Riassunto analitico
Bioraffineria del glicerolo con Wickerhamomyces anomalous WC 1501:
miglioramento della produzione di arabitolo e valorizzazione della biomassa
Tesi di Enrico Borghi, Relatore Dott. Alberto Amaretti
Il glicerolo viene ottenuto in grandi quantità come prodotto di scarto della produzione di biodiesel e la sua valorizzazione rappresenta un obiettivo di particolare interesse per le bioraffinerie. In questo contesto il lievito Wickerhamomyces anomalous è un microorganismo particolarmente promettente. Difatti,il ceppo W.anomalousWC 1501è stato precedentemente studiato e descritto per la sua capacità di utilizzare questa fonte di carbonio per produrre arabitolo, un pentitolo di grande interesse per le industrie chimica e alimentare ed elencato tra i principali target per le bioraffinerie. Altri ceppi di W. anomalous, invece, sono stati descritti come produttori di bioplastiche (poliidrossialcanoati) intracellulari e biosurfattanti, sebbene sempre da altre fonti di carbonio. Questo lavoro di tesi si è prefisso di migliorare le prestazioni di W. anomalous WC 1501 in un processo fed-batch per la produzione di arabitolo da glicerolo e di valutare se il lievito producesse biopolimeri intracellulari o altri metaboliti che potessero valorizzare ulteriormente tale produzione. Il lievito produce arabitolo con una cinetica non legata alla crescita ed è utilizzato in un processo fermentativo fed-batchin cui prima si ottiene una coltura ad alta densità mediante l’aggiunta di terreno 20 X, poi si avvia la produzione vera e propria mediante l’applicazione di un pulse di glicerolo concentrato seguito dalla sua alimentazione continua. Il processo sviluppato inuno studio precedente, condotto alla temperatura da 32.5°C, portava alla produzione di 129 g/L di arabito in 380 h di fermentazione, con una resa, relativamente al glicerolo consumato, del 45%. In questo studio sono state modificate le condizioni della fase produttiva, aumentando progressivamente la temperatura fino a 38°C per facilitare la cinetica di produzione e aumentando la concentrazione del pulse di glicerolo (da 120 a 200 g/L). Le condizioni utilizzate hanno permesso di raggiungere una concentrazione di arabitolo pari a 250 g/L in 336 h di fermentazione più che raddoppiando la produttività volumetrica(0.74 g/L/h) e incrementando la resa di conversione fino al 66%. Nel corso della fase produttiva la coltura non presenta alcun aumento di concentrazione cellulare, si osserva un aumento progressivo del peso secco, da 23 g/L all’inizio della fase di produzione fino ai 31 g/L finali, che ha fatto ipotizzare l’accumulo di metaboliti intracellulari. L’osservazione al microscopio ottico ha evidenziato la presenza di corpi intracellulari opachi simili a quelli che si osservano nei lieviti produttori di biopolimeri (poliidrossialcanoati) o nei lieviti oleaginosi, che accumulano lipidi. Per indagare la natura di questi metaboliti si è proceduto ad estrarre la biomassa con due protocollie solventi adatti all’estrazione di biopolimerie trigliceridi.Le fasi estratte sono state sottoposte ad analisi H-NMR e al saggio spettrofotometrico dell’acido crotonico che hanno permesso di escludere la presenza di poliidrossialcanoati e di confermare la presenza ditrigliceridi. I trigliceridi, erano caratterizzati da acidi grassi mediamente monoinsaturi a catena prevalentemente C16 o C18 così come molti oli vegetali, rappresentavano circa il 5% del peso secco cellulare al termine della fase di crescita e sono aumentati nel corso della produzione fino al 23%, per una concentrazione di 7.1 g/L. I risultati ottenuti hanno confermato che W.anomalous WC 1501 è un eccellente microrganismo su cui una bioraffineria del glicerolo potrebbe essere sviluppata, sia per l’efficiente produzione di un metabolita ad alto valore aggiunto come arabitolo, sia per l’ottenimento di trigliceridi di interesse per l’industria alimentare o dei biocombustibili.
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