Estudio preliminar de la producción de ácidos grasos volátiles para la obtención de biopolímeros mediante la valorización de residuos orgánicos complejos.

Abstract

La digestión anaeróbica es una alternativa atractiva para revalorizar líneas residuales ricas en lípidos y carbohidratos. Este proceso consta de cuatro pasos: hidrólisis, acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis. Al inhibir la metanogénesis se logra incrementar la formación de ácidos grasos volátiles (AGV) formados durante la acidogénesis y acetogénesis. Éstos se pueden utilizar como fuente de carbono para la producción de polihidroxialcanoatos (PHA), biopolímeros con propiedades plásticas y biodegradables, con mayor valor en el mercado. En este trabajo se evalúa, de manera preliminar, el potencial de producción de AGV a partir de corrientes lipídicas con vistas a su utilización en la síntesis de PHA. Para ello, se realizaron 3 ensayos en reactores discontinuos (batch) de 400 mL con distintos sustratos (glucosa, ácido oleico y aceite usado de cocina). En el primer ensayo, se utilizó glucosa y aceite residual, y un inóculo refrigerado. Se constató que el amoníaco libre produjo una inhibición total de la metanogénesis. En el segundo ensayo, se utilizó la misma fuente de carbono, pero un inóculo fresco de origen industrial. Se logró consumir completamente la glucosa, pero el aceite no se solubilizó por completo, quedando en forma de flóculos en la superficie del líquido. El objetivo del tercer ensayo era estudiar el efecto de la hidrólisis utilizando ácido oleico, además de dos corrientes de aceite con menor concentración. El ácido oleico tampoco pudo solubilizarse y se observaron flóculos en la superficie. Una de las corrientes de aceite con menor concentración formó AGV con una mayor proporción de acético que en el ensayo 2, seguido de nuevo por el ácido propiónico. Se logró un aumento de la producción de AGV al utilizar un inóculo activo, sin embargo, los tres intentos de mejora en el proceso en el ensayo 3 fallaron. La hidrólisis de lípidos se vio muy afectada por el área superficial disponible. El máximo de AGV logrados a partir de la DQO introducida fue 23% para el aceite y 13% para el ácido oleico. Los AGV específicos obtenidos en cada ensayo fueron diferentes, mostrando el potencial de obtención de materiales con diferentes propiedades bioplásticas a partir de aceite residual adaptando el modo de operación.

Anaerobic digestion is an attractive alternative for valorizing residual streams rich in lipids and carbohydrates. This process consists of four steps: hydrolysis, acidogenesis, acetogenesis, and methanogenesis. By inhibiting methanogenesis, it is possible to increase the formation of volatile fatty acids (VFAs) formed during acidogenesis and acetogenesis. These can be used as a carbon source to produce polyhydroxyalkanoates (PHA), biopolymers with plastic and biodegradable properties, which have higher value in the market. This work preliminarily evaluates the production potential of VFAs from lipid streams for their use in PHA synthesis. For this purpose, three assays were carried out in 400 mL batch reactors with different substrates (glucose, oleic acid, and used cooking oil). In the first assay, glucose and residual oil were used, along with a refrigerated inoculum. It was found that free ammonia completely inhibited methanogenesis. In the second assay, the same carbon source was used, but a fresh inoculum from an industrial source was employed. Glucose was completely consumed, but the oil was not completely solubilized, remaining in the form of floccules on the liquid surface. The objective of the third assay was to study the effect of hydrolysis using oleic acid, in addition to two oil streams with lower concentrations. Oleic acid also could not be solubilized, and floccules were observed on the surface. One of the oil streams with lower concentration formed VFAs with a higher proportion of acetic acid than in assay 2, followed again by propionic acid. An increase in VFA production was achieved using an active inoculum; however, all three attempts to improve the process in assay 3 failed. Lipid hydrolysis was greatly affected by the available surface area. The maximum VFAs obtained from the introduced COD were 23% for oil and 13% for oleic acid. The specific VFAs obtained in each assay were different, demonstrating the potential for obtaining materials with different bioplastic properties from residual oil by adapting the operation mode.