Efecto de nutrientes e iluminación sobre la producción de hidrógeno y poli-β- hidroxibutirato por Rhodopseudomonas pseudopalustris como base para la proyección de un sistema de fotobiorreacción

Abstract

Las vinazas tequileras son las aguas residuales del proceso de producción del tequila, contienen una elevada concentración de materia orgánica y un bajo pH, por lo que son consideradas contaminantes, no obstante, son una excelente alternativa como sustrato en cultivo microbianos. Rhodopseudomonas pseudopalustris ha demostrado una extraordinaria versatilidad metabólica para utilizar gran cantidad de los compuestos orgánicos e inorgánicos presentes en las vinazas tequileras como donadores electrónicos para producir hidrógeno (?2) y poli-β-hidroxibutirato (PHB). Por otra parte, se ha reportado que regiones específicas del espectro electromagnético de la Luz se favorece la producción de pigmentos con R. pseudopalustris y tales pigmentos son esenciales para la producción de ?2. En este estudio se examinó la producción de ?2 y PHB a partir de vinazas tequileras mediante un experimento 22, en el que los factores fueron la carga orgánica en las vinazas de tequila (2 y 5 ?/?) los nutrientes añadidos a las vinazas (con y sin nutrientes). La mayor producción de ?2 derivada del diseño 22 se obtuvo con una carga orgánica de 5 ?/? de DQO de las vinazas de tequila y adicionando nutrientes (1488 ?? ?2 / ? de medio de cultivo) lo cual fue 2.5 veces mayor que con una carga orgánica de 2 ?/? y vinazas de tequila sin nutrientes (430 ?? ?2 /? de medio). Por el contrario, ocurrió la máxima acumulación de PHB se alcanzó con una carga orgánica de 2 ?/? y vinazas de tequila sin nutrientes (444 ?? de PHB /? de biomasa) que representa 14.3 veces más que el alcanzado con una carga orgánica de 5 ?/? de vinazas de tequila con adición de nutrientes (29 ?? de PHB / ? de biomasa). El estudio de diferentes regiones del espectro electromagnético de luz (LED azul, blanca y roja) utilizadas para la foto-fermentación con R. pseudopalustris, demostró que cuando se utiliza la luz LED azul se tiene una mayor producción de ?2 (1700 ?? de ?2 /? medio de cultivo), lo que representa 23 % más respecto del obtenido con luz LED roja. En contraste, el almacenamiento máximo de PHB fue mayor cuando se utilizó luz LED roja (409 ?? de PHB / g de biomasa) que significa 26 % más PHB con respecto a la luz LED azul. Se realizó la proyección de un sistema de fotofermentación para la producción de ?2 con R. pseudopalustris, el cual consiste en el diseño del foto-biorreactor, un eudiómetro y el sistema de control e instrumentación. Dentro de las características del diseño de este nuevo sistema de fotofermentación es que cuenta con luz coaxial interna y se puede variar el espectro electromagnético de la luz, es de volumen de operación variable y de fácil escalamiento. Para el diseño del sistema de fotofermentación se realizaron diferentes pruebas y simulaciones con las cuales se logró la maximización de la cobertura de iluminación del área lateral de la lámpara LED, una eficiente distribución espacial de la luz de la cámara de fotorreacción, un mezclado completo y una adecuada hidrodinámica dentro de la cámara de fotobiorreacción. Con el trabajo realizado se encontraron las condiciones de cultivo (carga orgánica, nutrientes y tipo de luz LED) que favorecen tanto la producción de ?2 y PHB con R. pseudopalustris. Además, el estudio permitió localizar limitaciones en el sistema de fotobiorreación utilizado, lo que llevo a diseñar uno nuevo en el que se mejora la distribución espacial de la luz y la hidrodinámica, también permite adaptar diferentes volúmenes de operación (fácil escalonamiento) y variar el espectro de luz, todo lo anterior con el fin de mejorar la productividad del proceso.