Formulazione di microbiomi (lieviti-batteri) per la produzione di idrogeno, etanolo ed acidi organici = Formulation of microbiomes (yeast-bacteria) for the production of hydrogen, ethanol and organic acids

Negli ultimi anni, l’aumento dei problemi ambientali, porta con se la necessità di trovare nuove soluzioni, rinnovabili e sostenibili, per soddisfare il fabbisogno energetico mondiale. Tra le possibili soluzioni sicuramente quella biotecnologica sta avendo un rapido sviluppo. L’industria in questo settore si sta preparando ad affrontare una transizione da economie basate sul petrolio a modelli bioeconomici e in questa grande sfida, giocano un ruolo fondamentale le diverse risorse di biomassa, rifiuti organici, i materiali lignocellulosici, grassi e oli di scarto, residui ricchi di zucchero e amido e la vasta comunità microbica. Tra i prodotti principali dei processi biochimici, sicuramente idrogeno ed etanolo sono tra quelli con il più alto interesse, ma insieme ad essi, anche acido acetico e lattico sono importanti. L’obbiettivo principale del lavoro è stato quello di studiare una soluzione alternativa ai loro attuali metodi di produzione investigando il potenziale uso delle colture miste, in particolare con la formulazione di microbiomi (lieviti-batteri), sfruttando l’utilizzo del water kefir. Come substrato è stato utilizzato del pane raffermo. Sono state effettuate prove di fermentazione di grani di kefir d'acqua per l’arricchimento dell'inoculo. Attraverso una serie di backslopping in condizioni mesofile basse (22 °C) e soluzione di glucosio a 25 g/L, è stata arricchita una coltura indigena (WK). Il secondo inoculo invece, del tipo “spore forming bacteria” (SFB), è stata ottenuto dopo la preparazione di uno slurry da letame bovino solido su cui è stato applicato un trattamento ad alta concentrazione di etanolo (55 % v/v) per 24 h. Successivamente si sono studiate le diverse possibilità di pre-trattamento del substrato, scegliendo quella più adatta attraverso analisi al microscopio ottico, spettroscopia UV/VIS e gradi Brix, andando a ricercare quella che meglio idrolizzasse la biomassa amidacea. È stato scelto un pre-trattamento basico (NaOH), effettuato per 24 h. Sono state poi eseguite prove sperimentali di fermentazione (AMPTS II) per monitorare la produzione e la composizione dei prodotti gassosi nonché la fase liquida per determinare la quantità di acidi organici ed etanolo prodotti. Queste prove sono state eseguite in condizioni anaerobiche, utilizzando bottiglie di 500 mL (con riempimento di 220 mL), ad una concentrazione di substrato di 10 % (m/v); i sistemi sono stati inoculati con un rapporto del 10% v/v. Entrambi gli inoculi sono testati separatamente e insieme per determinare se c'è un effetto sinergico quando si combinano entrambi i consorzi microbici. Durante i test di fermentazione, l'agitazione è fornita alternativamente a 5 min ON/OFF e a una velocità di 150 rpm. I risultati indicano che la quantità di gas prodotto (H2+CO2) è sempre stata intermedia nel caso WK+SFB rispetto ai soli WK o SFB. Per quanto riguarda invece i titoli di acidi (lattico ed acetico) ed etanolo, questi sono stati trovati in modo più elevati nel caso dei sistemi WK+SFB rispetto agli inoculi singoli. Inoltre, sono state analizzate la cinetica e la dinamica della produzione di gas dei sistemi, come probe parameters che consentono di ottenere approfondimenti sulla compatibilità di diversi microbiomi per la ricerca di nuovi bioprocessi. I risultati ottenuti da questo lavoro rappresentano dunque un punto di partenza, in ottica di sviluppi futuri, per la formulazione iniziale di questa tipologia di microbiomi composti da lieviti e batteri e il loro possibile utilizzo nello sviluppo energetico.