Producción de polihidroxialcanoatos a partir de suero lácteo y otras fuentes de carbono usando cultivos microbianos mixtos

Abstract

[Resumen] El modelo de vida consumista, lineal y poco sostenible llevado a cabo por el ser humano durante el siglo XX y los primeros compases del siglo XXI, ha provocado una situación de desequilibro ambiental que está poniendo en serio peligro la sostenibilidad del planeta. Sin embargo, la sociedad está cada vez más concienciada sobre esta situación y opta por un modelo de vida más circular que ayude a la gestión de los recursos naturales. Se trata de romper con la cadena Producir – Consumir – Desechar. El modelo propuesto por la economía circular de reutilizar los “desechos” como materia prima de nuevos productos, junto con una reducción del consumo, se prevé como parte de la solución. Sin embargo, la sociedad poco puede hacer si las grandes organizaciones, tanto públicas como privadas, no tienen voluntad de cambio. Las grandes organizaciones son las que tienen una mayor responsabilidad sobre la situación medioambiental del planeta, pero las menos interesadas en un desarrollo más sostenible, ya sea por falta de herramientas o por un aspecto meramente económico. La presente tesis trata de poner fin a ambas premisas, al promover una integración de un proceso de valorización de residuos como una etapa más dentro de la cadena de producción en un sector tan importante en Galicia como es el sector lácteo. La finalidad es desarrollar un modelo de economía circular en este sector. Galicia es, de lejos, la comunidad autónoma con mayor producción de leche de origen vacuno en España y, por lo tanto, de una gran variedad de derivados lácteos. Es por ello que el suero lácteo es un subproducto muy abundante en nuestra autonomía, pero que de por sí contiene una alta carga contaminante que debe de ser contrarrestada. Por suerte, la biotecnología permite transformar el suero lácteo en polihidroxialcanoatos, polímeros de origen microbiano con propiedades muy similares a las de algunos plásticos convencionales, pero con la cualidad de ser biodegradables. En el devenir de este proyecto de tesis se trató de optimizar el proceso de producción de polihidroxialcanoatos usando suero lácteo como sustrato y cultivos microbianos mixtos como inóculo. En paralelo, se diseñó un nuevo experimento con la finalidad de producir conjuntamente dos compuestos de alto valor añadido, como son los bioalcoholes y los biopolímeros. Para ello, un sustrato gaseoso como fuente de carbono fue valorizado en un proceso de dos etapas diseñado por vez primera aquí.

[Resumo] O modelo de vida consumista, lineal e pouco sustentable levado a cabo polo ser humano durante o século XX e os primeiros compases do século XXI, provocou unha situación de desequilibro ambiental que está a poñer en serio perigo a sustentabilidade do planeta. Con todo, a sociedade estase a concienciar cada vez máis sobre esta situación e opta por un modelo de vida moito máis circular que axude á xestión dos recursos naturais. Trátase de romper coa cadea Producir – Consumir – Refugar. O modelo que propón a economía circular de reutilizar os “refugallos” como materia prima para novos produtos, xunto cunha redución do excesivo consumo, prevese como parte da solución. Con todo, a sociedade pouco pode facer se as grandes organizacións, tanto públicas como privadas, non teñen vontade de cambio. As grandes organizacións son as que teñen unha maior responsabilidade sobre a situación ambiental do planeta, pero as menos interesadas nun desenvolvemento máis sustentable xa sexa por falta de ferramentas ou por un aspecto meramente económico. A presente tese trata de poñer fin a ambalas dúas premisas ao promover unha integración dun proceso de valorización de residuos como unha etapa máis na cadea de produción dun sector tan importante en Galicia como é o sector lácteo. A finalidade é desenvolver un modelo de economía circular neste sector. Galicia é, de lonxe, a comunidade autónoma con maior produción de leite de orixe vacúa en España e, polo tanto, dunha gran variedade de derivados lácteos. É por iso que, o soro lácteo é un subproducto moi abundante na nosa autonomía, pero que de seu contén unha alta carga contaminante que hai que contrarrestar. Por sorte, a biotecnoloxía permite transformar o soro lácteo en polihidroxialcanoatos, polímeros de orixe microbiano con propiedades moi similares ás dalgúns plásticos convencionais, pero coa calidade de ser biodegradables. No devir deste proxecto de tese, tratouse de optimizar o proceso de produción de polihidroxialcanoatos empregando soro de leite como sustrato e cultivos microbianos mixtos como inóculo. En paralelo, diseñouse un novo experimento coa finalidade de producir conxuntamente dous compostos de alto valor engadido como son os bioalcohois e os biopolímeros. Para iso, empregouse un sustrato gaseoso como fonte de carbono que foi valorizado nun proceso de dúas etapas diseñado aquí por vez primeira.

[Abstract] The consumerist human way of living has been linear and unsustainable since the XX century. This fact has led the Earth to a worrisome environmental imbalance. However, society is currently increasing its concern about this critical environmental situation and choosing for a more circular economy in order to mitigate the environmental impact. It is about breaking with the Produce – Consume – Discard chain. The circular economy proposes the reuse of “waste” as raw material for the development of new products. Together with a reduction in the consumerist behaviour of the human population, they can offer a partial solution to this environmental imbalance issue. However, society can do little if large organizations, either public or private, have no will to change. Large organizations have the greatest responsibility for the Earth’s environmental situation. However, they are the least interested in a more sustainable development, whether for lack of tools or for a purely economic aspect. This doctoral thesis aimed the integration of waste valorization processes on the production chain in order to implement a circular economy model in an important industry in Galicia as the dairy industry. Galicia is, by far, the Spanish region with the highest dairy production from bovine origin and, therefore, a great variety of dairy products. Therefore, cheese whey becomes a very abundant by-product in our community, but with a high polluting effect due to its high organic load. This pollutant condition must be counteracted. Fortunately, biotechnology allows the transformation of cheese whey into polyhydroxyalkanoates, a microbial derived polymer with very similar properties to those of some conventional plastics, but with biodegradable condition. During this doctoral thesis, the optimization of the polyhydroxyalkanoates production process was studied using cheese whey as substrate and mixed microbial cultures as inoculum. In parallel, a new experiment design was performed in order to integrate the production of bioalcohols and biopolymers. With this goal,

a gaseous carbon source was valorised in a two-stage process, designed here for the first time.