Towards polyhydroxyalkanoates synthesis with mixed microbial communities
El plàstic ha satisfet les necessitats de la nostra societat i ha revolucionat les nostres vides. No obstant això, prové de fonts fòssils finites i destinades a esgotar-se. La seva producció massiva, característiques intrínseques i mala gestió han causat conseqüències globals. En aquest context, els...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de documento: | tese |
| Data de publicação: | 2025 |
| País: | España |
| Recursos: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositório: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglês |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:311824 |
| Acesso em linha: | https://ddd.uab.cat/record/311824 |
| Access Level: | Acesso embargado |
| Palavra-chave: | Polihidroxialcanoats Polyhydroxyalkanoates Polihidroxialcanoatos Tecnologies |
| Resumo: | El plàstic ha satisfet les necessitats de la nostra societat i ha revolucionat les nostres vides. No obstant això, prové de fonts fòssils finites i destinades a esgotar-se. La seva producció massiva, característiques intrínseques i mala gestió han causat conseqüències globals. En aquest context, els bioplàstics han sorgit com una alternativa més sostenible, oferint propietats similars però amb l'avantatge de ser biodegradables o biobasats. Aquesta tesi se centra en la producció de polihidroxialcanoat (PHA), bioplàstic biodegradable i biobasat, produït a partir de residus líquids mitjançant cultius microbians mixtos (MMC). Aquest procés converteix els residus en un producte valuós. No obstant això, la tecnologia encara és immadura, continua sent costosa i ineficient. En particular, el consum d'energia és alt i la productivitat baixa. El PHA és un grup de polímers produït per molts bacteris com a reserva energètica en resposta a l'estrès (per exemple, osmòtic) o condicions de creixement desequilibrades. L'estratègia de selecció de feast i famine alterna entre fases on el carboni està disponible (feast) i on està absent (famine). Si la fase de famine és prou llarga, s'afavorirà els bacteris que emmagatzemen carboni durant la feast. Aquest estudi s'ha centrat en l'estratègia d'alimentació desacoblada, on el carboni es dosifica en la feast i els nutrients en la famine. Aquest enfocament no només fomenta l'acumulació, sinó que també promou el creixement dels bacteris PHA-acumuladors. Els experiments es van realitzar en reactors seqüencials per lots (SBR), amb aigua residual sintètica, que contenia acetat i propionat. Aquesta barreja d'àcids grassos volàtils es va triar per produir potencialment poli(3-hidroxibutirat-co-3-hidroxivalerat), un polímer de major qualitat. El monitoratge es va dur a terme a diversos nivells: un enfocament diari amb mesuraments d'oxigen dissolt (DO) i pH, i anàlisis més complets dels compostos clau (PHA, biomassa, nutrients i carboni) al llarg de cicles individuals. L'anàlisi molecular va ser crucial per comprendre les dinàmiques microbianes i els temps d'estabilització. A més, la microscòpia electrònica de transmissió (TEM) va proporcionar una visualització directa de les inclusions de PHA dins de les cèl·lules bacterianes. Els experiments inicials es van centrar en la variació de paràmetres crítics, com la limitació de nutrients (de la limitació de nitrogen a la de fòsfor) i la durada del famine. Aquests paràmetres, rellevants en l'alimentació "acoblada", també van demostrar ser importants en el sistema desacoblat. Les característiques del fang activat van emergir, com la presència de bacteris filamentosos i depredadors. Basat en aquests descobriments, es va realitzar un experiment per reduir el consum d'energia i millorar l'acumulació, minimitzant l'airejat i reduint l'activitat dels depredadors. L'experiment va introduir una famine microaerofílica (0-1 mg DO/L) al lloc de les condicions aeròbiques tradicionals. L'acumulació de PHA en aquesta configuració va assolir un màxim del 82% del pes de la biomassa, superant el rendiment del reactor de control (55%). No obstant això, la qualitat del polímer va ser inferior en condicions microaerofíliques. També es va explorar l'efecte de la salinitat en la selecció de bacteris PHA-acumuladores. La majoria dels reactors van operar sota salinitat lleugera (5 g NaCl/L), excepte per un experiment sota condicions hipersalines, 107 g NaCl/L, la salinitat més alta aplicada en un procés de producció de PHA. Les comunitats microbianes es van seleccionar a partir d'inòculs aclimatats a aquestes salinitats. Aquelles cultivades a 5 g NaCl/L es van originar en fangs activats d'una planta de tractament d'aigües residuals d'adoberia, mentre que la comunitat hipersalina es va enriquir a partir de sediments i aigua recollits d'una salina. L'experiment en condicions hipersalines va demostrar ser adequat per promoure el creixement d'una comunitat PHA-acumuladora, amb una acumulació màxima del 44%. |
|---|