Fermentación anaerobia continua durante 140 días en los fermentadores LAMBDA MINIFOR para estudiar el efecto de un acetato externo en la elongación de la cadena a base de lactato.

Por primera vez, la Facultad de Ingeniería Medioambiental y Energía de la Universidad Tecnológica de Poznan (Polonia) probó el efecto de un acetato externo en la elongación de la cadena a base de lactato en un fermentador alimentado de forma continua. El motivo es comprobar cómo afectaría el acetato externo a la eficacia de la producción de carboxilato en presencia del microbioma que realiza la elongación de cadena del sustrato de cadena corta (lactato-acetato) a Caproato valioso.

 En su publicación - doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.149885, el autor explicó el trabajo experimental de fermentación anaerobia continua durante 140 días en dos fermentadores MINIFOR para la producción de carboxilato valioso, principalmente el Caproato variando la estrategia de alimentación.

Fig 1: Visión general - Fermentación anaerobia continua durante 140 días en los fermentadores LAMBDA MINIFOR.

Referencia: doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.149885. Filip Brodowski, Mateusz Łężyk, Natalia Gutowska, Piotr Oleskowicz-Popiel. Effect of external acetate on lactate-based carboxylate platform: Shifted lactate overloading limit and hydrogen co-production, Science of The Total Environment, Volume 802, 2022, 149885, ISSN 0048-9697.

Para este estudio se utilizaron en paralelo dos fermentadores LAMBDA MINIFOR de 1L. El recipiente se llenó con medio sintético y el volumen de trabajo mantenido en cada biorreactor es de 0,8L.

Se utilizaron 80 ml de lodo como inóculo, que tiene un microbioma mixto. Se inyectó gas N2 en los fermentadores para mantener una condición anaeróbica en el interior del recipiente. El fermentador MINIFOR está equipado con un MASSFLOW para el suministro regulado de gas N2 o aire.

El módulo LAMBDA (mantenido en el fondo del fermentador) el cultivo continuo y mantener el volumen constante, por lo tanto, cada vez que el peso excede el valor establecido, la bomba de cosecha se activa, elimina el exceso de volumen y mantiene el peso constante.

Cultivos continuos = fermentador-biorreactor LAMBDA MINIFOR + Bomba de alimentación + Bomba de cosecha + Módulo de pesaje

La temperatura de cada biorreactor se mantuvo a 30 °C mediante un innovador sistema de calefacción por radiación infrarroja. Los fermentadores están equipados con bombas peristálticas para la regulación automática del pH. Cada vez que el pH empieza a variar con respecto al punto establecido, la bomba de ácido o la bomba de base suministra el tampón para mantener el pH en 5,5.  El tiempo de retención hidráulica se mantuvo en 5 días.

Fig 2: Vista esquemática del sistema fermentador LAMBDA MINIFOR

Estrategia de alimentación:

El proceso se dividió en diferentes fases en función de la concentración de lactato y acetato en la materia prima, como se muestra a continuación,

Fig 3: Perfil de la tasa de producción de carboxilatos con la concentración residual de sustrato en el biorreactor 1 (B1) y en el biorreactor 2 (B2).

Resultados:

En el biorreactor B1: como resultado de la adición de un acetato externo, la recuperación de la producción de caproato estable obtenida es de 68,9 ± 2,2 mmol C/L/d. La elevada coproducción de hidrógeno observada fue de 748 ± 76 mLH2/d.

En el segundo biorreactor, la producción de caproato obtenida fue de 71,7 ± 2,4 mmol C/L/d. Asimismo, el hidrógeno gaseoso obtenido fue de 213 ± 30 mLH2/d.

El análisis microbiano del cultivo mixto mostró que la bacteria Ruminococcaceae CPB6 y Acinetobacter se mantuvieron estables durante todo el proceso.

Conclusiones:

El lactato como única fuente de carbono desestabilizó la producción de carboxilato.

La adición de acetato externo favorece la producción de carboxilato, especialmente caproato.