Validación de un sistema en continuo para la valorización biológica de compuestos orgánicos volátiles en productos de valor añadido

Abstract

La creciente presencia de compuestos orgánicos volátiles (COV) en el ambiente, y en particular de los hidrocarburos aromáticos como el tolueno, representa una problemática en constante aumento debido a su inherente toxicidad y a los efectos perjudiciales que generan tanto en la salud humana como en el medio ambiente. Ante este desafío, en el presente estudio se llevó a cabo la evaluación de un sistema de biodegradación continua de tolueno, mediante un cultivo de Cupriavidus necator, como alternativa biológica y sostenible para la valorización de COV en compuestos de alto valor añadido. En concreto, se determinó el efecto de la concentración de tolueno sobre la eficiencia de eliminación, la producción de biomasa y la síntesis de poli-β-hidroxibutirato (PHB), un biopolímero de interés industrial. Para ello, se llevaron a cabo ensayos batch utilizando tolueno como única fuente de carbono en un rango de concentraciones comprendido entre 4 y 54 g m-3. Los resultados obtenidos revelaron que, si bien el tolueno fue completamente eliminado en concentraciones inferiores a 21 g m-3, éste ejerce un efecto inhibitorio sobre el cultivo celular en concentraciones superiores a 28 g m-3, reduciendo, en consecuencia, la eficiencia del proceso. Además, se estudió el rendimiento de eliminación de tolueno en un biorreactor tipo airlift de alta transferencia de materia, obteniendo una eficiencia de eliminación de 81,96 ± 0,02%. Estos resultados evidenciaron el potencial de esta tecnología y del cultivo de C. necator para la eliminación biológica de tolueno y su valorización simultánea en PHB.

The increasing presence of volatile organic compounds (VOCs), and in particular of aromatic hydrocarbons such as toluene, in the environment represents a constantly growing problem due to their inherent toxicity and the harmful effects they generate on both human health and the environment. In response to this challenge, the present study aimed to evaluate a continuous biodegradation system for toluene using a Cupriavidus necator culture, as a biological and sustainable alternative for the valorization of VOCs into high value-added compounds. Specifically, the effect of toluene concentration on the removal efficiency, biomass production and synthesis of poly-β-hydroxybutyrate (PHB), a biopolymer of industrial interest, was determined. For this purpose, batch tests were carried out using toluene as the sole carbon source in a range of concentrations between 4 and 54 g m-3. The results obtained revealed that, although toluene was completely eliminated at concentrations below 21 g m-3, it exerted an inhibitory effect on the cell culture at concentrations above 28 g m-3, thus reducing the efficiency of the process. Moreover, toluene removal performance was studied in a high mass transfer airlift bioreactor, obtaining a removal efficiency of 81.96 ± 0.02%. These results evidenced the potential of this technology and C. necator culture for the biological elimination of toluene and its simultaneous valorization into PHB.