Fermentació en estat sòlid i bioproductes

Al grup GICOM hem explorat la producció de biosurfactants per bioconversió de residus de la indústria alimentària mitjançant fermentació en estat sòlid. Específicament, hem estudiat la producció de soforolípids, un glicolípid amb múltiples aplicacions ambientals, agrícoles, en productes de neteja o higiene personal i en industria cosmètica, entre d’altres. Aquest compost es pot produir per fermentació de substrats rics en olis i/o en sucres. Per exemple, el pa de premsat procedent de les indústries de refinat d’olis comestibles (girasol, blat de moro, etc.), presenta un enorme potencial com a font de carboni hidrofòbic per al llevat Starmerella bombicola, productor d’aquests biosurfactants. També s’ha demostrat viable la producció a partir d’hidrolitzats de residus urbans o industrials. Mitjançant l’optimització de les condicions del procés i la selecció de suports a escala de laboratori, vam aconseguir una productivitat prometedora d’aproximadament 3 g de SL per litre i per dia. El procés s’ha escalat amb èxit fins a un volum real de 60 litres. Per tal de desenvolupar aquest procés a escala comercial, estem millorant els procediments de recuperació de SLs de la matriu sòlida i explorant estratègies avançades d’operació i control de processos per a un escalat amb èxit. A més, estem duent a terme estudis de viabilitat econòmica i ambiental del procés. El procés desenvolupat és extrapolable a la producció d’altres biosurfactants glicolípids produïts per llevats sobre fonts de carboni anàlogues.

Els agents de biocontrol poden substituir total o parcialment els pesticides químics tradicionals, són efectius sobre un nombre considerable de plagues, sense tenir efectes nocius per als éssers humans, animals o l’ecosistema. Alguns d’aquests biopesticides són d’origen microbià, produïts per bacteris i fongs. Aquests microorganismes poden créixer en condicions controlades sobre substrats sòlids de diferent origen mitjançant un procés conegut com fermentació en estat sòlid. Aquest procés permet aprofitar materials residuals com a substrat, reduint-ne el cost tot constituint una via de valorització.

Bacillus thuringiensis és un bacteri que produeix una endotoxina amb efecte sobre el tracte digestiu de les larves d’alguns insectes plaga. Beauveria bassiana és un fong entomopatògen amb efectes letals sobre nombroses plagues mentre que Trichoderma harzianum ha demostrat efectes fungicides. Tots tres microorganismes es comercialitzen actualment com a base de diferents productes biopesticides.

El Grup de recerca en compostatge (GICOM) treballa amb Bacillus thuringiensis, Beauveria bassiana i Trichoderma harzianum utilitzant residus de diversa procedència per produir tant un compost amb efecte biopesticida, com un extracte líquid també amb aquestes propietats. S’està treballant tant amb residus agroindustrials (clofolla d’arròs, fibres residuals de l’obtenció de begudes vegetals derivades d’arròs o soja, bagàs de cervesa), com amb restes de poda i amb fracció orgànica de residus municipals de recollida selectiva com a substrats per al creixement i esporulació d’aquests microorganismes. El procés s’ha dut a terme amb èxit a escala semi pilot, en reactors de 22L en el cas dels fongs i de fins a 290L en el cas del bacteri. El residu es prepara per a la fermentació mitjançant una etapa prèvia  d’esterilització i barreja amb agent estructurant per assegurar un correcte contacte amb l’oxigen (el procés és aerobi). Els temps de fermentació són variables en funció del microorganisme utilitzant, des de 48h en el cas de B. thuringiensis, fins a 8 dies per a T. harzianum.  

En el marc de la millora de l’agricultura sostenible, els bioestimulants presenten un paper prometedor. El bioestimulant és un producte que estimula el creixement de les plantes, millorant les següents característiques: eficiència en l’ús de nutrients, resistència a la tolerància a l’estrès biòtic i abiòtic, i accés als nutrients confinats al sòl o a la rizosfera. Es poden utilitzar com a bioestimulants una àmplia gamma de substàncies i microorganismes. Entre ells, els fongs Trichoderma spp, que s’han utilitzat principalment com a bioestimulants per la seva capacitat de controlar els fitopatògens fúngics i millorar la tolerància de les plantes davant l’estrès abiòtic.
L’auxina és una hormona vegetal que pot ser produïda per plantes i microorganismes. Concretament, l’auxina és un dels metabòlits produïts pels fongs com a mediador per interactuar amb la planta. L’àcid indol-3-acètic (IAA) és la forma més comuna d’auxina.
El Grup de Recerca de Compostatge (GICOM) està treballant amb Trichoderma harzianum per a la producció d’IAA utilitzant residus verds com a substrat.