Polyhydroxyalkanoates (PHAs) production from lipids containing agri-food wastes

Negli ultimi decenni, le preoccupazioni economiche e ambientali in merito alla carenza di petrolio e all'economia basata sui fossili, hanno stimolato la necessità di passare dalla plastica convenzionale a opzioni convenzionali fondate su biomassa come i poliidrossialcanoati (PHAs). I PHAs sono sintetizzati ed immagazzinati intracellularmente per alcuni batteri come fonti di carbonio ed energia in condizioni ambientali limitanti. I PHAs, per le loro proprietà materiali paragonabili ai plastomeri a base di petrolio, sono promettenti per sostituire le plastiche sintetiche. Sebbene i PHAs possano avere molte applicazioni, la loro sostituzione sulla plastica a base di petrolio è limitata dalla loro costosa produzione. Pertanto, la selezione di risorse idonee come materia prima di carbonio per la sintesi e il metodi di estrazione/recupero dei PHAs, sono i principali fattori dell'intera catena di produzione che contribuiscono con l'80% ai costi operativi. Flussi di rifiuti di biomassa sono stati considerati come substrati rinnovabili per la produzione di polimeri, combustibili, enzimi e prodotti chimici. L'uso di sottoprodotti industriali o agricoli può essere una strategia per ridurre anche il prezzo di PHAs. È stato calcolato che nell'Unione europea (UE), i macelli producono circa 500.000 tonnellate/anno di scarti di materia grassa, che potrebbero essere utilizzati in modo efficiente per la produzione di PHAs, sfortunatamente, nessun batterio con elevate capacità lipolitiche e allo stesso tempo capacità per accumulare quantità elevate di PHAs è stato trovato. Un altro ostacolo nelle fasi di estrazione del PHAs è determinato dal rilascio di grandi quantità di DNA cromosomico che provoca un notevole aumento della viscosità e difficolta le seguenti fasi di recupero di filtrazione e centrifugazione. L'omogeneizzazione ad alta pressione (HPH) è uno dei metodi più noti per l'interruzione cellulare su larga scala. HPH è considerato rispettoso dell'ambiente in quanto non ha bisogno di solventi per mediare un'efficiente disintegrazione delle cellule microbiche. Dopo l'applicazione di HPH, la diminuzione della viscosità viene generalmente ottenuta mediante l'integrazione di ipoclorito, nucleasi commerciale o trattamento termico. Sebbene questi metodi possano essere applicabili nei sistemi di fermentazione su piccola scala, non sono idonei dal punto di vista ambientale ed economico per la produzione industriale di PHAs. Alla ricerca di una soluzione economicamente vantaggiosa al problema dell'attività lipolitica, i geni lipolitici (lipH-lipC) di Pseudomonas stutzeri BT3 sono stati integrati in Cupriavidus necator DSM 545, un noto produttore di PHAs. Gli enzimi lipolitici sono stati notevolmente espressi nel ceppo ricombinante, aumentando la produzione di PHAs dagli scarti grassi dei macelli, indicando che il ceppo ingegnerizzato può contribuire ad aumentare l'efficienza economica della futura elaborazione dei PHAs. Ad ogni modo, alla ricerca di una soluzione economica al problema della viscosità, il gene della nucleasi (nuc) dello Staphylococcus aureus è stato integrato nei cromosomi di due batteri efficaci produttori di PHAs (C. necator DSM 545 e Delftia acidovorans DSM 39). La viscosità dei lisati delle cellule ricombinanti di C. necator DSM 545 è stata notevolmente ridotta senza influenzare la produzione di PHAs, indicando che il ceppo ingegnerizzato potrebbe aumentare l'efficienza economica dei futuri processi di estrazione di PHAs.