PHA production by mixed cultures: a way to valorize industrial waste

Abstract

A eficácia do processo de produção de polihidroxialcanoatos (PHA) por culturas microbianas mistas (MMC) depende da fase de selecção de culturas. Este passo é determinante para o passo seguinte de acumulação, pois a sua optimização depende da estabilidade e da capacidade de produção da cultura seleccionada. Neste projecto, uma cultura mista proveniente de uma estação de tratamento de águas residuais, bastante diversificada em termos fenotípicos, foi submetida a condições de alimentação dinâmica aeróbia (ADF), também conhecidas por fome e fartura num reactor descontínuo sequencial (SBR) utilizando como substrato um resíduo da indústria papeleira, o licor de cozimento ao sulfito ácido (HSSL). A cultura atingiu um máximo de acumulação de PHA de 67,6 %, verificando-se que dos vários componentes presentes no HSSL, o ácido acético era totalmente consumido, os lenhossulfonatos presentes, parcialmente, e apenas uma pequena pare da xilose era consumida. Recorrendo-se a fluorescence in situ hybridization (FISH) realizou-se a identificação das bactérias acumuladoras de PHA. Foram identificadas bactérias pertencentes aos seguintes grupos: Alfa (72,7 ± 4,0 %), Beta (11,1 ± 0,37 %) e Gamaproteobactérias (10,3 ± 0,3 %). Ao nível do género foi possível identificar, em baixa concentração, Paracoccus (4,2 ± 0,51 %) e Defluvicoccus (9,0 ± 0,28 %) ambos pertencentes à classe das Alfaproteobactérias. Após plaqueamento da cultura em meio sólido contendo xilose e ácido acético, isolaram-se bactérias identificadas como Klebsiella spp. e verificou-se que eram Gamaproteobactérias capazes de acumular PHA a partir de xilose.

The effectiveness of polyhydroxyalkanoates (PHA) production process includes a first stage of Mixed Microbial Culture (MMC) selection. This step determines the success of subsequent PHA accumulation step performance. In this project, a MMC collected in a wastewater treatment plant was submitted to Aerobic Dynamic Feeding (ADF) in a Sequencing Batch Reactor (SBR) in order to select PHA-accumulating organisms using hardwood spent sulphite liquor (HSSL), a complex feedstock originated from the pulp industry, as substrate. The selected MMC reached a maximum PHA content of 67.6 %. Acetic acid was fully consumed while, lignosulphonates only partially and only a small part of xylose was taken up. The selected culture was then analyzed. The identity of PHA-storing bacteria was obtained by fluorescence in situ hybridization (FISH). Bacteria belonging to the three main classes were identified: Alpha- (72.7 ± 4.0 %), Beta- (11.1 ± 0.37 %) and Gammaproteobacteria (10.3 ± 0.3 %). At the genus level, only small amounts of Paracoccus (4.2 ± 0.51 %) and Defluvicoccus related to Tetrad Forming Organisms (9.0 ± 0.28 %) belonging to Alphaproteobacteria were detected. After plating the MMC in solid medium containing xylose and acetic acid, colonies of a Gammaproteobactaria able to produce PHA from xylose were isolated. Later these colonies were identified as Klebsiella spp..