Riassunto analitico
L’arabitolo è un polialcol a cinque atomi di carbonio, utilizzato come building block nell’industria chimica e come dolcificante alimentare. Questo polialcol può derivare dalla fermentazione da parte di lieviti che permettono la bioconversione di materiali di scarto, come il glicerolo. Il glicerolo è un alcool di origine naturale, il quale è derivato da un processo di transesterificazione da parte delle industrie di biodiesel. La crescita del mercato del biodisel ha portato all’aumento della produzione di glicerolo, rendendolo così un prodotto a basso costo ed abbondantemente disponibile. Il ceppo Wickerhamomyces anomalus WC 1501, è un lievito osmofilo che ha mostrato un’alta capacità di produzione di arabitolo, utilizzando glicerolo come fonte di carbonio. In questo lavoro di tesi si è prefissato di sviluppare un processo produttivo a biomassa immobilizzata con Wickerhamomyces anomalus WC 1501.
L’immobilizzazione del lievito, in questo caso all’interno di sferette di calcio alginato, permette di aumentare la produttività del processo, in quanto consente di utilizzare grandi concentrazioni di biomassa. Inoltre, questa tecnica semplifica la separazione della massa cellulare dal prodotto di coltura permettendo l’utilizzo della stessa densità cellulare per tempi maggiori e per cicli diversi di fermentazione. L’immobilizzazione in calcio alginato si contraddistingue dalle altre metodiche in quanto è una tecnica a basso costo e non richiede condizioni radicali perché utilizza composti riconosciuti come additivi alimentari. Il fatto che W. anomalus WC 1501 produca arabitolo durante la fase stazionaria, in condizioni di limitazioni di azoto, semplifica l’utilizzo di un processo a biomassa immobilizzata, utilizzando un mezzo di coltura che non consente la crescita eccessiva del lievito, limitandone la fuoriuscita dalle sferette in cui è immobilizzato.
Al fine di studiare e di conoscere le condizioni migliori da attuare nella fermentazione, sono state allestite delle prove di crescita di lievito in beuta. Le condizioni migliori ottenute in beuta sono state successivamente trasferite a processi condotti in bioreattore secondo diverse modalità operative. La prima modalità sperimentata è con il bioreattore a letto fisso. Questa modalità ha permesso di ottenere una produzione di arabitolo di 6.44 g/L in 168 h. La fermentazione a letto mobile, ottenuta tramite la presenza di un flusso ascensionale, presenta una produzione di arabitolo 14.37 g/L a 168 h. Inoltre, é stata sperimentata un’altra modalità attraverso il bioreattore ad agitazione meccanica. La biomassa immobilizzata è stata inserita all’interno del vessel del bioreattore per avere un maggiore controllo dell’ossigenazione del terreno e dei parametri di crescita. Tale condizioni ha dimostrato risultati peggiori rispetto alle altre condizioni. La modalità di fermentazione che ha dato risultati migliori è il bioreattore air lift. Infatti, attraverso l’insufflazione d’aria all’interno di una colonna è possibile aumentare l’ossigeno disciolto e il movimento della biomassa immobilizzata all’interno del bioreattore. Questa modalità ha mostrato una produzione di arabitolo di 38.10 g/L con un consumo di glicerolo 69.49 g/L (YP/S= 0.54 g/g; QP =0.22 g/L/h). Questi valori hanno permesso di dimostrare che la modalità air-lift si è una buona modalità di fermentazione per la produzione di arabitolo da parte da W.anomlus WC 1501 immobilizzato mediante alginato.
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