Producción de PHA en reactor batch con biogránulos aeróbicos utilizando fenol bajo condiciones limitadas de crecimiento

Abstract

Los polihidroxialcanoatos (PHA) son polímeros intracelulares biodegradables que representan una alternativa sustentable para reemplazar los plásticos convencionales de origen petroquímico (Yang, 2022). Su producción mediante cultivos microbianos mixtos y el aprovechamiento de efluentes industriales, como fuente de carbono renovable, constituye una estrategia prometedora para reducir costos y valorizar residuos (Moita, 2014). Para ello se requiere comúnmente una etapa de selección de microorganismos con capacidad de producción de PHA en un reactor batch secuencial (SBR) seguido de una etapa de producción en reactor batch o batch alimentado limitado en algún factor de crecimiento (nitrógeno u oxígeno típicamente). Diferentes condiciones pueden afectar la producción de PHA. Estudios previos realizados con cultivos mixtos de lodos activados alimentados con glicerol han demostrado que elevadas relaciones alimento/microorganismo (F/M, food-tomicroorganism) favorecen la síntesis de PHA, como principal polímero de reserva, en detrimento de glucógeno (Moralejo-Gárate et al., 2013). En el caso del fenol como fuente de carbono se ha observado que altas cargas orgánicas y relaciones F/M permiten generar un alto contenido de PHA en la biomasa, aunque el fenol puede ejercer un efecto inhibitorio al reducir las tasas de crecimiento microbiano y producción de PHA (Zhang et al., 2018). Sin embargo, el desarrollo de lodos granulares aeróbicos (AGS) podría mitigar este efecto inhibitorio, permitiendo una producción eficiente de PHA incluso con altas cargas de fenol. Debe tenerse en cuenta que la limitación de nutrientes u oxígeno desvía el metabolismo microbiano hacia la generación de reservas intracelulares. Los microorganismos reducen su actividad metabólica y priorizan el almacenamiento de carbono en forma de polímero (PHA y/o glucógeno) como mecanismo de supervivencia, en lugar de utilizarlo para el crecimiento celular (Zhang et al., 2018). Los objetivos del presente trabajo fueron: 1) cultivar biogránulos aeróbicos en un SBR tipo columna utilizando un efluente sintético conteniendo fenol como única fuente de carbono y energía. 2) operar el SBR bajo condiciones alternantes de disponibilidad de carbono e inanición (régimen “feast/famine”) para favorecer la selección de microorganismos con capacidad de acumulación de reservas intracelulares de carbono (PHA y glucógeno). 3) utilizar la biomasa granular obtenida en reactores batch de producción de PHA con altas cargas de fenol. 4) evaluar el consumo del sustrato orgánico y la acumulación de PHA bajo diferentes condiciones: a- limitación en nitrógeno (LN), b- limitación en nitrógeno y oxígeno (LNO-1 y LNO-2).