Valorization of Pollutants and Renewable Resources to Obtain Biofuels and Bioproducts

Abstract

[Abstract]: Growing concern about the depletion of fossil resources and their negative impact on the environment is driving the search for more sustainable energy sources. This research addresses the bioconversion of C1 gases into high-value-added products such as microbial oils and carotenoids. Syngas can be metabolized by acetogenic bacteria, producing volatile fatty acids through the Wood-Ljungdahl metabolic pathway. These compounds can be subsequently revalorized in a second aerobic fermentation using oleaginous yeasts to accumulate lipids and carotenoids. This two-step biorefinery approach allows the development of an efficient process for the conversion of pollutants into biomolecules of great industrial interest. The effects of various experimental conditions in the second stage of the process were investigated by evaluating bioreactor configurations, the substrate toxicity and metabolic pathways to determine optimal conditions. Fermentation using volatile fatty acids and glucose as substrates with oleaginous yeasts was compared. Finally, carotenoid extraction using green solvents was studied, replacing conventional methods using toxic organic solvents. This research offers a promising approach for the sustainable production of biofuels and nutraceutical products mainly from greenhouse gases.

[Resumo] A crecente preocupación polo esgotamento dos recursos fósiles e o seu impacto negativo no medio ambiente impulsa a procura de fontes de enerxía máis sostibles. Esta investigación aborda a bioconversión de gases C1 en produtos de alto valor engadido, como aceites microbianos e carotenoides. O gas de síntese (syngas) pode ser metabolizado por bacterias acetoxénicas, producindo ácidos graxos volátiles a través da ruta metabólica Wood-Ljungdahl. Estes compostos poden ser posteriormente revalorizados nunha segunda fermentación aerobia empregando lévedos oleaxinosos para acumular lípidos e carotenoides. Este enfoque de biorrefinería en dúas etapas permite desenvolver un proceso eficiente de conversión de contaminantes en biomoléculas de gran interese industrial. Investigáronse os efectos de diversas condicións experimentais na segunda etapa do proceso, avaliando distintas configuracións de biorreactores, toxicidade dos substratos e rutas metabólicas para determinar as condicións óptimas. Comparouse a fermentación con lévedos oleaxinosos utilizando ácidos graxos volátiles e glicosa como substratos. Finalmente, estudouse a extracción de carotenoides mediante disolventes verdes, substituíndo os métodos convencionais que empregan disolventes orgánicos tóxicos. Este estudo ofrece un enfoque prometedor para a produción sostible de biocombustibles e produtos nutracéuticos a partir de gases de efecto invernadoiro, principalmente.

[Resumen] La creciente preocupación por el agotamiento de recursos fósiles y su impacto negativo en el medio ambiente impulsa la búsqueda de fuentes de energía más sostenibles. Esta investigación aborda la bioconversión de gases C1 en productos de alto valor añadido, como aceites microbianos y carotenoides. El gas de síntesis (syngas) puede ser metabolizado por bacterias acetogénicas, produciendo ácidos grasos volátiles a través de la ruta metabólica Wood-Ljungdahl. Estos compuestos pueden ser posteriormente revalorizados en una segunda fermentación aerobia empleando levaduras oleaginosas para acumular lípidos y carotenoides. Este enfoque de biorrefinería en dos etapas permite desarrollar un proceso eficiente de conversión de contaminantes en biomoléculas de gran interés industrial. Se investigaron los efectos de diversas condiciones experimentales en la segunda etapa del proceso, evaluando configuraciones de biorreactores, toxicidad de sustratos y rutas metabólicas para determinar las condiciones óptimas. Se comparó la fermentación con levaduras oleaginosas utilizando ácidos grasos volátiles y glucosa como sustratos. Finalmente, se estudió la extracción de carotenoides mediante disolventes verdes, sustituyendo métodos convencionales que emplean disolventes orgánicos tóxicos. Esta investigación ofrece un enfoque prometedor para la producción sostenible de biocombustibles y productos nutracéuticos a partir de gases de efecto invernadero, principalmente.