Bioconversione del CO in PHA nella fermentazione anaerobica in pressione di Rhodospirillum Rubrum = CO bioconversion into PHA by Rhodospirillum Rubrum in anaerobic fermentation and under pressure conditions

Negli ultimi anni sempre più attenzione viene prestata al problema della gestione dei rifiuti causati dalla crescita della popolazione mondiale. La preoccupazione maggiore riguarda le plastiche tradizionali, che riversate in natura si rivelano altamente inquinanti. Inoltre, non essendo biodegradabili permangono nell’ambiente per un lungo periodo di tempo. Oltre a ciò bisogna considerare la limitatezza temporale delle riserve mondiali di fonti fossili, destinate quindi a terminare. Quindi è molto importante riuscire a sostituire le plastiche di origine petrolchimica con materiali biodegradabili, caratterizzati da proprietà meccaniche simili ai polimeri tradizionali. Tali materiali sono i poliidrossialcanoati (PHA), sintetizzati spontaneamente da alcune specie di microrganismi in condizioni di eccesso di fonte di carbonio e limitazione di un nutriente chiave (azoto, fosforo). I poliidrossialcanoati possono essere prodotti tramite fermentazione di syngas, impiegando microrganismi capaci di metabolizzare le componenti della corrente gassosa. Infatti il syngas è una miscela gassosa composta principalmente da N2, H2, CO2 e CO. Esso può essere ottenuto dalla gassificazione di biomasse originate dagli scarti di processi agricoli ed industriali. In questo modo si rientra nell’ottica di una economia circolare, in cui gli scarti vengono convertiti in prodotti sostenibili ad alto valore aggiunto. La soluzione che viene proposta in questo lavoro è la fermentazione di syngas con Rhodospirillum rubrum per la produzione di PHB. Il microrganismo selezionato è capace di utilizzare il CO, come fonte di carbonio e di energia, e di accumulare PHB durante la propria crescita. Infine è capace di effettuare la reazione di water-gas shift, metabolizzando il CO presente nell’ambiente di crescita e producendo contemporaneamente H2. Durante la fase di adattamento, il massimo valore di OD660 (≈0,6) si ottiene per la coltura adattata ad una concentrazione di CO pari al 50% e coltivata per al 60% di CO. Il massimo valore di velocità massima di crescita (1,91 h-1) si raggiunge dalla coltura adattata e coltivata ad una concentrazione di CO pari al 50%. Perciò, terminata la fase di preadattamento, si passa ad una fermentazione in modalità fed-batch, con una coltura adattata e coltivata al 50% di CO. Il massimo valore di OD660 (≈2,4) è 4 volte maggiore rispetto alla fase di preadattamento (≈0,6). La velocità massima di crescita ha un incremento percentuale del 35,5% (2,59 h-1). Le produttività massime e minime di gas si raggiungono rispettivamente dopo 48 e 96 ore di fermentazione. La minima quantità di gas prodotto si registra in contemporanea alla massima conversione di CO ottenuta (96,48%). La minima conversione di CO (73,22%) si ha dopo 24 ore di fermentazione, probabilmente a causa della presenza di un quantitativo minore di batteri. La conversione media è del 90,50%. Rhodospirillum rubrum produce H2 e CO2, seguendo la stechiometria della reazione. Infatti mediamente il rapporto fra H2 e CO2 è unitario, come anche il rapporto fra prodotti e reagente (≈0,96). Le velocità medie di consumo di CO e acetato rispettivamente sono di 1,10×10-4 mmol/h e di 2,66×10-3mmol/h. La massima quantità di polimero accumulata (9,2%) si raggiunge dopo 96 ore di fermentazione. Infine l’estrazione del PHB dalla coltura raggiunge una resa del 78% circa.