MATERIALI [ E APPLICAZIONI ]
mario passa attraverso il processo biologico di dark fermentation, in cui la degradazione viene arrestata allo stadio di produzione degli acidi organici a catena corta. Dopo la separazione dei solidi in due stadi, viene prodotto un idrolizzato privo di particelle solide. Questo idrolizzato è ricco di acidi organici a catena corta e si presta a diversi utilizzi. Il progetto KoalAplan esplora tutte le potenzialità applicative tra cui, ad esempio, l’ elettrolisi microbica per la produzione di idrogeno e la produzione per via microbica di PHA. Il team di ricerca del Fraunhofer IGB si è focalizzato sull’ utilizzo della fermentazione per convertire l’ idrolizzato in PHA, un biopolimero biodegradabile e termoplastico derivato appunto da fermentazione batterica.
Dall’ idrolizzato al PHA I PHA sono generalmente prodotti utilizzando microorganismi che possono crescere su un’ ampia gamma di substrati. I microrganismi utilizzano l’ idrolizzato come fonte di carbonio ed energia, poiché è ricco di acidi organici come acido acetico, propionico e butirrico. I batteri hanno infatti bisogno degli acidi organici per crescere. Si pone però un problema di base di solito. Se questi acidi organici sono presenti in concentrazioni troppo elevate hanno, infatti, effetti tossici sui microorganismi. È stato necessario identificare ceppi batterici adatti che potessero utilizzare gli acidi sia per la propria crescita che per produrre PHA. Cupriavidus necator si è rivelato il batterio più tollerante a contatto con gli acidi organici. Per evitare che gli acidi ostacolassero la crescita dei microrganismi, i ricercatori hanno anche sviluppato un metodo di perfusione con ritenzione cellulare nel bioreattore. La ritenzione cellulare avviene utilizzando un filtro speciale che garantisce che le cellule o i microorganismi rimangano nel reattore, consentendo un’ alta densità cellulare e un tempo di coltura più lungo. Il processo prevede che si faccia passare il brodo di fermentazione dal bioreattore attraverso un filtro a flusso incrociato, per poi alimentare nuovamente nel reattore le cellule con i granuli di PHA che vengono trattenuti nel filtro. La ritenzione cellulare ha permesso di alimentare concentrazioni variabili di acidi organici. Il biopolimero viene estratto dalle cellule batteriche alla fine della fermentazione. I ricercatori hanno sviluppato e utilizzato questo metodo di perfusione per evitare che la crescita batterica venisse inibita. Il 97 % del carbonio proveniente dagli acidi organici è stato utilizzato dai microrganismi e convertito in biomassa e PHA.
Copolimero PHBV Il PHA così prodotto è un copolimero poli( 3-idrossibutirrato-co-3-idrossivalerato), o PHBV, appositamente formulato. A confronto con un omopolimero, risulta avere proprietà meccaniche migliorate. Questo perché contiene circa il 10 % di 3-idrossivalerato, che riduce la cristallinità e rende il materiale flessibile, facile da modellare e versatile. Il gruppo di ricerca del Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB prevede di ottimizzare il processo di fermentazione per produrre PHBV con una concentrazione ancora più elevata di 3-idrossivalerato( dal 40 al 70 %). Questi copolimeri PHBV appositamente calibrati possono essere utilizzati come campioni da chimici dei polimeri ed esperti di applicazioni dell’ industria per testare le proprietà materiali del biopolimero. Una fase di indagine utile, d’ altronde, a scoprire nuovi potenziali campi di applicazione. La materia prima di origine biologica prodotta con questo processo può essere utilizzata in vari modi, dall’ imballaggio monouso al film per pacciamatura, nell’ industria farmaceutica o anche per impianti medici e rivestimenti tessili a base biologica.
Con il processo di recupero di PHA sviluppato e una concentrazione su misura di 3-idrossivalerato, è stato prodotto un PHBV con elevate proprietà meccaniche
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