Desarrollo de bioprocesos para la conversión de residuos oleosos en agentes de superficie

Resumen

La presente Tesis Doctoral se centra en el estudio de nuevas alternativas para la valorización de residuos derivados de la industria aceitera. En concreto se han analizado posibles aplicaciones para dos residuos: aceites de cocina usados y alpeorujo, considerando específicamente la problemática particular presente en España, en la que el aceite de oliva es el más importante tanto en producción como en consumo. Ambos residuos presentan riesgos medioambientales. Los aceites residuales se generan en puntos muy dispersos como hogares y establecimientos hosteleros. Esta diversificación de los puntos de producción dificulta considerablemente la recuperación del residuo y aumenta el riesgo de un vertido inapropiado de los mismos, lo que puede originar problemas en la depuración de los efluentes urbanos y causar un impacto negativo sobre el medio ambiente (Cammarota y Freire, 2006; Li y Wrenn, 2004). Por otro lado el alpeorujo también representa un riesgo para el medio ambiente. Es un producto con una elevada carga orgánica y propiedades fitotóxicas (Sampedro y col., 2005) y bactericidas (Saparrat y col., 2010). Además es generado en grandes cantidades durante la extracción del aceite de oliva y, a fecha de hoy, no presenta una aplicación final clara. De manera complementaria a las posibles vías de utilización descritas anteriormente en bibliografía, como la producción de biocombustibles a partir de aceites usados (Demirbas, 2009) o la extracción de productos de alto valor añadido presentes en el alpeorujo (Suárez y col., 2009), en la presente Tesis Doctoral se han estudiado otras potenciales aplicaciones para estos dos residuos. Para ello se han seguido dos líneas de investigación bien diferenciadas, cada una centrada en uno de ellos. Ambas tienen como objetivo común la producción de sustancias con propiedades interfaciales y en cada una de ellas se ha aplicado una de las principales estrategias para la biosíntesis de surfactantes: la acción de enzimas y de microorganismos. De esta manera, la primera línea de investigación desarrollada se centra en la utilización de aceites residuales de cocina como sustrato para la producción de ácidos grasos, mono- y diglicéridos mediante hidrólisis enzimática. Los resultados obtenidos han permitido comprobar que los aceites residuales de fritura son sustratos similares al aceite virgen en lo que respecta a la obtención los mencionados productos de hidrólisis. Esto es válido para los dos medios de hidrólisis ensayados: emulsiones de aceite/agua y microemulsiones de agua/aceite (también denominadas como micelas inversas). Adicionalmente se analizaron los parámetros más significativos en cada uno de los sistemas como la cantidad y tipo de emulsionante, la cantidad de fase grasa y la energía aplicada en los sistemas aceite/agua o la relación agua/tensioactivo en las microemulsiones. A su vez se estudió el comportamiento de tres lipasas distintas: de Thermomyces lanuginosus, de Pseudomonas fluorescens y de páncreas porcino. Con la segunda línea de investigación se pretende probar la viabilidad del alpeorujo como materia prima en la producción de biosurfactantes. Los resultados obtenidos fueron satisfactorios, obteniéndose dos biosurfactantes, ramnolípidos y surfactina, a partir de cepas de Pseudomonas aeruginosa y Bacillus subtilis respectivamente. Además se ha comprobado que la producción de biosurfactantes está principalmente ligada a la presencia de aceite residual en el alpeorujo. En una segunda fase se ha tratado de mejorar la producción de biosurfactante mediante un aumento de la materia orgánica biodisponible. Se ha comprobado que mediante una hidrólisis de la celulosa y la hemicelulosa presente en el alpeorujo la producción de biosurfactante aumenta de manera considerable. Adicionalmente, de los tres métodos de hidrólisis ensayados, la hidrólisis enzimática del alpeorujo fue la que dio lugar a mejores resultados, frente a otros dos procesos que implicaron hidrólisis ácida. Por lo tanto, en líneas generales y en base a los resultados obtenidos, se puede concluir que es posible obtener sustancias con propiedades interfaciales tanto a partir de aceites usados mediante hidrólisis enzimática como a partir de alpeorujo mediante procesos de fermentación.   Referencias: Cammarota, M.C., Freire, D.M.G., 2006. A review on hydrolytic enzymes in the treatment of wastewater with high oil and grease content. Bioresour. Technol. 97, 2195–210. Demirbas, A., 2009. Political, economic and environmental impacts of biofuels: A review. Appl. Energy 86, S108–S117. Li, Z., Wrenn, B.A., 2004. Effects of ferric hydroxide on the anaerobic biodegradation kinetics and toxicity of vegetable oil in freshwater sediments. Water Res. 38, 3859–3868. Sampedro, I., D’Annibale, a., Ocampo, J. a., Stazi, S.R., García-Romera, I., 2005. Bioconversion of olive-mill dry residue by Fusarium lateritium and subsequent impact on its phytotoxicity. Chemosphere 60, 1393–1400. Saparrat, M.C.N., Jurado, M., Díaz, R., Romera, I.G., Martínez, M.J., 2010. Transformation of the water soluble fraction from “alpeorujo” by Coriolopsis rigida: the role of laccase in the process and its impact on Azospirillum brasiliense survival. Chemosphere 78, 72–6. Suárez, M., Romero, M.-P.P., Ramo, T., Macià, A., Motilva, M.-J.J., 2009. Methods for preparing phenolic extracts from olive cake for potential application as food antioxidants. J. Agric. Food Chem. 57, 1463–72.