Riassunto analitico
Il polialcol D-arabitolo è elencato nella lista dei 12 composti ad alto valore aggiunto di maggiore interesse quali target per le bioraffinerie e trova applicazione per la produzione del dolcificante xilitolo e come building block nella sintesi chimica di composti enantiopuri. Lo sviluppo di processi fermentativi volti a valorizzare scarti agro-industriali per la produzione di questo composto con approccio di bioraffineria sono un target biotecnologico di notevole interesse. Queste due fonti di carbonio sono disponibili a basso prezzo in quanto sono contenuti in reflui di altre attività produttive e il loro smaltimento normalmente costituisce un costo. Il lattosio è contenuto nei reflui dell’industria lattiero casearia, mentre il glicerolo è un sottoprodotto inevitabile del processo di produzione del biodiesel. Poiché è stato dimostrato che alcuni lieviti sono capaci di produrre D-arabitolo in condizioni di stress osmotico, in questo studio si è valutata la possibilità di produrre D-arabitolo con lieviti, a partire da elevate concentrazioni di lattosio e da glicerolo. Per 51 ceppi di lieviti appartenenti a 24 specie, sono state valutate le capacità di crescita su glicerolo e su lattosio, prima alla concentrazione di 20 g/L e successivamente, per applicare una condizione di stress osmotico, alla concentrazione di 80 g/L. La quantità di D-arabitolo prodotto e di fonte di carbonio consumata sono state analizzate mediante analisi in HPLC-RID. Dopo 144 h di crescita su 80 g/L di lattosio, nessun ceppo ha prodotto più di 1 g/L di D-arabitolo. La produzione è sempre stata trascurabile anche in presenza di 80 g/L di glicerolo, tranne che per Candida freyschussii WC1104, Hansenula anaomala WC1501, Pichia guillermondii WC1500, Hansenula Jadinii WC 1505 e Zygosaccharomyces rouxii WC1206, che hanno prodotto da 2.1 a 4.5 g/L. Questi ceppi sono stati selezionati e sono stati coltivati in beuta in presenza di 160 g/L di glicerolo: per la maggior parte essi la resa di produzione è aumentata, in particolare per H. anomala WC 1501 che ha prodotto 8 g/L, pari a una resa di conversione (arabitolo prodotto/glicerolo consumato) del 20.3%. Questo ceppo è stato quindi selezionato per uno studio più approfondito per l’applicazione ad un processo fermentativo per la produzione di D-arabitolo utilizzando glicerolo come fonte di carbonio. Per studiare la cinetica di crescita e di produzione sono state quindi allestite delle fermentazioni in bioreattore in modalità batch contenente 2 litri di terreno, da cui è emerso che la produzione di D-arabitolo avviene in fase stazionaria e non è legata alla crescita del microrganismo. Ulteriori prove sono state condotte in terreni di coltura con diverse concentrazioni di azoto inorganico (0, 1, 2, 4 g/L di solfato di ammonio), dimostrando che la produzione è positivamente influenzata da un elevato rapporto C/N del terreno, difatti la produzione maggiore (20 g/L in 160 h) è state ottenuta in assenza di solfato d’ammonio. Per individuare quali fossero i parametri di processo più significativi per la produzione sono state allestite diverse prove con pH e ossigeno disciolto controllati a diversi valori: pH libero, 2.5, 3, e 3.5 e DOT 20% e 40%. Il processo più produttivo è stato quello a pH 3 e DOT 40% che ha generato 20 g/L di D-arabitolo in 160 h. Tuttavia, concentrazioni superiori di prodotto (26 g/L) sono state ottenute a pH 3.5 e dot 40% anche se in tempi maggiori (200 h). Mentre la ricerca di un ceppo capace di produrre D-arabitolo da lattosio è risultata infruttuosa, questo studio ha permesso di individuare il lievito H. anomala WC1501 come microrganismo di potenziale interesse per la produzione da glicerolo. Le prove condotte in beuta ed in bioreattore sono un punto di partenza per la messa a punto e l’ottimizzazione di un processo di produzione che abbia una resa economicamente vantaggiosa.
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