The biorefinery concept: production of bioactive compounds and biofuels

Abstract

"Have been described that biomass has the potential to replace a large fraction of fossil resources as feedstocks for industrial productions. However, to conversion of biomass been profitable it is necessary integrate the production of fuels, power and added value chemical products. The integration of these processes is known as biorefinery. Therefore, during the development of this work was proposed the biomass conversion to biofuels and bioactive compounds, in independent processes that could be integrated in the future under the biorefinery concept. In this thesis was demonstrated the natural ability of psychrophilic bacteria to produce hydrogen and ethanol from glucose. Also, it was determined that the working volume doesn’t affect the hydrogen production by anaerobic granular sludge from agro-industrial waste mixtures. In addition, the simultaneous production of ethanol and hydrogen by recombinant Escherichia coli strains from wheat straw hydrolysate was optimized and scaled up successfully. Finally, the optimization of ultrasonic assisted extraction of pigments and phenolic compounds from marine algae was achieved, demonstrating that it could be used as antioxidants and antimicrobials, or in anti-virulence therapies of Staphylococcus aureus or against colon cancer. All the aforementioned processes are evaluated under a concept of a multilevel biorefinery."

"Ha sido descrito con anterioridad que la biomasa tiene el potencial de reemplazar una gran fracción de los recursos fósiles como materia prima para producciones industriales. Sin embargo, para que la conversión de biomasa sea rentable es necesario integrar la producción de combustibles, energía y productos químicos de valor agregado, esta integración es conocida como biorrefinería. Por lo anterior, durante el desarrollo de este trabajo se propone la conversión de biomasa a biocombustibles y compuestos bioactivos, en procesos independientes que pueden integrarse en un futuro bajo el concepto de biorrefinería. En esta tesis se demostró la capacidad natural de bacterias psicrófilas para producir hidrógeno y etanol a partir de glucosa. También, se determinó que la producción de hidrógeno por lodos granulares anaerobios utilizando mezclas de residuos agroindustriales no es afectada por el cambio de volumen de trabajo. Aunado a lo anterior, se optimizó y escaló exitosamente la producción simultánea de etanol e hidrógeno a partir de hidrolizado de paja de trigo por cepas recombinantes de Escherichia coli. Finalmente, se realizó la optimización de la extracción asistida por ultrasonido de pigmentos y compuestos fenólicos provenientes de algas marinas a fin de obtener extractos crudos con actividad antioxidante, demostrándose que pueden ser usados como antioxidantes o antimicrobianos, o bien, en la terapia contra cáncer de colón o la virulencia de Staphylococcus aureus. Todos los procesos anteriormente mencionados se evalúan bajo un concepto de una biorrefinería multinivel."