| Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá |
| PRODUCCIÓN DE ACEITE MICROBIANO MEDIANTE LEVADURAS OLEAGINOSAS, A PARTIR DE CARBOHIDRATOS PROCEDENTES DE RESIDUOS VEGETALES, PARA SU APLICACIÓN COMO BIOCOMBUSTIBLE | | Autor/a | Gallego García, María | | Departamento | Biomedicina y Biotecnología | | Director/a | Negro Álvarez, María José | | Codirector/a | Moreno García, Antonio David | | Fecha de depósito | 24-07-2024 | | Periodo de exposición pública | 25 de julio a 9 de septiembre de 2024 | | Fecha de defensa | Sin especificar | | Programa | Biología Funcional y Biotecnología (RD 99/2011) | | Mención internacional | Solicitada | | Resumen | Actualmente, industria y sociedad tienen que hacer frente a diversos retos referentes a la industria energética, de productos y de nuevas tecnologías debido al gran incremento en la demanda de energía a consecuencia del rápido crecimiento demográfico, así como apostar por recursos más sostenibles, renovables y menos contaminantes, contribuyendo a su vez a la disminución de la generación de residuos. Para ello se deben estudiar e implementar nuevos procesos que garanticen, tanto en la actualidad como en el futuro, el crecimiento sostenible, el empleo de energías y tecnologías más respetuosas con el medio ambiente y el uso eficiente de los recursos vitales para la humanidad.
Uno de los principales retos a afrontar en el sector de la energía, y en concreto el sector del transporte, es la producción sostenible de biocombustibles a costes competitivos que sean al mismo tiempo compatibles con los motores de combustión interna actuales. En este sentido, resulta fundamental promover la transición de los combustibles fósiles hacia los biocombustibles; siendo mejor opción y más beneficiosa progresar desde los biocombustibles de primera generación hacia los biocombustibles avanzados. Estos últimos se pueden producir utilizando microorganismos no convencionales para el desarrollo de bio-procesos y de materias primas económicas como residuos agrícolas, lignocelulósicos o la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos. Estas materias primas no compiten con el sector de la alimentación, al contrario que los cereales y los aceites vegetales usados en los procesos convencionales. En esta transición, la investigación y el desarrollo de nuevos conceptos y procesos, como los estudiados a lo largo de la presente Tesis, desempeñan un papel esencial.
Dentro del sector de los biocombustibles, el biodiésel es un combustible renovable, a diferencia de su homólogo de origen fósil, el diésel o gasoil. El uso del biodiésel contribuye a una mayor sostenibilidad en el sector energético, principalmente al reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. La producción actual de biodiésel depende en su mayoría de materias primas de origen vegetal y animal, lo que se traduce en elevados costes finales en los precios de las propias materias. Además, la producción de esa materia compite por tierra fértil, recursos hídricos y cadena de suministro y de transporte, provocando conflictos en relación con su uso como alimento o combustible.
Como alternativa, los aceites obtenidos a partir de microorganismos oleaginosos son fuentes atractivas como precursores de biocombustibles avanzados debido a su capacidad de acumular lípidos neutros en forma de triacilglicéridos (TAGs) y a la composición similar de los ácidos grasos obtenidos con la de los aceites vegetales y las grasas animales empleados para este fin. Resulta esencial el uso de sustratos de bajo coste y de fácil disponibilidad para hacer que los aceites microbianos sean competitivos desde un punto de vista económico. Concretamente, este estudio se ha centrado en la producción de aceite microbiano para su aplicación como biocombustible usando levaduras oleaginosas y azúcares derivados de residuos vegetales como moléculas plataforma del proceso desarrollado, con el objetivo futuro de implementar esta tecnología en el marco de un concepto de biorrefinería.
Las levaduras oleaginosas empleadas en este estudio para producir aceite combustible microbiano, cultivadas en medios derivados de residuos vegetales, pertenecen a las especies Cryptococcus curvatus, Rhodosporidium toruloides y Yarrowia lipolytica. En cuanto los residuos valorizados como nuevas materias primas, para la obtención de medios de cultivo ricos en fuentes de carbono azucaradas de bajo coste, se encuentran residuos procedentes del sector agrícola y urbano. Específicamente, se emplearon destríos de pimiento, de sandía, de tomate y mezcla de diferentes destríos derivados del sector hortofrutícola, al igual que residuos de naturaleza lignocelulósica procedentes de la poda de árboles urbana y del papel no reciclado de la fracción orgánica de los residuos sólidos municipales.
Con el fin de establecer las condiciones de operación óptimas para la producción de aceite microbiano en forma de TAGs y otros productos de valor, utilizando levaduras oleaginosas, se han estudiado diferentes estrategias de cultivo usando los modos de operación batch y fed-batch. Además, con el objetivo de lograr un proceso lo más rentable y atractivo posible de cara a su escalado industrial, también se ha estudiado la coproducción de lípidos junto con otros compuestos de interés en el mercado como son los carotenoides, e incluso, se ha estudiado el cultivo de cepas de levaduras oleaginosas modificadas genéticamente en medios derivados de residuos vegetales para lograr un proceso con rendimientos y/o tasas de producción mejores o para obtener otros productos de valor que no se producen de forma natural en estas levaduras.
En este sentido, para lograr un almacenamiento significativo de aceites microbianos, y/o la coproducción junto a otros compuestos, es fundamental seleccionar las cepas de levaduras adecuadas, obtener medios de crecimiento de composición adecuada para el cultivo de levaduras además de económicos, así como establecer las condiciones de cultivo determinadas para cada cepa y las estrategias de cultivo más apropiadas para alcanzar el objetivo propuesto. |
|
