Evaluación del efecto de acetato de etanolamina en las comunidades microbianas metanogénicas presentes en biorreactores alimentados con diferentes sustratos

Abstract

En este trabajo se estudió el efecto del líquido iónico acetato de etanolamina ([EAO][OAc]) en las comunidades microbianas durante la digestión anaerobia. En primer lugar, se analizaron las comunidades microbianas en una prueba preliminar utilizando una concentración alta de [EAO][OAc] (5 % p/v) y una concentración baja (2.5 % p/v) con 5 g/L de glucosa en ambas pruebas. De acuerdo con el análisis de componentes principales (ACP), se sugiere que la sintrofía obligada en el sistema se debió por la vía del propionato al correlacionarse los acetógenos sintróficos obligados el volumen de metano, rendimiento y la velocidad volumétrica de producción de metano (VVPM). Posteriormente, se realizó la optimización de la producción de metano en la digestión anaerobia teniendo como factores la concentración del [EAO][OAc] y glucosa mediante la metodología de superficie de respuesta, obteniendo como valores óptimos para el [EAO][OAc] de 2.234 % p/v y para la glucosa de 3.839 g/L. Simultáneamente, en algunas de las condiciones del diseño central compuesto la producción de metano fue baja debido a que existió una acumulación de propionato y butirato, esto a causa de un colapso de la relación sintrófica obligada para la oxidación de acetato entre las poblaciones bacterianas acetogénicas que consumen estos ácidos grasos volátiles para producir acetato y las arqueas acetótrofas que lo consumen para producir metano. Con estos resultados obtenidos se puede confirmar el efecto negativo del aporte de acetato proveniente del [EAO][OAc] al provocar un fallo en las comunidades sintróficas obligadas. Por último, se efectuaron las pruebas de potencial bioquímico de metano con diferentes sustratos: (1) glucosa, (2) hidrolizados enzimáticos reales de bagazo de Agave tequilana var. azul (BATA) e (3) hidrolizados enzimáticos sintéticos de BATA utilizando los valores óptimos obtenidos. No existió una diferencia estadísticamente significativa entre las varianzas de la producción de metano de estos tratamientos, además el volumen acumulado alcanzó un ~ 90 % de la producción máxima teórica esperada de acuerdo con la optimización. Respecto a las dinámicas de las poblaciones, la comunidad del dominio Archaea fue muy similar en abundancia relativa de los grupos tróficos entre todas las condiciones, mientras que en el dominio Bacteria la diversidad de las comunidades microbianas se vio afectada por la complejidad de los sustratos utilizados, los fermentadores fueron el grupo dominante, en cuanto al grupo trófico de los acetogénicos sintróficos obligados existió una reducción de ~ 50 % en abundancia respecto al inóculo en la condición con hidrolizados sintéticos, mientras que en las condiciones con glucosa e hidrolizados reales aumentó la abundancia de este grupo respecto al inóculo. El ACP de esta prueba sugiere que la ruta dominante en todos los sustratos fue la vía acetotrófica obligada, al correlacionar los parámetros de volumen de metano producido y la VVPM con los metanógenos acetoclásticos y los acetógenos sintróficos obligados, mientras que la ruta secundaria fue la vía CO2 reductora.