Applicazione di Batteri Acetici versatili a bioprocessi innovativi

I batteri acetici (BA) sono batteri aerobi obbligati appartenenti alla famiglia Acetobacteraceae, all'interno della classe Alphaproteobacteria. Caratteristiche peculiari dei BA, con differenze all’interno di generi e specie, sono l’ossidazione di etanolo ad acido acetico, di zuccheri e polialcoli dai quali vengono prodotti metaboliti di rilevanza industriale. Inoltre alcuni BA possono sintetizzare biopolimeri di grande interesse biotecnologico come cellulosa batterica (CB) e fructooligosaccharidi (FOS). In questo progetto di dottorato ceppi di BA sono stati studiati per le più promettenti applicazioni biotecnologiche, come la produzione di nuovi aceti, la sintesi di CB e FOS, e lo sviluppo di attrattivi per il controllo di Drosophila suzukii, infestante emergente dei piccoli frutti. I BA hanno un uso consolidato nella produzione di aceto, tuttavia, le colture starter selezionate non vengono usate in campo industriale, soprattutto a causa della carenza di disponibilità di culture attive e difficoltà di gestione delle stesse. In questo studio, sono state prodotte colture starter selezionate utilizzando una modalità di fermentazione combinata (sistema statico e sommerso) e trasferite in azienda dove sono state sviluppate fermentazioni su scala prototipale. Tali colture hanno consentito di produrre quattro nuovi aceti con i parametri desiderati. La stabilità dei processi in tutte le fasi e con tutti i sistemi di produzione ha confermato la concreta possibilità di utilizzo di culture selezionate di BA per fermentazioni industriali. La CB sta ricevendo una crescente attenzione a causa del suo elevato potenziale per la produzione di alimenti salutistici, cosmetici, prodotti farmaceutici e biomedici. In questa parte del progetto, un ceppo della specie Komagataeibacter xylinus (UMCC 2756) è stato selezionato per la produzione di CB (23 g/L di CB prodotta). Ottimizzando le condizioni di coltivazione, la resa in BC è stata aumentata del 30% e la formazione dei sottoprodotti dimezzata. Le principali proprietà chimico-fisiche della CB sono quindi state determinate. I risultati raggiunti supportano l'uso della BC in applicazioni biomediche ed alimentari. Alcune specie di BA sono alto-produttori fruttani (FOS). Questi polimeri del fruttosio sono utilizzabili sia in campo alimentare che non-alimentare. In questo studio, la produzione di FOS è stata prima quantificata e poi aumentata ottimizzando le condizioni di coltura. Neoasaia chiangmaiensiss NBRC 101099 con 17g/L in condizioni standard e 58 g/L in quelle ottimizzate ha mostrato la resa più elevata. K. xylinus UMCC 2756, invece, ha mostrato rese in FOS inferiori e produzione di CB. La produzione simultanea di FOS e CB rende il ceppo idoneo per lo sviluppo di una bevanda prebiotica funzionale. Un importante ostacolo al controllo di Drosophila suzukii è la formazione di CB da parte di batteri ubiquitari che interferisce con l'attrattiva delle trappole durante il monitoraggio. Per affrontare tale problematica, sono stati sviluppati cinque attrattivi bioattivi utilizzando un ceppo selezionato con buona capacità ossidativa e incapacità di produrre CB. Gli attrattivi sono stati sviluppati sia in sistema statico che sommerso e confrontati con una preparazione commerciale. Gli attrattivi bioattivi formulati nel presente studio hanno permesso un monitoraggio efficiente di D. suzukii e non hanno mostrato formazione di CB durante l’esposizione in campo. Pertanto essi costituiscono una valida alternativa alle preparazioni commerciali. I risultati presentati in questa tesi confermano l'elevato potenziale di BA. E’ stato dimostrato infine, che la selezione di ceppi per tratti specifici, insieme ad una approfondita conoscenza degli aspetti biochimici, microbiologici e tecnologici sono alla base dello sfruttamento industriale dei BA.