En aquest treball es proposa un procés biotecnològic respectuós del medi ambient per reduir
l'impacte negatiu de l'augment dels residus industrials, a causa de l'acceleració del creixement de
la població mundial en les últimes dècades. Consisteix en la valorització de residus locals riques
en nitrogen, com la fibra de soja, els residus de pel i closca de cafè, per fermentació en estat sòlid
(SSF) per obtenir un catalitzador biològic, com ara proteases. Es van dur a terme experiments de
SSF en 0,5, 4,5, 10 i 55 L reactors en condicions adiabàtiques al llarg dels 1, 2 i 3 setmanes. Es
va proporcionar ventilació contínua per assegurar la prevalença de condicions aeròbiques i
l'activitat biològica es va mesurar mitjançant el control de la concentració d'oxigen durant
l'assaig. Es van produir proteases alcalines com a conseqüència de la degradació d'aquests
materials, abans considerats residus, pels microorganismes desenvolupats. No va ser necessari
esterilitzar els materials ni la inoculació de microorganismes purs per al desenvolupament del
procés. No obstant això, una inoculació específic amb Bacillus thuringiensis es va avaluar també
per millorar la producció de proteasa. D'altra banda, el material orgànic final obtingut en el
procés presentar un grau d'estabilitat similar a la de compost i podria ser utilitzat com una esmena
del sòl. En conseqüència, dirigint-se a la SSF en aquestes condicions, l'escalat del procés es
presenta com una tasca fàcil amb resultats prometedors.
La major activitat de les proteases alcalines en extractes crus es va determinar a 3, 7 o 14 dies
del procés d'acord amb la naturalesa dels recursos assajats. També es va dur a terme una
caracterització bioquímica parcial dels extractes crus. L'aplicació potencial de les proteases
extretes s'ha estudiat amb èxit en depilat de pells de vaca, el que representa un avantatge
significatiu sobre el procés químic. A més, un estudi preliminar sobre la síntesi cinèticament
controlat de oligopèptids s'ha realitzat en una estada de recerca en un laboratori a l'estranger als
Estats Units.
A més, les emissions gasoses, així com l'energia consumida al llarg del procés es van avaluar
per estimar la sostenibilitat econòmica i mediambiental del procés.
Aquesta tesi representa el començament d'una nova línia de recerca en el Grup de Recerca de
Compostatge al Deparment d'Enginyeria Química de la Universitat Autònoma de Barcelona
sobre l'ús de SSF amb materials orgànics utilitzats com una eina adequada per valoritzar-los i
generar nous productes com enzims d'alt valor afegit. / En este Trabajo se propone un proceso biotecnológico respetuoso con el medio ambiente para
reducir el impacto negativo del aumento de los residuos industriales, debido a la aceleración del
crecimiento de la población mundial en las últimas décadas. Consiste en la valorización de
residuos locales ricos en nitrógeno, como la fibra de soja, residuos de pelo y cáscara de café, por
fermentación en estado sólido (SSF) para obtener catalizadores biológicos, tales como proteasas.
Se llevaron a cabo experimentos de SSF en 0,5, 4,5, 10 y 55 L en reactores en condiciones
adiabáticas a lo largo 1, 2 y 3 semanas. Se proporcionó aireación continua para asegurar la
prevalencia de condiciones aeróbicas y la actividad biológica se midió mediante el control de la
concentración de oxígeno durante el ensayo. Como consecuencia de la degradación de estos
materiales, antes considerados residuos, por los microrganismos desarrollados se produjeron
proteasas alcalinas. No fue necesario esterilizar los materiales como tampoco la inoculación de
microorganismos puros para el desarrollo del proceso. Sin embargo, se evaluó también la
inoculación con Bacillus thuringiensis para mejorar la producción de proteasas. Por otra parte, el
material orgánico final obtenido en el proceso presentó un grado de estabilidad similar a la de
compost pudiendo ser utilizado como una enmienda del suelo. En consecuencia, llevando a cabo
la SSF en estas condiciones, el escalado del proceso se presenta como una tarea fácil con
resultados prometedores.
