Evaluación experimental de la producción de hidrógeno a partir de suero de leche como sustrato en la fotosíntesis de microorganismos recombinados de Rhodobacter Capsulatus

Abstract

Se realizó el estudio de la producción de hidrógeno mediante fotofermentación con una cepa de Rhodobacter capsulatus (B10 LacZ) utilizando como sustrato lactosuero ácido industrial. Con el fin de establecer y estudiar los parámetros más influyentes para este proceso se aplicó el método de diseño de experimentos (DOE) en dos etapas en las cuales se utilizó suero sintético y se utilizaron dos cepas diferentes (B10 y B10 LacZ). Se empleó con éxito el modelo “D-optimal” basado en la metodología de superficie de respuesta para el análisis de 6 parámetros en la primera etapa (tipo de buffer, intensidad lumínica y concentraciones de fuente de carbono, fuente de nitrógeno y sales de hierro y molibdeno) y 5 parámetros en la segunda etapa (tipo de buffer, intensidad lumínica y concentraciones de fuente de nitrógeno y de sales de hierro y molibdeno). Como resultado de este análisis se obtuvo en ambos casos un diseño que facilita la selección de condiciones favorables para la producción de hidrógeno. Dichas condiciones dieron un rendimiento máximo de 2.22 mmol de H2 por mmol-1 lactato y 0.55 mmol de H2 por mmol-1 lactato y lactosa, para la primera y segunda etapa respectivamente. Para iniciar la producción de hidrógeno sobre el suero de leche industrial se realizó exitosamente un pre-tratamiento el cual constaba de tres procesos: desproteinizar, descalcificar y esterilizar. Tras este tratamiento se obtuvieron dos tipos de suero uno sólo desproteinizado (suero D) y otro desproteinizado y descalcificado (suero DD). Los mejores rendimientos en producción de hidrógeno se obtuvieron empleando como sustrato el lactosuero DD indicando el efecto inhibitorio del calcio sobre el proceso de producción de hidrógeno. / Abstract. This study reports a photofermentative hydrogen production by a strain of Rhodobacter capsulatus (B10 LacZ) using acid cheese whey as substrate. In order to establish the most important parameters and study them, a Design of Experiments (DOE) methodology was successfully applied in two stages where synthetic whey and two different strains (B10 and B10 LacZ) were use. A „D-optimal‟ model based on response surface methodology was established for a set of six parameters in the first stage (buffer type, light intensity, concentrations of carbon source, nitrogen source, iron and molybdenum) and five parameters in second stage (buffer type, light intensity, concentrations nitrogen source, iron and molybdenum). As a result of this analysis in both cases was created a design that facilitates the selection of conditions for higher yields of hydrogen production. These conditions gave a maximum hydrogen production yield of 2.1 mmol H2 by mmol-1 lactate and 0.7 mmol H2 by mmol-1 lactate and lactose for the first and second stages respectively. In order to use the industrial acid cheese whey as substrates a pre-treatment was made successfully. This treatment consisted on three processes: deproteinization, decalcification and sterilization. After treatment, two types of whey were obtained: deproteinized only whey (whey D) and deproteinized and decalcificated whey (whey DD). The best yields were obtained using as substrate the whey DD indicating the inhibitory effect of calcium in the hydrogen production process