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Mejorar los procesos de fermentación anaerobia de paja de trigo pretratada alcalina

Bioseguridad Internacional

La biomasa de la planta se puede convertir por fermentación anaeróbica en los productos químicos y portadores de energía renovables. En estos campos de aplicación, la utilización de sustratos ricos en lignocelulosa es de creciente interés debido a su alta abundancia. Por otra parte, el uso de la biomasa de residuos lignocelulósicos se considera que es sostenible y, por lo tanto, socialmente aceptada.

Un reto importante es la obstinación de lignocelulosa contra la descomposición microbiana. La paja es uno de los principales residuos lignocelulósicos producidos durante el cultivo agrícola.

En Alemania, desde 8 hasta 13 millones de toneladas de paja de cereales están disponibles por año para el uso sostenible más allá de las aplicaciones agrícolas. La biodegradación anaeróbica de este material rico en fibra es limitado, la paja de trigo, por ejemplo, contiene 35-45% de celulosa, 20-30% de hemicelulosa y lignina 8-15%. Debido a esto, los tiempos de retención altos pueden ser necesarios para la producción de biogás a partir de paja por digestión anaeróbica (AD).

Uno de los métodos químicos más prometedores es el pre-tratamiento de lignocelulosa con álcalis. Esto normalmente conduce a la disolución de la parte de la lignina del material vegetal y un hinchamiento de la matriz de celulosa, resultando en una mejora de la accesibilidad para las enzimas. Pertenece a los métodos más eficaces, incluye los procesos más prometedores para aplicaciones industriales y ha demostrado ser más eficaz en los residuos agrícolas que en los materiales de madera. Sin embargo, los microorganismos que realizan la fermentación anaeróbica de tal sustrato pre-tratado generalmente no están adaptados a las fuertes condiciones alcalinas.

La bioaumentación (la adición de microorganismos alcalino-tolerantes adaptadas al proceso de fermentación) ha sido ampliamente estudiado y aplicado para la biorremediación de suelos, sedimentos y agua contaminada con compuestos orgánicos recalcitrantes, como el petróleo y sus derivados, hidrocarburos aromáticos policíclicos, compuestos clorados, colorantes y contaminantes coloreados, compuestos farmacéuticamente activos y otros contaminantes. También se ha aplicado para superar los obstáculos y alcanzar el rendimiento óptimo de bioprocesos, por ejemplo, durante el año de estiércol de ganado, una mezcla de purines y sorgo dulce, el estiércol de cerdo o partes secas de alcachofa de Jerusalén y xilano.

Por esto, Heike Strauber del UFZ-Centro Helmholtz para la Investigación Ambiental estudió el potencial de los cultivos de enriquecimiento ambiental alcalino-tolerantes, lignocelulolíticas para mejorar los procesos de fermentación anaerobia de paja de trigo pretratada alcalina.

La conversión de la paja de trigo previamente tratados y no tratados alcalina predominantemente en biogás o ácidos orgánicos se comparó en potenciales (BMP) ensayos de biometano y experimentos de lixiviación de lecho. La dinámica de las comunidades microbianas en los procesos de lixiviación de lecho fueron seguidos por perfiles comunidad basada en los genes marcadores específicos para las comunidades bacterianas y metanogénicas. Se estudiaron las estructuras comunitarias para su posterior interpretación por las estadísticas multivariantes y correlaciones entre los parámetros del proceso abióticos, y se analizó la dinámica de las comunidades microbianas.

En este estudio, el efecto de la adición de cultivos mixtos, lignocelulolíticas alcalino-tolerantes, enriquecida de los lagos de soda, en la fermentación anaeróbica de Ca (OH) 2 paja de trigo tratada se determinaron dos enfoques diferentes: con un ensayo de BMP para la producción de biogás; y con reactores de lixiviación-cama para la producción de AGV. Ambos enfoques mostraron claramente que el pre-tratamiento con Ca (OH) 2 solo mejoró sustancialmente la degradación anaerobia de la paja. El efecto positivo adicional al proporcionar microorganismos-alcalinos tolerante a los sistemas era más pequeña, lo que indica que, al menos en los sistemas estudiados, inóculos estándar habitual puede hacer frente con el sustrato alcalino.

Además, el análisis de la comunidad reveló que los microorganismos tolerantes alcalinos utilizados para bioaumentación no sobrevivieron en número cuantitativamente relevantes en los reactores de lixiviación de lecho. La fermentación de paja pretratada para la producción de producción de ácidos grasos volátiles (VFA) no mostró retraso de fase cuando se utilizó un cultivo alcalino-tolerantes como inóculo en comparación con el inóculo estándar que tiene una fase de retraso de dos días.

Por lo tanto, supongamos que en un principio, los cultivos tolerantes a álcalis podían hacer frente con el sustrato alcalino, mientras que los microorganismos presentes en la suspensión de inóculo o los microorganismos autóctonos de la propia (reactores de lixiviación de lecho de paja) prevalecieron en el largo plazo .

Sin embargo, los productos de la fermentación en la lixiviación de lecho set-ups con bioaumentación alcanzaron concentraciones más altas en comparación con los no bioaumentado-set-ups. La bioaumentación con microorganismos-alcalinos tolerantes pueden ser conveniente para el acortamiento de la fase de arranque de la fermentación anaeróbica de sustratos pre-tratados alcalinas.

Queda por investigar si estos cultivos pueden ser beneficiosos en sistemas continuos, por ejemplo, para salvar el tiempo de adaptación en caso de cambios de sustrato.

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