Efecto del tipo de sustrato sobre la dinámica de las poblaciones microbianas y la velocidad de producción de hidrógeno en reactores anaerobios hidrogenogénicos

Abstract

La industria tequilera produce grandes cantidades de residuos, específicamente vinazas y bagazo, los cuales generan un gran impacto ambiental. Una estrategia para mitigar dicho impacto es la revalorización de los residuos tequileros para producir un biocombustible como el H2. Este biocombustible tiene un potencial calorífico superior al metano y genera agua como residuo de su combustión, considerándose un producto amigable para el ambiente. En este contexto, la revalorización de dichos residuos tequileros está influenciada por sus características, ya que difieren en cuanto a su estructura, composición y concentración de nutrientes, que afectan la eficiencia del proceso de fermentación oscura y en consecuencia la velocidad de producción volumétrica de H2. Por lo anterior, el objetivo de este trabajo fue la caracterización molecular de la comunidad microbiana mediante secuenciación genética masiva para obtener la diversidad, abundancia y dinámica poblacional, teniendo como propósito explicar las interacciones microbianas posibles entre las bacterias productoras de H2 (BPH) y bacterias no productoras de H2 (BNPH) durante un bioproceso de fermentación oscura. Este bioproceso fue implementado en dos biorreactores anaerobios en lote secuencial de biopelícula fija (AnSBBR por sus siglas en inglés) alimentados con vinazas tequileras y en co-digestión con hidrolizados ácidos de bagazo de Agave tequilana var. azul. Cada AnSBBR utilizado para la producción de H2 se operó para correlacionar los cambios en las variables fisicoquímicas y biológicas mediante un análisis de componentes principales (ACP). Los resultados indicaron que el rendimiento de H2 (mL-H2 g-CODfed -1) estuvo correlacionado con las abundancias relativas de las BPH afiliadas a Ethanoligenens harbinense y Clostridium tyrobutyricum. Sin embargo, solo E. harbinense fue capaz de competir por los azúcares contra las BNPH. Un fenómeno de exclusión competitiva asociada a la competencia por los azúcares, el agotamiento de los oligoelementos esenciales, la producción de bacteriocinas y la resistencia a los compuestos inhibidores pudo ser utilizada por las BNPH para aumentar sus abundancias relativas durante el proceso de fermentación oscura. El escenario global obtenido por las correlaciones del ACP mostró que la disminución de la producción de H2 durante la etapa II (codigestión) se asoció a la relación molar lactato:acetato y a la abundancia relativa de C. tyrobutyricum. Este es el primer trabajo que demostró la viabilidad de la producción de H2 por Clostridiales a partir de hidrolizados ácidos de bagazo de Agave tequilana var. azul en codigestión con vinazas tequileras.