Obtención de plásticos biodegradables (polihidroxialcanoatos) a partir de cultivos mixtos (lodos activados) utilizando efluentes de la industria alimentaria

NOEMÍ E. ZARITZKY; ALEJANDRO H. CARAVELLI; JUAN C. ALZATE MARIN

La Plata

Jornada; VI Jornadas de Ciencia y Técnica de la Facultad de Ciencias Exactas. UNLP.; 2016

Universidad Nacional de La Plata

Los polihidroxialcanoatos (PHA) constituyen una buena alternativa para reemplazar a los plásticos de origen petroquímico. En la actualidad, el costo de producción de PHA es superior al de los plásticos convencionales debido a que normalmente está basada en la utilización de cultivos puros incrementando los costos asociados a la esterilidad del proceso, fuente de carbono comercial, equipamiento de operación y control. Por estas razones se propone una alternativa de producción de PHA utilizando consorcios microbianos como los lodos activados, que permiten evitar las condiciones de esterilidad del sistema y trabajar con sustratos mucho más económicos como fuente de carbono, entre los que se proponen los efluentes de la industria alimentaria. La industria láctea genera efluentes con alta concentración de carbohidratos que podrían ser utilizados por cultivos mixtos para la producción de PHA. La sustitución de los plásticos convencionales permitiría disminuir el impacto ambiental, reducir su persistencia en el medio ambiente y utilizar recursos renovables. Los polihidroxialcanoatos tienen características físicas similares a los plásticos derivados del petróleo tales como la densidad, fuerza de tensión, elongación y punto de fusión, con la ventaja que los PHAs se degradan completamente a CO2 y H2O.La producción de PHA usando cultivos mixtos y efluentes ricos en carbohidratos requiere 3 etapas: fermentación, selección de microorganismos y producción. La selección es comúnmente realizada en un reactor discontinuo secuencial (SBR, sequencing batch reactor), alternando temporalmente disponibilidad y limitación de fuente de carbono y energía (feast/famine). La producción de PHA se realiza en batch/batch alimentado, con limitación en algún nutriente (nitrógeno, fósforo, etc.) u oxígeno.En la presente línea de trabajo se evaluó la factibilidad de producción de PHA, a escala laboratorio, utilizando cultivos de lodos activados alimentados con suero de queso con alto contenido de lactosa hidrolizada (efluente de la industria láctea). Se trabajó bajo condiciones aeróbicas utilizando únicamente dos etapas: selección de microorganismos (SBR) y producción de PHA (reactor batch). Las propiedades mecánicas del PHA dependen de su composición monomérica. La cuantificación de PHA y de sus monómeros se realiza comúnmente por cromatografía gaseosa o espectrofotometría UV. Sin embargo, estos métodos requieren la extracción del polímero mediante el uso de solventes tóxicos. La tinción con Sudan Black y la Espectroscopia Infrarroja con Transformada de Fourier (FTIR, Fourier transform infrared spectroscopy) son técnicas no destructivas comúnmente utilizadas para la detección de PHA que se aplicaron en los trabajos realizados. La cuantificación de la producción de PHA se evaluó mediante extracción del polímero con cloroformo y cuantificación por espectrofotometría UV. El suero de queso resultó adecuado para la selección de un cultivo mixto con capacidad de producción de PHA. La fuente de carbono del efluente fue utilizada para la síntesis de PHA, glucógeno y el crecimiento celular. Estos dos últimos procesos microbianos compiten con la producción de PHA afectando significativamente su rendimiento. El rendimiento máximo alcanzado de PHA fue de 5% (gPHA/gSST) bajo condiciones de producción limitadas en oxígeno (0,5-1,0 mgO2/L). El PHA correspondió al co-polímero P(HB-HV, Hidroxibutirato-Hidroxivalerato) con relación molar %HB:HV: 95,6:4,4, determinada por espectrofotometría UV. El co-polímero presentó una temperatura de fusión de 175,5ºC y una cristalinidad de 54% según se determinó por calorimetría diferencial del barrido (DSC, Differential Scanning Calorimetry.). Estos resultados indican la factibilidad de la utilización de residuos de la industria láctea para la obtención de plásticos de alto valor agregado.