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Dec 20, 2023

Valorizzazione della paglia di riso, della bagassa di canna da zucchero e della bagassa di sorgo dolce per la produzione di bioetanolo e fenilacetilcarbinolo

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 727 (2023) Citare questo articolo

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La combustione all’aperto dei residui agricoli causa numerose complicazioni tra cui l’inquinamento da particolato nell’aria, il degrado del suolo, il riscaldamento globale e molto altro. Poiché possiedono un potenziale di bioconversione, per lo studio sono stati scelti residui agroindustriali tra cui bagassa di canna da zucchero (SCB), paglia di riso (RS), pannocchia di mais (CC) e bagassa di sorgo dolce (SSB). Ceppi di lievito, Candida tropicalis, C. shehatae, Saccharomyces cerevisiae e Kluyveromyces marxianus var. marxianus sono stati confrontati per il loro potenziale di produzione di bioetanolo e fenilacetilcarbinolo (PAC), un intermedio nella produzione di prodotti farmaceutici cruciali, vale a dire efedrina e pseudoefedrina. Tra i substrati e i lieviti valutati, RS coltivati ​​con C. tropicalis hanno prodotto una concentrazione di etanolo significativamente (p ≤ 0,05) più elevata a 15,3 g L−1 dopo 24 ore di coltivazione. La resa del prodotto per substrato (Yeth/s) è stata di 0,38 g g-1 con una produttività volumetrica (Qp) di 0,64 g L−1 h−1 ed un'efficienza di fermentazione del 73,6% sulla base di una resa teorica di 0,51 g di etanolo/g di glucosio . C. tropicalis coltivata in terreno RS ha prodotto 0,303 U mL−1 di piruvato decarbossilasi (PDC), un enzima chiave che catalizza la produzione di PAC, con un'attività specifica di 0,400 U mg−1 di proteina dopo 24 ore di coltivazione. Questo presente studio ha anche confrontato l'intera biomassa cellulare di C. tropicalis con la sua preparazione PDC parzialmente purificata per la biotrasformazione del PAC. Le cellule intere di C. tropicalis PDC a 1,29 U mL−1 hanno prodotto una concentrazione complessiva di 62,3 mM PAC, che era superiore del 68,4% rispetto alla preparazione enzimatica parzialmente purificata. I risultati suggeriscono che la valorizzazione dei residui lignocellulosici in bioetanolo e PAC non solo aiuterà a mitigare la sfida ambientale posta dall’ambiente circostante, ma ha anche il potenziale per migliorare la bioeconomia.

A causa della popolazione mondiale che si prevede supererà i 9 miliardi entro il 2050 e gli 11 miliardi entro il 21001, l’adeguatezza dell’approvvigionamento alimentare è in discussione per il prossimo futuro. Per superare questo problema, la comunità scientifica ha sfruttato varie strategie per prevenire il deterioramento degli alimenti2,3 e prolungarne la durata di conservazione4,5 cercando al contempo di identificare microbi utili per l'industria alimentare6. Per quanto riguarda l’Obiettivo di Sviluppo Sostenibile 2 (Fame Zero), si è registrato un notevole progresso nella produzione di pollame, bestiame e colture, che contribuiscono inoltre all’evoluzione dei rifiuti alimentari e agricoli7. I rifiuti alimentari possono essere riciclati in prodotti commercialmente validi e, ad esempio, vengono utilizzati come materie prime per la produzione di bioplastiche e biocarburanti oltre all’estrazione di componenti a valore aggiunto8. I rifiuti alimentari vengono utilizzati anche nei processi industriali per la produzione di biocarburanti o biopolimeri9,10. D’altro canto, i residui agroindustriali possono essere utilizzati per ricavare energia dalla biomassa, per la produzione di funghi, per la produzione di cartone/carta e per altre applicazioni esterne all’azienda agricola11. Sebbene possano essere riciclati per la produzione di oggetti di valore come truciolato, pannelli truciolari, biocompositi12 o altri materiali da costruzione13, il volume dei residui che queste alternative possono attualmente utilizzare è una frazione di ciò che viene effettivamente prodotto11. Pertanto, in molti paesi, in assenza di adeguate pratiche di gestione e utilizzo di questa enorme quantità di residui, questi vengono attualmente bruciati o sepolti sotto il suolo, provocando l’inquinamento dell’aria e dell’acqua e il riscaldamento globale14. La combustione dei residui all’aria aperta contribuisce all’inquinamento da particolato fine (PM), un importante fattore di rischio per la salute che contribuisce in modo significativo alla mortalità in diverse regioni del mondo, compreso il sud-est asiatico. Nel 2019, uno studio Global Burden of Disease (GBD) ha classificato l’esposizione al PM2,5 come il sesto fattore di rischio di mortalità globale15. L’entità della combustione dei rifiuti agricoli e le sue conseguenze catastrofiche sulla qualità dell’aria sono classificate come il settimo fattore di rischio di mortalità15,16,17 in Thailandia, uno dei principali produttori agricoli del sud-est asiatico. Questa gestione impropria ha generato un’intensa necessità di individuare strategie per l’utilizzo tempestivo e la valorizzazione dei residui agricoli per la sostenibilità e la sicurezza alimentare e sanitaria14.