Sviluppo e ottimizzazione di un processo fed-batch per la produzione di arabitolo con Hansenula anomala WC 1501

L'arabitolo ਠun polialcool a 5 atomi di carbonio, di particolare interesse quale dolcificante anticariogenico e quale building block per l'industria chimica. Lo sviluppo di un processo biotecnologico per la produzione fermentativa di questo composto a partire da substrati economici ਠquindi particolarmente attraente in un'ottica di bioraffineria. Il lievito osmotollerante Hansenula anomala WC 1501 ਠstato precedentemente identificato come un buon produttore di D-arabitolo, capace di utilizzare il glicerolo, sottoprodotto della produzione di biodiesel. Con questo lavoro di tesi si sono volute ottimizzare le condizioni di produzione del ceppo H. anomala WC 1501, per poi sviluppare un processo fermentativo fed-batch performante in cui la fase di crescita e quella di produzione fossero separate ed entrambe massimizzate. I parametri di processo oggetto di ottimizzazione sono stati la temperatura, la concentrazione di glicerolo, la concentrazione di ossigeno disciolto nel terreno (DOT) ed il pH. L'ottimizzazione delle condizioni di produzione ਠavvenuta attraverso l'utilizzo di un disegno sperimentale Central Composite Design finalizzato a modellare la resa di conversione, la produzione massima di arabitolo e la produttività  oraria in funzione dei 4 parametri di processo fondamentali. Il disegno sperimentale ha previsto 30 prove di fermentazione fed-batch condotte combinando valori assiali centrali e fattoriali delle variabili indipendenti permettendo di determinare le funzioni polinomiali del modello e, da queste, la combinazione ottimale di glicerolo, pH, temperatura e DOT. Le condizioni ottimali che corrispondono alle massime produzione di arabitolo e resa di conversione (YA/G) e sono: glicerolo = 114.5 g/L; T = 32.5°C; pH = 5.875; DOT = 30%. In tali condizioni il lievito ਠin grado di produrre in 160 h 25.1 g/L di arabitolo con YA/G di 0.29 g/g. Tali condizioni sono state validate in ulteriori 3 prove di conferma e applicate ai successivi processi per un ulteriore miglioramento del fed-batch. Per tale sviluppo si ਠposta l'attenzione sia sulla fase di crescita, di cui si ਠvoluta aumentare la produzione di biomassa, con l'obiettivo di migliorare la produttività  della fase di produzione, sia sulla fase di produzione stessa, di cui si sono volute determinare le condizioni e le modalità  di feeding pi๠efficaci. A questo fine, la coltura ਠstata alimentata con terreno di coltura ad una concentrazione tripla rispetto al terreno base nel corso della fase di crescita e con una soluzione di glicerolo concentrata durante la fase di produzione, confrontando feeding a pulse alternati e feeding continui a diverse velocità . L'utilizzo di un feed continuo di 800 g/L di glicerolo con un flusso di 2.9 †" 1.45 mL/h ਠrisultato l'unico in grado di ottenere una concentrazione di 66 g/L di arabitolo dopo 160 h, con YA/G = 0.5 g/g. Tale valore ਠulteriormente aumentato fino a 129 g/L prolungando la fermentazione fino a 377 h, con YA/G = 0.46 g/g. Questi risultati dimostrano che H. anomala WC 1501 ਠun buon candidato per la produzione di arabitolo da glicerolo e che l'effettivo aumento della biomassa durante la fase batch migliora la produzione totale, ottenendo concentrazioni finora mai ottenute con un lievito osmotollerante.