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Publicação
Optimization of a pilot-scale acidogenic reactor using industrial food waste
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Resumo(s)
Food wastes are essentially the organic material discarded, lost or degraded during the process of food processing or consumption and represent almost a third of all food produced.
The present work aims to optimise the valorisation of food wastes in order to produce bioplastics which is an interesting way to valorise this waste. The polyhydroxyalkanoates (PHA) are biopolymers naturally produced by microorganisms that is considered an important alternative to conventional fossil-based plastics since they have similar properties. However, PHA production costs still high, mainly due to the use of pure cultures and costly substrates.
The use of mixed microbial cultures and low-cost renewable feedstocks contribute to lower the PHA production costs. This process is divided in three steps: substrate acidogenic fermentation, culture selection and polymer accumulation. Acidogenic fermentation convert the food waste into volatile fatty acids that are used as substrate for the selection phase. Here, PHA accumulating bacteria are cultivated under selective conditions and accumulation is used for those selected bacteria producing the maximum PHA possible.
The following work focus on the first step, i.e. studying the impact of optimal operation conditions in terms of pH and dissolved hydrogen concentrations at acidogenic stage on fermentation products profiles. The variation of those profiles induces changes in the final bioplastic which ultimately could lead to new strategies to control the process in order of targeting a bioplastic with specific physical/thermal characteristic.
Os resíduos alimentares são essencialmente o material orgânico descartado, perdido ou degradado durante o processo de produção ou consumo de alimentos e representa quase um terço de todos os alimentos produzidos. O presente trabalho tem como objetivo otimizar a valorização de resíduos alimentares, a fim de produzir bioplásticos, sendo esta uma interessante forma de valorizar esses resíduos. Os poli-hidroxialcanoatos (PHA) são biopolímeros produzidos naturalmente por microrganismos e são considerados uma alternativa importante aos plásticos convencionais de origem fóssil, pois possuem propriedades semelhantes. No entanto, os custos de produção de PHA ainda são altos, principalmente devido ao uso de culturas puras e substratos caros. O uso de culturas microbianas mistas e matérias-primas renováveis de baixo custo contribui para reduzir os custos de produção de PHA. Esse processo é dividido em três etapas: fermentação acidogénea do substrato, seleção da cultura e acumulação de polímero. A fermentação acidogénea converte os resíduos alimentares em ácidos gordos voláteis que são usados como substrato na fase de seleção da cultura. Aqui, as bactérias acumuladoras de PHA são produzidas em condições seletivas e a acumulação é usada para as bactérias selecionadas para produzir o máximo de PHA possível. O presente trabalho é focado na primeira etapa estudando o impacto das condições ideais de operação em termos de pH e concentrações de hidrogénio dissolvido nos perfis de produtos de fermentação. A variação desses perfis induz mudanças no bioplástico final, o que pode levar a novas estratégias para controlar o processo, a fim de atingir um bioplástico com características físicas / térmicas específicas.
Os resíduos alimentares são essencialmente o material orgânico descartado, perdido ou degradado durante o processo de produção ou consumo de alimentos e representa quase um terço de todos os alimentos produzidos. O presente trabalho tem como objetivo otimizar a valorização de resíduos alimentares, a fim de produzir bioplásticos, sendo esta uma interessante forma de valorizar esses resíduos. Os poli-hidroxialcanoatos (PHA) são biopolímeros produzidos naturalmente por microrganismos e são considerados uma alternativa importante aos plásticos convencionais de origem fóssil, pois possuem propriedades semelhantes. No entanto, os custos de produção de PHA ainda são altos, principalmente devido ao uso de culturas puras e substratos caros. O uso de culturas microbianas mistas e matérias-primas renováveis de baixo custo contribui para reduzir os custos de produção de PHA. Esse processo é dividido em três etapas: fermentação acidogénea do substrato, seleção da cultura e acumulação de polímero. A fermentação acidogénea converte os resíduos alimentares em ácidos gordos voláteis que são usados como substrato na fase de seleção da cultura. Aqui, as bactérias acumuladoras de PHA são produzidas em condições seletivas e a acumulação é usada para as bactérias selecionadas para produzir o máximo de PHA possível. O presente trabalho é focado na primeira etapa estudando o impacto das condições ideais de operação em termos de pH e concentrações de hidrogénio dissolvido nos perfis de produtos de fermentação. A variação desses perfis induz mudanças no bioplástico final, o que pode levar a novas estratégias para controlar o processo, a fim de atingir um bioplástico com características físicas / térmicas específicas.
Descrição
Palavras-chave
Acidogenesis upflow anaerobic sludge blanket (UASB) volatile fatty acids (VFAs) Hydrogen mixed microbial consortia (MMC) polyhydroxyalkanoates (PHA)