Enfoque biotecnológico para la valorización de emisiones: Conversión biológica de estireno a polihidroxialcanoatos en biorreactores de partición

Abstract

"El estireno es utilizado en procesos para fabricar plástico reforzado, caucho sintético y resinas, de los cuales una parte del estireno se volatiliza y libera a la atmósfera. En México, la legislación no incentiva el tratamiento de emisiones de estireno. Es por ello por lo que esta investigación propone valorizar emisiones de estireno por vía biológica para obtener productos de alto valor agregado. Sin embargo, la baja solubilidad del estireno en los medios acuosos donde los microorganismos crecen es una limitante. Para superar esto, se evaluó el uso de biorreactores de partición que consisten en adicionar una fase no acuosa hidrofóbica que funcione como vector de transferencia de masa. Estos sistemas han demostrado mejorar la velocidad de biodegradación de contaminantes gaseosos hidrofóbicos, aunque su uso para la conversión de este tipo de contaminantes a biopolímeros aún no ha sido probado. Por esta razón, en este estudio se evaluó el aceite de silicona y un líquido iónico como fases no acuosas y se seleccionó la cepa Pseudomonas putida S12 para la conversión de estireno a polihidroxialcanoatos (PHA), un biopolímero de interés comercial. Después de realizar pruebas de afinidad al estireno, biodegradabilidad, efecto inhibitorio y toxicidad de las fases no acuosas al 5% v/v en medio mineral, se encontró que la mezcla con líquido iónico absorbía 6.3 veces más estireno que la mezcla con aceite de silicona según los coeficientes de partición (Hest/MM+LI=0.0032; Hest/MM+AS=0.0189; 28 °C) y que ambas sustancias no fueron biodegradables por P. putida S12. Sin embargo, el líquido iónico fue inhibitorio y tóxico para P. putida S12 en contraste con el aceite de silicona. Así, se estableció que el aceite de silicona era la mejor fase no acuosa y se evaluó la producción de PHA en lote con y sin esta. Los resultados mostraron que el tiempo de producción de PHA se redujo en 40% cuando se adicionó 5% v/v de aceite de silicona. Esto concluye que el uso de biorreactores de partición es buena alternativa para valorizar emisiones de estireno a PHA. No obstante, se necesitan más investigaciones de esta tecnología para demostrar su factibilidad a gran escala."

"Styrene is used to manufacture reinforced plastics, synthetic rubbers, and resins. In Mexico, waste styrene emissions are released to atmosphere entirely. In order to promote sustainable processes to treat industrial emissions in Mexico, this study proposes valorizing styrene emissions using biological processes to produce high added value products, such as polyhydroxyalkanoates (PHA). However, solubility of styrene in aqueous media, where the microorganisms grow, is low. To overcome this limitation, this work proposes to use two-phase partitioning bioreactors, which combine aqueous medium with a hydrophobic non-aqueous phase. This strategy has been successful in the biodegradation of hydrophobic gaseous pollutants but, two-phase partitioning bioreactors efficiency has not been proved in the conversion of this type of pollutants to biopolymers. In order to test the assumptions detailed before, two non-aqueous phase such as silicon oil and an ionic liquid and the strain Pseudomonas putida S12 were selected. This strain has been reported to consume styrene and produce PHA, high added value biopolymers. After caring out affinity to target compound, biodegradability, inhibition and toxicity tests to choose the best non-aqueous phase in 5% v/v with mineral medium to consume styrene and produce PHA, it was found that the mixture with ionic liquid absorbed 7.5 times more styrene than mixture with silicon oil according to partition coefficient (Hsty/IL=0.0030; Hsty/SO=0.0226; 28 °C) and both silicon oil and the ionic liquid were non- biodegradable by P. putida S12 . However, the ionic liquid was inhibitory and toxic for P. putida S12 in contrast to silicon oil. Then, it was concluded that silicon oil is the best non-aqueous phase for the two-phase partitioning bioreactors experiments and kinetic experiments were performed with and without silicon oil. Results show that styrene production time of PHA was reduced until 40% when silicon oil was added (5% v/v). Finally, the use of two-phase partitioning bioreactors is a good alternative to valorize emissions of hydrophobic gaseous pollutants like styrene to produce high valuable products such as PHA. However, investigations of this technology to show its feasibility in large scale are needed."