La mayor actividad de las proteasas alcalinas en extractos crudos se determinó a 3, 7 o 14
días del proceso de acuerdo con la naturaleza de los residuos usados. También se llevó a cabo una
caracterización bioquímica parcial de los extractos crudos. La aplicación potencial de las
proteasas extraídas se ha estudiado con éxito en el depilado de pieles de vaca, lo que representa
una ventaja significativa sobre el proceso químico. Además, un estudio preliminar sobre la
síntesis controlada cinéticamente de oligopéptidos se ha realizado en una estancia de
investigación en un laboratorio en los Estados Unidos (Rensselaer Polytechnic Institute).
Por otro lado, se evaluaron las emisiones gaseosas así como la energía consumida a lo largo
del proceso para estimar la sostenibilidad económica y medioambiental del proceso.
Esta tesis representa el comienzo de una nueva línea de investigación en el Grupo de
Investigación de Compostaje en el Deparment de Ingeniería Química de la Universitat Autònoma
de Barcelona sobre el uso de SSF con materiales orgánicos como una herramienta adecuada para
valorizarlos asi como también se generan nuevos productos como enzimas de alto valor. / An environmental-friendly biotechnological process is proposed in this work to reduce the
negative impact of the increasing industrial residues due to the faster growth of the world
population in the last decades. It consists on the valorization of nitrogen-rich local residues, such
as soy fiber, hair waste and coffee husk, by solid-state fermentation (SSF) to obtain a biological
catalyst such as proteases. SSF experiments were undertaken in 0.5, 4.5, 10 and 55 L near-toadiabatic
reactors along 1, 2 and 3 weeks. Continuous aeration was provided to ensure the
prevalence of aerobic conditions and the biological activity was measured by monitoring the
oxygen concentration during the assay. Alkaline proteases were produced as a consequence of the
degradation of these materials, formerly considered residues, by the microorganisms developed.
It was no necessary to sterilize the materials and no inoculation of pure microorganisms was
needed for the development of the process. However, a specific inoculation with Bacillus
thuringiensis was also evaluated to improve the protease production. Moreover, the final organic
material obtained in the process presented a stability degree similar to that of compost and could
be used as a soil amendment. Consequently, addressing the SSF under these conditions, the scaleup
of the process is presented as an easy one with promising results.
The highest activity of the alkaline proteases in crude extracts was determined at 3, 7 or 14
days of the process according to the nature of the resources assayed. Partial biochemical
characterization of the crude extracts was also carried out. Potential application of the extracted
proteases has been successfully studied on dehairing cowhides, representing a significant
advantage over the chemical process. Also, a preliminary study on kinetically controlled
synthesis of oligopeptides has been performed in a research stay at an abroad laboratory in The
United States.
Furthermore, the gaseous emissions as well as the energy consumed along the process were
evaluated to estimate the environmental and economic sustainability of the process.
This thesis represents the beginning of a new research line in the Composting Research Group
(GICOM) at the Deparment of Chemical Engineering of the Universitat Autònoma de Barcelona
on the use of SSF with organic used materials as a suitable tool to valorize them while generating
new products as enzymes of high value.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UAB/oai:www.tdx.cat:10803/285104 |
| Date | 24 October 2014 |
| Creators | Abraham, Juliana |
| Contributors | Gea Leiva, Teresa, Sánchez Ferrer, Antoni, Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Química |
| Publisher | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Source Sets | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Language | English |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 227 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | ADVERTIMENT. L'accés als continguts d'aquesta tesi doctoral i la seva utilització ha de respectar els drets de la persona autora. Pot ser utilitzada per a consulta o estudi personal, així com en activitats o materials d'investigació i docència en els termes establerts a l'art. 32 del Text Refós de la Llei de Propietat Intel·lectual (RDL 1/1996). Per altres utilitzacions es requereix l'autorització prèvia i expressa de la persona autora. En qualsevol cas, en la utilització dels seus continguts caldrà indicar de forma clara el nom i cognoms de la persona autora i el títol de la tesi doctoral. No s'autoritza la seva reproducció o altres formes d'explotació efectuades amb finalitats de lucre ni la seva comunicació pública des d'un lloc aliè al servei TDX. Tampoc s'autoritza la presentació del seu contingut en una finestra o marc aliè a TDX (framing). Aquesta reserva de drets afecta tant als continguts de la tesi com als seus resums i índexs., info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0129 seconds