Extracción de proteínas a partir de fangos de plantas de tratamiento de aguas residuales mediante sistemas bifásicos acuosos

Abstract

La gestión y valorización de los fangos generados en las plantas de tratamiento de aguas residuales (EDAR) supone un reto ambiental y económico importante. Este trabajo aborda el desarrollo de una alternativa sostenible para la recuperación de proteínas a partir de fangos secundarios mediante el uso de sistemas bifásicos acuosos (ATPS) basados en disolventes eutécticos profundos (DES) naturales y biodegradables, con disoluciones acuosas de sales de fosfato. Para ello, se evaluó el potencial de extracción de proteínas de cinco ATPS basados en cloruro de colina (ChCl), betaína (Bet), ácido levulínico (LA), urea y agua, con dos sales de fosfato: Bet:2Urea:H2O/K3PO4, Bet:2Urea:H2O/K2HPO4, ChCl:2Urea/K2HPO4, ChCl:2Urea/K3PO4 y Bet:2LA/K3PO4. Se estudió el efecto de dos factores en el proceso de extracción: el tipo de ATPS (5 niveles) y el tiempo de reposo (3 niveles), monitorizando las variables respuesta: rendimiento de recuperación de proteínas (% PRY) y de carbohidratos (% CRY). Los resultados se analizaron mediante un ANOVA de dos vías encontrando que el tipo de ATPS fue el factor más significativo. Los ATPS que proporcionaron mejores resultados fueron los de Bet:2Urea:H2O/K3PO4 (PRY = 40 %) y ChCl:2Urea/K3PO4 (PRY = 33 %). Así, los ATPS se presentan como una técnica con gran potencial para la extracción de proteínas de fangos secundarios, aunque el proceso necesita ser optimizado con el fin de mejorar la extracción selectiva de proteínas

The management and valorization of sludge generated in wastewater treatment plants (WWTP) pose a significant environmental and economic challenge. This work addresses the development of a sustainable alternative for protein recovery from secondary sludge using aqueous twophase systems (ATPS) based on natural and biodegradable deep eutectic solvents (DES) with aqueous solutions of phosphate salts. For this purpose, the protein extraction potential of five ATPS based on choline chloride (ChCl), betaine (Bet), levulinic acid (LA), urea, and water, with two phosphate salts: Bet:2Urea:H2O/K3PO4, Bet:2Urea:H2O/K2HPO4, ChCl:2Urea/K2HPO4, ChCl:2Urea/K3PO4 y Bet:2LA/K3PO4, was evaluated. The effect of two factors on the extraction process was studied: the type of ATPS (5 levels) and the resting time (3 levels), monitoring the response variables: protein recovery yield (% PRY) and carbohydrate recovery yield (% CRY). The results were analyzed using a two-way ANOVA, finding that the type of ATPS was the most significant factor. The ATPS that provided the best results were Bet:2Urea:H2O/K3PO4 (PRY = 40%) and ChCl:2Urea/K3PO4 (PRY = 33%). Thus, ATPS are presented as a technique with great potential for the extraction of proteins from secondary sludge, although the process needs to be optimized to improve the selective extraction of proteins