Optimización en Reactor Contínuo de la Bioconversión de Syngas en Osmolitos

Abstract

El syngas derivado de residuos orgánicos representa una materia prima renovable clave para procesos basados en economía circular. Aunque los procesos biológicos son más sostenibles que los físico-químicos, su desarrollo está limitado por el escaso número de bacterias capaces de valorizar syngas y por la baja rentabilidad de los productos obtenidos (ácidos grasos o etanol). En este contexto, Hydrogenibacillus schlegelii, una bacteria carboxidótrofa y halotolerante destaca como plataforma prometedora por su capacidad de transformar syngas en compuestos de alto valor como la hidroxiectoína (HE) y proteína microbiana. Este trabajo optimiza por primera vez un proceso continuo de producción de HE y proteína a partir de syngas, evaluando diferentes condiciones operativas: tiempos de residencia, tasas de dilución y relaciones H2:CO. Se realizaron tres experimentos. El primero con relación H2:CO 35:30 y 1 h de residencia; el segundo con 2 h; y el tercero, con H2:CO 55:20, tasas de dilución variables y recuperación de proteína. Un mayor tiempo de residencia duplicó la producción de HE (19,0 a 39,6 mgHEtotal·L-1), mientras que tasas de dilución elevadas aumentaron la recuperación total de HE (3,33 a 8,76 gHE total· m-3·d-1), con un 65% de HE extracelular. Además, se alcanzaron 46,7 gproteína· m-3·d-1. de proteína microbiana y una mejora significativa en la eliminación de CO (del 24,9% al 81,8%). Este proyecto demuestra la viabilidad de valorizar por vía biológica el syngas en compuestos de valor industrial, contribuyendo así hacia una economía circular y sostenible.

Syngas derived from organic waste represents a key renewable raw material for processes based on a circular economy. Although biological processes are more sustainable than physicochemical ones, their development is limited by the limited number of bacterias capable of valorizing syngas and the low profitability of the resulting products (fatty acids or ethanol). In this context, Hydrogenibacillus schlegelii, a carboxydotrophic and halotolerant bacterium, stands out as a promising platform due to its ability to transform syngas into a high-value compounds such as hydroxyectoine (HE) and microbial protein. This study optimizes for the first time a continuous process to produce HE and protein from syngas, evaluating different operational conditions: residence times, dilution rates and H2:CO ratios. Three experiments were conducted. The first experiment featured a 35:30 H2:CO ratio and 1 h residence time; the second, a 2 h residence time; and the third, a 55:20 H2:CO ratio with variable dilution rates and protein recovery. Longer residence times doubled HE production (from 19.0 to 39.6 mgHEtotal·L-1), while higher dilution rates increased total HE recovery (from 3.33 to 8.76 gHE total· m-3·d-1), with 65% of HE being extracellular. Furthermore, 46.7 of microbial protein were achieved, along with a significant improvement in CO removal (from 24.9% to 81.8%). This project demostrates the feasibility of biologically valorizing syngas into industrially valuable compounds, contributing to a circular and sustainable economy.