PRODUZIONE DI IDROGENO CON COLTURE SOSPESE DI 4 DIVERSI CEPPI DI THERMOTOGA

I 4 ceppi di Thermotoga sono stati testati per valutare le loro produttività in idrogeno su glucosio, melasso e siero di latte in termini di produzione volumetrica, rese di conversione del substrato in idrogeno e rese di conversione del substrato in biomassa.

Mentre la letteratura descrive abbondantemente la produzione di idrogeno da T.

neapolitana poco si trova in merito alle produzioni ottenibili dagli altri 3 ceppi di Termotoga

testati. La carenza di letteratura su questi ceppi alternativi potrebbe portare ad un confronto influenzato da una carenza nell’ottimizzazione del terreno di coltura utilizzato con T. maritima, T.

naphtophila e T. petrophila. In particolare le ultime due specie non sono mai state studiate per la

produzione di idrogeno.

Le figure 3.9 e 3.10 Mostrano le produzioni volumetriche delle diverse specie di Thermotoga da glucosio, melasso e siero di latte. I parametri utilizzati per stimare e confrontare le capacità produttive sono media delle velocità di produzione dopo 43-44 e 88-89h di coltura batch.. Considerando I valori medi di velocità di produzione a fra 88 e 96 h (Figura 3.9) T. neapolitana ha mostrato le più alte produttività con l’impiego di un medium a base di glucosio (1.08 mmol H2/L/h). T. maritima ha raggiunto produzioni dimezzate (0.570 mmol H2/l/h). T.

petrophila e T. naphtophila hanno mostrato rispettivamente produttività finali di 0.407 mmol

H2/l/h e 0.311 mmol H2/l/h. T. neapolitana ha raggiunto le migliori prestaizoni produttive con

medium basati sul melasso (1.281 mmol H2/l/h), mentre gli altri ceppi hanno raggiunto

produttività di sole 0.294 mmol H2/l/h (T. maritima). Anche in terreni contenti siero di latte T.

neapolitana ha mostrato una produttività più alta fra i ceppi testati (0.942 mmol H2/l/h). In

particolare questa produttività è stata più che doppia rispetto a quanto osservato con T. maritima (0.415 mmol H2/l/h) e T. petrophila (0.385 mmol H2/l/h) e più di quattro volte quella osservata con

Fig. 3.9 – Produzioni volumetriche di idrogeno ottenute con Thermotoga spp. Cresciuto su glucosio, siero di latte e melasso (valori medi su 88-96 h).

Le produzioni medie di idorgeno dopo 43-44 ore sono ben maggiori e passano da 1.082 a 1.918 mmol H2/l/h in T. neapolitana su glucosio. Gli altri 3 ceppi hanno mostrato lo stesso

comportamento: da 0.311 a 0.606 mmol H2/l/h in T. naphtophila, da 0.570 a 0.722 mmol H2/l/h in

T. maritima, e da 0.407 a 0.820 mmol H2/l/h in T. petrophila. Su melasso il passaggio della

produzione media da 88 a 44h in T. neapolitana è passata da 1.261 to 1.694 mmol H2/l/h, T.

naphtophila da 0.102 a 0.199 mmol H2/l/h, T. maritima da 0.294 a 0.445 mmol H2/l/h, and T.

petrophila da 0.039 a 0.045 mmol H2/l/h. In terreni contenti siero di latte, T. neapolitana ha

mostrato cinetiche di consume inferiori se calcolate a 43-44h (0.545 mmol H2/l/h) rispetto a 88-

96h (0.942 mmol H2/l/h). Per quanto riguarda le alter specie invece non si sono osservate

differenze.

In conclusione le più alte produzioni volumetriche di idrogeno sono state raggiunte da T.

neapolitana su terreno contente glucosio (1.918 mmol H2/l/h), tale valore risulta essere il più alto

fra I valori ripostati in bibliografia per fermentazioni batch (Tabella 1.6). Una ragione per questo alto valore è impotabile alla maggiore efficienza del sistema tampone.

