Producción de DHA a partir de glicerol con Gluconobacter oxydans: desarrollo del bioproceso

• Autores: Susana de la Morena López
• Directores de la Tesis: Félix García-Ochoa Soria (dir. tes.), Victoria Eugenia Santos Mazorra (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2017
• Idioma: español
• Número de páginas: 406
• Tribunal Calificador de la Tesis: María Isabel de la Mata Riesco (presid.), Miguel Ladero Galán (secret.), Jose Luis Garcia Lopez (voc.), Ricardo Díaz Martín (voc.), Igor Martinez Sanchez (voc.)
• Materias:
  • Ciencias tecnológicas
    • Ingeniería y tecnología químicas
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense (pdf)
• Resumen
  • español

    En el contexto energético actual, existe un interés creciente por reemplazar los combustibles fósiles por fuentes de energía renovables más sostenibles con el medioambiente, ilimitadas y ampliamente disponibles para satisfacer la demanda energética de las sociedades actuales y futuras.

    En la Unión Europea, el sector que mayor demanda energética presenta es el sector transportes, contribuyendo en un 33 % al consumo total de energía. Por este motivo, desde el marco legislativo europeo se han implementado políticas dirigidas a fomentar el empleo de biocombustibles, siendo el biodiésel el biocarburante más atractivo porque su uso no requiere ninguna modificación en el motor diésel. Como consecuencia, la producción de biodiésel en la Unión Europea se ha disparado en los últimos 10 años.

    El biodiésel se produce principalmente a través de una reacción de transesterificación de los triglicéridos presentes en aceites vegetales. Como resultado de dicha reacción se genera adicionalmente y de manera ineludible glicerol, en cantidades de hasta un 10 % en peso. Por ello, el auge en la producción de biodiésel ha supuesto la saturación del mercado de la glicerina, de modo que la sobreoferta de este producto ha conducido a una caída en sus precios de tal calibre que, en la actualidad, se considera un residuo industrial sin ningún valor añadido. Por esta razón, resulta imprescindible abordar la revalorización de este compuesto para hacer el proceso de producción de biodiésel más competitivo y más sostenible.

    2 De entre todos los compuestos de interés industrial que pueden sintetizarse a partir de glicerol, destaca la dihidroxiacetona (DHA) por constituir el principio activo de las cremas autobronceadoras y ser un buen precursor para la síntesis de numerosos compuestos de química fina como fármacos contra el cáncer y polímeros biocompatibles para uso quirúrgico. El proceso de revalorización de glicerol a DHA resulta más ventajoso por vía biotecnológica que por vía química porque el rendimiento y la selectividad son mayores, las condiciones de operación más suaves y no requiere el uso de compuestos tóxicos y peligrosos.

    En este contexto, la presente Tesis Doctoral surge para dar respuesta al problema emergente del excedente de glicerol generado como consecuencia del incremento de la producción de biodiésel. Para ello, se propone el desarrollo de un bioproceso para la transformación de dicho glicerol en DHA mediante la acción de la bacteria aerobia Gluconocobacter oxydans. Entre los estudios realizados con este propósito se incluyen: el estudio del medio de cultivo y producción, la identificación y caracterización de fenómenos inhibitorios, el estudio de la influencia de las impurezas que acompañan al glicerol crudo, el estudio de las condiciones de operación en el biorreactor (pH, temperatura, agitación, concentración de oxígeno disuelto, concentración de biomasa etc.), la producción con células en estado de reposo (resting cells) tanto libres, como inmovilizadas, en discontinuo y semicontinuo (fed-batch) y la modelización matemática del proceso para poder predecir su comportamiento a través de ecuaciones cinéticas.

    Los resultados obtenidos en la investigación desarrollada en esta Tesis Doctoral suponen una profundización en la comprensión del proceso de producción de DHA a partir de glicerol con G. oxydans que permite sentar unas bases sólidas para implementar un proceso robusto, eficiente y reproducible a escala industrial, contribuyendo al desarrollo de procesos productivos más sostenibles con el medioambiente.

  • English

    Current global energy supply is mainly based on fossil fuels usage (oil, coal and natural gas) since they are relatively low-priced and easy to extract and process. However, fossil-fuel burning is directly related with the emission of polluting gases, which causes greenhouse effect involved in climate change, triggering natural disasters such as droughts, floods and high temperatures with dramatic consequences. Furthermore, this energy resource is expected to run out in a near future. Thus, the replacement of fossil fuels by biofuels from renewable sources is imperative for securing a sustainable energy supply. As a response to this concern, strategic energy policies have been adopted by European Union in recent years to promote the consumption of energy from renewable sources.Considering the high impact of transportation on total energy consumption in European Union (33 %), European Parliament and European Council published in 2009 the Directive 2009/28/EC, which defines that at least 10% of transport energy should come from renewable sources by 2020.Among renewable biofuels, biodiesel has attracted great interest because it can be used directly in conventional diesel motors without any modification. Thus, it is not surprising the high increase in biodiesel production throughout the past decade as a consequence of the favourable regulatory framework set. Taking into account that biodiesel production leads to a stoichiometric generation of crude glycerol as byproduct, which involves nearly 10 wt % of the total biodiesel produced, the above mentioned situation has led to a glycerol glut, making impossible for traditional glycerol uses to be able to absorb the current oversupply of this product. As a result, there has been a sharp drop in glycerol prices, which has made the refining process of crude glycerol uneconomical, converting crude glycerol into an industrial waste for disposal. For this reason, searching of new uses of glycerol is imperative in order to make biodiesel processes not only economically more competitive, but also, more environmentally sustainable...