Lignocellulolytic enzymes production via Solid-State Fermentation of agroindustrial residues: process optimization and application.

Tesi d’estudis: Tesi doctoral

Resum

Aquesta tesis esta enfocada en la valorització de residus agroindustrials mitjançant la utilització de la fermentació en estat sòlid per a la producció enzimàtica. Aquest estudi es troba emmarcat dins el projecte Valorització de residus agroindustrials per a la producció de bioplàstics (VALORA, CTM2016-81038-R). Per a la producció enzimàtica, es van estudiar tres residus diferents provinents de la indústria alimentària: el bagàs de cervesa, la brisa de raïm i la pinyolada. Tots aquest són residus lignocel·lulòsics es produeixen en grans quantitats en indústries properes al centre d’investigació i la seva gestió pot comportar problemes mediambientals. Tot i això, aquests residus tenen unes propietats que els fan ser interessants com a font de enzims lignocel·lulòtics, i per tant, poden ser valoritzats obtenint un producte d’alt valor afegit. Per tal d’aconseguir aquest objectiu s’han avaluat 3 soques diferents de fongs com a productors enzimàtics: Aspergillus niger, Thermoascus aurantiacus and Trichoderma reesei. En el primer capítol de resultats (Capítol 4) s’exposa la selecció del substrat per a la producció enzimàtica dins els tres residus estudiats. Un cop seleccionat el substrat, es va realitzar un estudi per avaluar el potencial productor d’enzims lignocel·lulòtics de les tres soques de fongs esmentades mitjançant la fermentació en estat sòlid a escala laboratori. Per tal d’avaluar el potencial de cada soca es va analitzar les activitats enzimàtiques obtingudes, però també l’aplicabilitat dels extractes enzimàtics obtingut per obtenir sucres fermentables de residus lignocel·lulòsics. Finalment, es realitza una prova de concepte, en consonància amb l’objectiu del projecte VALORA per tal d’obtenir bioplàstics a partir dels sucres fermentables obtinguts. Un cop obtinguts i avaluats els resultats de les diferents soques de fongs, es va decidir seguir treballant amb dues d’elles (A. niger i T. aurantiacus) i optimitzar el procés de producció enzimàtica mitjançant la fermentació en estat sòlid (Capítol 5). La SSF d'A. niger realitzada en les condicions òptimes va trobar un valor màxim d'activitat xilanasa de 309,0 ± 24,5 U · g-1DM a les 42 h i un valor màxim d'activitat cel·lulasa de 7,9 ± 1,0 FPU · g-1DM a les 24 h. La SSF de T. aurantiacus realitzada en les condicions òptimes va trobar un valor màxim d'activitat xilanasa de 156,1 ± 15,8 U · g-1DM a les 48 h i un valor màxim d'activitat cel·lulasa de 3,5 ± 0,5 FPU · g-1DM a les 48 h. Un cop optimitzat el procés, es va fer un canvi d'escala per tal d'estudiar el procés a escala pilot i avaluar diferents configuracions del reactor (Capítol 6). Els millors resultats es van obtenir utilitzant A. niger amb els reactors de PVC amb una activitat xilanasa màxima (245,5 ± 21,6 U · g-1DM, 5,1 ± 0,5 U · g-1DM · h-1 de productivitat) a 48 h i una cel·lulasa màxima activitat (4,5 ± 0,2 FPU · g-1DM, 0,06 ± 0,00 FPU · g-1DM · h-1 de productivitat) a 80 h. Finalment, els extractes més prometedors obtinguts durant l'estudi van ser sotmesos a diferents proves per avaluar-ne l'eficiència en la hidròlisi de diversos materials. En aquest pas, també es va incloure la fracció sòlida dels materials explotats amb vapor com un intent d'avaluar els extractes enzimàtics en una gamma més àmplia de materials (Capítol 7) i aquests es van hidrolitzar tant en medi líquid com sòlid. En general, els resultats presentats en aquesta tesi constitueixen una primera aproximació cap a l'ús de soques de fongs purs i SSF com a tecnologia vàlida per a la producció d'enzims d'interès industrial utilitzant matèries primeres de baix cost.
Data del Ajut3 de març 2022
Idioma originalEnglish
Institució adjudicatària
  • Universitat de Vic - Universidad Central de Catalunya (UVic-UCC)
SupervisorSergio Ponsa Salas (Director/a), Oscar Mauricio Martinez Avila (Codirector/a) & Maria Teresa Gea Leiva (Tutor/a)

Com citar-ho

'