Elongación de ácidos grasos volátiles para obtención de ácidos grasos de cadena media

Abstract

El constante aumento en la generación de residuos alimenticios representa un desafío ambiental a nivel global, por lo cual es imperativo buscar alternativas para su tratamiento, valorización y reincorporación en diversos modelos de negocios. Se presenta como solución novedosa y de alto potencial económico la producción de ácidos grasos de cadena media, a través de la elongación de ácidos grasos volátiles de cadena corta provenientes de residuos alimenticios. En este contexto, se expone el estudio del proceso de la elongación anaerobia, enfocado principalmente en la producción de ácido caproico, en base a dos tipos de sustratos: una matriz sintética, compuesta por ácido acético y etanol, y una matriz real, obtenida a partir del proceso de lixiviación por fermentación anaerobia de residuos alimenticios. El proceso de elongación se estudió en reactores anaerobios semicontinuos con condiciones controladas para favorecer las reacciones enzimáticas y adaptación de los microorganismos en la producción de ácido caproico. Para esto, se monitoreó periódicamente el comportamiento de los reactores, mediante diversas técnicas analíticas, estimando consumo, producción y rendimientos a los diversos compuestos implicados en los sistemas sintético y real. Los resultados demostraron que el proceso de elongación es técnicamente viable en la operación en ambas condiciones. El reactor con alimentación sintética, considerado como referencia teórica por la ausencia de compuestos supresores o inhibidores de las reacciones metabólicas de elongación, mostró patrones de una elongación secuencial y estequiométrica desde ácido acético a butírico para la posterior producción de ácido caproico, con una directa tendencia a la selectividad de cadenas de carbono más largas ante un aumento en la carga orgánica alimentada. Por otra parte, el reactor con alimentación proveniente de la fermentación en reactor lixiviado presentó una respuesta más rápida y eficiente para la producción de ácido caproico, alcanzando una máxima concentración de 16,4 ± 0,2 (𝑔/𝑙) y un rendimiento del 87% (𝑔𝐶/𝑔𝐶), frente a los máximos obtenidos por su contraparte sintética, siendo 13,2 ± 0,5 (𝑔/𝑙) y 70% (𝑔𝐶/𝑔𝐶), respectivamente. Esto sugiere una preferencia del inóculo a la utilización de sustratos con mayor disponibilidad y complejidad orgánica para el proceso de elongación. Ambos reactores estudiados, a pesar de mostrar un aumento progresivo en la productividad del inóculo para la reacción de elongación, no consiguieron alcanzar una estabilización del proceso, sugiriendo la necesidad de utilizar tiempos de residencia mayores que permitan el óptimo desarrollo y adaptación de los microorganismos. Además, en base a las limitaciones observadas en la operación, se proponen como recomendación para la mejora continua del proceso: una caracterización más rigurosa al inóculo inicial, la implementación de metodologías cromatográficas con capacidades de detección de cadenas de carbono más largas y la implementación de un plan para la preparación de la alimentación con menores intervalos de tiempo con la finalidad de evitar el riesgo de contaminaciones o degradación del sustrato.