Anaerobic Batch Fermentations of C5-C6 Sugars for Acetic Acid Production: A Kinetic Modeling Approach

Per promuovere e commercializzare biocarburanti e prodotti chimici di base di nuova generazione, è necessario che essi raggiungano una competitività economica con le alternative derivate da petrolio che intendono sostituire. Tra questi, l'acido acetico si distingue come un acido carbossilico versatile con una vasta gamma di applicazioni in vari settori. Attualmente, la produzione di acido acetico soddisfa le sue richieste attraverso due vie principali: la sintesi chimica e i processi fermentativi aerobici. Quest'ultimo metodo presenta limitazioni intrinseche, poiché la fermentazione aerobica produce, al massimo, 2 moli di acido acetico per mole di glucosio. Al contrario, la via anaerobica che utilizza batteri homoacetogenici offre prospettive più promettenti, con un rendimento teorico massimo di 3 mol/mol. Inoltre, questo approccio presenta minori richieste energetiche, poiché non richiede l'insufflazione di ossigeno. Di conseguenza, l'utilizzo di batteri homoacetogenici per convertire glucosio e xilosio ha attirato notevole attenzione nel contesto della produzione di acido acetico come prodotto chimico di base derivato da fonti rinnovabili, in particolare da idrolizzati lignocellulosici. Questo lavoro di tesi si concentra su due organismi, Moorella thermoacetica e Thermoanaerobacter kivui. Inizialmente, la ricerca ha intrapreso analisi separate di ciascun batterio, studiando i rispettivi meccanismi di inibizione da prodotto e da substrato. Successivamente, sono state condotte fermentazioni batch utilizzando zuccheri C5-C6 e, infine, i due organismi sono stati co-coltivati per esplorare potenziali sinergie e ottimizzare gli esiti della fermentazione. Una scoperta degna di nota è stata la necessità di fornire CO2 esogena per ottenere il completo consumo degli zuccheri. Senza questo supplemento, la WLP rimane inattiva, portando all'inibizione della crescita a causa di un eccesso di NADH.