Anche il valore di produttività volumetrica ottenuta da T. neapolitana cresciuto su melasso (1.694 mmol H2/l/h) è più alta rispetto a quelle riportate in letteratura (Tabella 1.6). Inoltre T.

neapolitana è statoa anche il miglior microorganism nell’utilizzazione del siero di latte, con

produzioni volumetriche comparabili a quelle riportate in tabella 1.6. Pertanto, sia melasso che siero possono essere impiegati come fonti di carbonio economiche in un efficiente processo di produzione di idrogeno utilizzando cellule sospese di T. neapolitana.

Fig. 3.10 – Velocità volumetriche di produzione idrogeno ottenute con Thermotoga spp. Cresciuto su glucosio, siero latte e melasso (valori medi s 43-44 h).

La figura 3.11 mostra le rese di conversione delle moli di substrato consumato in idrogeno durante colture batch dei 4 Thermotoga con diverse fonti di carbonio. T. neapolitana, ha mostrato un’efficienza di conversione pari a 2.6 H2/S su siero di latte, 2.9 H2/S su glucosio and 3.1 H2/S su

melasso.

Nguyen et al. (REF) ha riportato valori di 1.84 H2/S per T. neapolitana su glucosio in colture

batch. Questo valore sale a 3.24 H2/S in condizioni di flussaggio di azoto, si ipotizza che questo

prevenga fenomeni di inibizione da idrogeno. In conclusione i valori sperimentali ottenuti sono confrontabili con i valori riscontrati in letteratura. Nel nostro caso inoltre non è stato performato alcun flussaggio dello spazio di testa e la concentrazione di idrogeno nello spazio di testa è stato del 60%. In conclusione i medium utilizzati per T. maritima, T. petrophila, e T. naphtophila potrebbe non essere il migliore per la produzione per la produzione di idrogeno. Atri studi (Tabella 1.6) hanno dato rese H2/S di 3.8 con T. neapolitana su glucosio ma le produzioni volumetriche

furono al Massimo di 0.97 mmol H2/l/h contro 1.918 mmol H2/l/h .

I carboidrati presenti nel melasso sono stati convertiti in idrogeno da tutti i ceppi di

Thermotoga. Il melasso è stato quindi convertito da T. neapolitana (3.1 H2/S); mentre le rese

ottenute dagli altri ceppi sono state inferiori a 1.0 H2/S con T. maritima¸ T. naphtophila e T.

petrophila, 0.9 H2/S, 0.5 H2/S, e 0.3 H2/S, rispettivamente. I dati ottenuti con T. neapolitana sono

in linea con dati di letteratura: la resa H2/S è anche maggiore rispetto a quella ottenuta con il

di idrogeno su melasso in termini di produzioni volumetriche. Esso può quindi essere utilizzato in processi fermentativi aventi efficienze comparabili con quelle viste su terreni contenenti glucosio.

I ceppi di Thermotoga hanno dato risultati positivi anche quando inoculati in terreni contenenti siero di latte. Sono state osservate rese di conversione maggiori di 2.0 H2/S: 2.3 H2/S

con T. petrophila, 2.6 H2/S con T. neapolitana, 2.7 con T. maritima and 2.9 for T. naphtophila.

Questi dati, comparabili alle rese di conversione osservate su glucosio sono mediamente più alte rispetto a quelle osservate su melasso. T. naphtophila ha inoltre mostrata una maggiore capacità di conversione nei confronti del siero (2.9) rispetto a quanto ha mostrato nei confronti del glucosio (1.9).

Fig. 3.11 – Rese H2/S; I valori sono calcolati come moli di idrogeno prodotte su mole di monosaccaride

consumato.

La formazione di biomassa è stata monitorata e la figura 3.12 mostra i risultati ottenuti.

Thermotoga ha prodotto 0.1-0.2 g di biomassa secca per grammo di glucosio: T. neapolitana 0.2

g/g. Le alter 3 specie invece sono rimaste sotto gli 0.2. Su melasso si è osservata la minore resa media in produzione di biomassa. Culture cresciute su siero di latte hanno evidenziato invece le maggiori produzioni di biomassa fra 0.055 (T. petrophila) e 0.494 (T. naphtophila) g X/g S .

3.5 SELEZIONE DEL SUPPORTO PER LA FORMAZIONE DI BIOFILM E LA