Ceppi batterici produttori di PHB: studio preliminare per valutare l’utilizzo di zuccheri derivati da microalghe come fonti di carbonio = PHB producing strains: a preliminary study to assess the utilization of microalgae derived sugars as carbon sources

I materiali plastici, grazie alle loro proprietà chimico-fisiche, hanno rivoluzionato il progresso umano, migliorando vari settori come packaging, edilizia, trasporti, elettronica, sanità e intrattenimento. Tuttavia, siamo sempre più consapevoli dei loro effetti negativi: minacciano ecosistemi acquatici e terrestri, impattano la domanda di risorse fossili e perdurano per secoli con tempi di degradazione stimati tra centinaia e migliaia di anni. Il fenomeno di rilascio in ambiente di microplastiche, in particolare, rappresenta un severo pericolo per la salute di uomo, flora e fauna. Nonostante ciò, il legame tra progresso tecnologico e plastica rimane fortemente saldo. In questo contesto, le plastiche cosiddette “biobased”, derivate da biomassa, offrono talvolta una valida alternativa sostenibile alle plastiche convenzionali. Tra queste bioplastiche, i poliidrossialcanoati (PHA), sintetizzati biologicamente, sono materiali promettenti grazie alle loro proprietà paragonabili alla plastica tradizionale, sebbene la produzione su larga scala sia ancora notevolmente limitata dai costi elevati delle materie prime. Inoltre, rispetto alle più comuni bioplastiche (come il PLA), i PHA sono 100% biodegradabili in ambiente marino, in terreno e in acqua dolce. Una strategia per ampliare la loro diffusione sul mercato consiste nell'impiego di substrati carboniosi a basso costo. Una possibilità è rappresentata dall'uso di scarti industriali, materiali economicamente vantaggiosi e ricchi di carbonio. Un'ulteriore alternativa risiede nell'impiego di zuccheri derivati da alghe e microalghe, un settore che offre numerosi vantaggi: crescita in spazi ridotti, tolleranza ad acque dolci o marine, necessità di pochi nutrienti e capacità di fissare la CO₂. Il presente elaborato analizza la possibilità di produrre poliidrossibutirrato (PHB), il biopolimero più largamente studiato tra i PHA, fornendo come fonte carboniosa gli zuccheri estratti dalla microalga Phaeodactylum tricornutum. È condotto uno studio di idrolisi acida per l’utilizzo del contenuto zuccherino contenuto nella microalga indagata. Per questa analisi è impiegato un approccio di ‘Design of Experiment’ volto a definire i valori ottimali di concentrazione acida (H2SO4) e rapporto biomassa/solvente, fissando i valori di temperatura e agitazione. Il test ha permesso di massimizzare il contenuto di glucosio, mannosio e arabinosio estratto dalla microalga. Successivamente sono confrontati i valori ottenuti dalle prove di fermentazione di due diversi ceppi batterici, Cupriavidus necator DSM 545 e Halomonas halophila CCM 3662, su un mix di zuccheri puri glucosio, mannosio e arabinosio. Il batterio alofilo, offrendo esiti migliori, è impiegato per le prove di crescita su idrolizzato algale. In questo modo, è analizzata la possibilità di integrare le microalghe in un modello di produzione di biopolimeri. La prima parte di questo studio compendia le basi teoriche su cui si fonda la tesi: vantaggi e problematiche legati all’impiego di plastiche e bioplastiche, ruolo dei batteri capaci di produrre PHB, valorizzazione delle microalghe. Il secondo capitolo espone i materiali, i metodi e gli strumenti utilizzati per le prove sperimentali. Nel terzo capitolo sono discussi i risultati delle prove di idrolisi acida e fermentazione in beuta (tecnica batch e fed-batch) dei due batteri. Infine, nell’ultima sezione sono delineati i suggerimenti per gli sviluppi futuri.