Valorizzazione degli scarti lattiero-caseari per la produzione di microalghe estremofile: coltivazione etero- e mixotrofica in continuo di Galdieria sulphuraria

Photoautotrophic cultivation of microalgae is expensive due to high energy input required to supply light and CO2 to the culture, resulting in low average biomass productivity. Therefore, heterotrophic and mixotrophic cultivation, i.e., by supplying carbon substrates in absence or presence of light respectively, is a potential strategy to overcome such bottlenecks while maximizing biomass productivity. Among the possible organic carbon sources, agro-industrial wastes can make the cultivation process feasible, as they are rich in organic matter that can be up-taken by biomass in order to sustain growth and product accumulation. The use of these waste by-products is a good example of circular economy, avoiding the disposal costs. However, heterotrophic and mixotrophic cultivation of microalgae is still hampered by bacterial and fungal contamination. The use of extremophilic microalgae may be one way to reduce this issue. One example is the polyestremophilic red microalga Galdieria sulphuraria, which, when grown with organic carbon substrates, has high biomass productivity rates and high substrate conversion yields. In addition, no contamination have been reported in its cultures due to low pH optimum for this species. In this master thesis, the choice of G. sulphuraria is the result of an initial screening performed on different microalgae species, using glucose as organic carbon source. Biomass growth and productivity were investigated when using glucose, lactose, and galactose at different concentrations, before switching to dairy chain waste. The effect of temperature variation and residence time on biomass productivity and yield was also investigated.

La produzione delle microalghe in autotrofia risulta essere costosa a causa dell’elevata energia necessaria per fornire luce e CO2 alla coltura, ottenendo una produttività di biomassa mediamente bassa. Per questo, le modalità di coltivazione con substrati di carbonio organico, ovvero l’eterotrofia e la mixotrofia, rappresentano una possibile strategia per ridurre i costi e massimizzare la produttività. Gli scarti agroindustriali sono una delle possibili risorse utilizzabili come substrato per rendere il processo economicamente vantaggioso, poiché ricchi di materia organica da poter fornire alla coltura per ricavare sia energia che carbonio. L’utilizzo di questi sottoprodotti di scarto rappresenta un buon esempio di economia circolare, evitando le spese di smaltimento. L’eterotrofia e la mixotrofia ancora, però, presentano dei limiti, come il problema della contaminazione da parte di specie concorrenti. L’uso di microalghe estremofile può essere un modo per ridurre questo rischio. Un esempio è la microalga rossa poliestremofila Galdieria sulphuraria che, quando coltivata con substrati di carbonio organico, presenta alti tassi di produttività di biomassa e alte rese di conversione di substrato. Inoltre, nelle sue colture non si osserva tipicamente alcuna contaminazione in quanto il pH ottimo di crescita è fortemente acido. In questo lavoro di tesi, la scelta di G. sulphuraria è frutto di uno screening iniziale effettuato su diverse specie di microalghe, utilizzando come substrato organico il glucosio. La produttività di biomassa è stata studiata utilizzando substrati organici quali glucosio, lattosio, galattosio a diverse concentrazioni, prima di passare allo scarto da filiera lattiero-casearia. Si è indagato, inoltre, l’effetto della variazione di temperatura e del tempo di permanenza sulla produttività e resa di biomassa.