9 (2,6 g/L), and simultaneous inoculation at pH 6 (1,8 g/L); while the highest concentrations of butyric acid were reached in the sequential co-culture with inoculation at 48 hours: 8,5 g/L pH 6 and 7,8 g/L at pH 9.