Producción de polihidroxialcanoatos a partir de agua residual de la industria de la cerveza

Resumen

Hoy en día los plásticos se han convertido en algo esencial en nuestra vida cotidiana. La versatilidad de estos materiales los convierte en materiales aptos para un gran rango de aplicaciones, desde el campo de la medicina hasta su empleo en la industria del automóvil o como envases contenedores. El hecho de que sean materiales sintéticos permite la manipulación de su estructura química, pudiendo adoptar diferentes formas (desde fibras a películas finas). Estos a su vez presentan diferentes grados de resistencia física y una elevada resistencia química. Sin embargo al no ser biodegradables, la acumulación de los plásticos en el medio ambiente se está convirtiendo en un problema medioambiental de gran dimensión. Actualmente las formas de eliminación de los plásticos del medioambiente más frecuentes son la incineración y el reciclaje, pero estas presentan varios problemas. La incineración de materiales plásticos puede llevar a la emisión de sustancias tóxicas al medio ambiente como pueden ser ácido clorhídrico o cianhídrico. En cuanto al reciclaje, este está restringido a solo algunos de los materiales plásticos y, además, con cada ciclo de reciclado se producen cambios en los materiales plásticos lo que condiciona su uso en posteriores aplicaciones. La alternativa a este problema sería el empleo de plásticos biodegradables que presenten propiedades similares a la de los plásticos convencionales. Entre los plásticos biodegradables que se conocen en la actualidad, los más prometedores son los polihidroxialcanoatos (PHA). Estos son completamente biodegradables, ya que son producidos por los microorganismos como material de reserva cuando son sometidos a condiciones desfavorables para el crecimiento en presencia de un exceso de carbono. Por otro lado, sus propiedades son muy similares a las del polipropileno y a las del polietileno. Actualmente ya existen varias empresas que producen este tipo de polímeros a escala industrial, sin embargo, la sustitución de los plásticos convencionales por estos polímeros no es factible a día de hoy, debido a los mayores costes de estos materiales en el mercado. El alto precio de estos materiales se debe en gran parte a los costes de los sustratos empleados en la producción. La producción de estos compuestos tiene lugar mediante el empleo de cultivos puros, lo que hace necesario el uso de sustratos puros (glucosa, sacarosa, alcoholes, etc) y condiciones estériles. Una alternativa para reducir el precio de mercado de estos productos sería mediante el empleo de cultivos mixtos y el uso de residuos como sustratos. La producción de PHAs a partir de cultivos mixtos tiene lugar en sistemas en los que el donador y el aceptor de electrones están físicamente separados (sistemas anaerobio/aerobio o anóxico/aerobio) o bien en sistemas donde se favorece un crecimiento desequilibrado mediante la imposición de condiciones de alimentación dinámica (el sustrato no está siempre disponible). En el presente trabajo se planteó la posibilidad de producir PHA empleando un cultivo mixto sometido a condiciones aerobias de alimentación dinámica y un efluente residual de la industria cervecera como sustrato. El agua residual de la industria cervecera se caracteriza por un alto contenido de materia orgánica fácilmente biodegradable que bajo condiciones de fermentación acidogénica puede ser transformada prácticamente en su totalidad en ácidos grasos volátiles (AGV), principales precursores de los PHA en los procesos aerobios de alimentación dinámica de sustrato. El proceso empleado para el desarrollo de este trabajo constó de tres etapas: 1. Fermentación acidogénica: necesaria para transformar la materia orgánica presente en el agua residual en AGV. 2. Selección del cultivo aerobio: Etapa aerobia en la que se selecciona un cultivo con capacidad de acumular PHA mediante el sometimiento de la biomasa a condiciones alternas de presencia y ausencia de sustrato. 3. Producción de PHA: el cultivo mixto seleccionado en la segunda etapa se somete a un pulso de sustrato conteniendo altas concentraciones de AGV para de esta manera promover el almacenamiento de PHA en el interior de las bacterias.