In a global context marked by increasing challenges such as the climate crisis, food security, and the scarcity of natural resources, microalgae have emerged as a strategic resource for transitioning toward more sustainable production systems. This study investigates the biotechnological potential of Galdieria sulphuraria, an extremophilic alga renowned for its metabolic versatility and adaptability to extreme conditions. Using continuous cultivation systems, various trophic modes (photoautotrophy, heterotrophy, and mixotrophy) were analyzed to optimize biomass productivity and product quality. In the heterotrophic regime, the influence of operational variables such as input pH, availability, and the source of organic carbon was thoroughly examined. The study identified optimal operating conditions, evaluated based on performance indicators such as biomass concentration and productivity, as well as substrate consumption efficiencies. The use of by-products from the dairy industry, such as milk permeate, demonstrated the species' high metabolic flexibility and paved the way for the potential implementation of microalgal processes for the valorization of industrial waste. Finally, regarding mixotrophy, a preliminary study conducted at different retention times, in parallel with autotrophy and heterotrophy, revealed that high carbon availability inhibits pigment production. To address this, the combined effect of organic carbon and incident light was investigated to stimulate the synergistic action of photosynthesis and cellular respiration, with a focus on identifying significant variations in biomass productivity and pigment production.

In un contesto globale caratterizzato da sfide crescenti come la crisi climatica, la sicurezza alimentare e la scarsità di risorse naturali, le microalghe emergono come una risorsa strategica per la transizione verso sistemi produttivi più sostenibili. Questo studio esplora il potenziale biotecnologico di Galdieria sulphuraria, un'alga estremofila nota per la sua versatilità metabolica e adattabilità a condizioni estreme. Attraverso coltivazioni in sistemi in continuo, sono state analizzate diverse modalità trofiche (fotoautotrofia, eterotrofia e mixotrofia) per ottimizzare la produttività della biomassa e la qualità dei prodotti. Rispetto al regime eterotrofico, l’influenza di variabili operative come il pH in ingresso, la disponibilità e la fonte di carbonio organico sono state investigate. Tale studio ha individuato l’esistenza di livelli ottimali di lavoro, valutati sulla base di indici di prestazione quali la concentrazione e produttività di biomassa, nonché dalle rese di consumo di substrato. L’impiego di sottoprodotti dell’industria casearia, come il permeato del latte, ha permesso di confermare l’elevata flessibilità metabolica della specie, nonché di aprire la strada verso la possibile implementazione di processi microalgali per la valorizzazione di scarti industriali. Relativamente alla mixotrofia infine, uno studio preliminare condotto a diversi tempi di permanenza parallelamente con autotrofia ed eterotrofia, ha evidenziato come elevate disponibilità di carbonio inibiscano la produzione di pigmenti: a tal scopo, è stato investigato l’effetto combinato di carbonio organico e luce incidente per stimolare l’effetto sinergico di fotosintesi e respirazione cellulare, ricercando variazioni significative in produttività di biomassa e produzione di pigmenti.

Utilizzo di scarti dell'industria lattiero-casearia per la coltivazione di Galdieria sulphuraria: ottimizzazione della resa in reattori continui

OSTARDO, NICOLÒ
2023/2024

Abstract

In a global context marked by increasing challenges such as the climate crisis, food security, and the scarcity of natural resources, microalgae have emerged as a strategic resource for transitioning toward more sustainable production systems. This study investigates the biotechnological potential of Galdieria sulphuraria, an extremophilic alga renowned for its metabolic versatility and adaptability to extreme conditions. Using continuous cultivation systems, various trophic modes (photoautotrophy, heterotrophy, and mixotrophy) were analyzed to optimize biomass productivity and product quality. In the heterotrophic regime, the influence of operational variables such as input pH, availability, and the source of organic carbon was thoroughly examined. The study identified optimal operating conditions, evaluated based on performance indicators such as biomass concentration and productivity, as well as substrate consumption efficiencies. The use of by-products from the dairy industry, such as milk permeate, demonstrated the species' high metabolic flexibility and paved the way for the potential implementation of microalgal processes for the valorization of industrial waste. Finally, regarding mixotrophy, a preliminary study conducted at different retention times, in parallel with autotrophy and heterotrophy, revealed that high carbon availability inhibits pigment production. To address this, the combined effect of organic carbon and incident light was investigated to stimulate the synergistic action of photosynthesis and cellular respiration, with a focus on identifying significant variations in biomass productivity and pigment production.
2023
Use of Dairy Industry Waste for the Cultivation of Galdieria sulphuraria: Optimization of Yield in Continuous Reactors.
In un contesto globale caratterizzato da sfide crescenti come la crisi climatica, la sicurezza alimentare e la scarsità di risorse naturali, le microalghe emergono come una risorsa strategica per la transizione verso sistemi produttivi più sostenibili. Questo studio esplora il potenziale biotecnologico di Galdieria sulphuraria, un'alga estremofila nota per la sua versatilità metabolica e adattabilità a condizioni estreme. Attraverso coltivazioni in sistemi in continuo, sono state analizzate diverse modalità trofiche (fotoautotrofia, eterotrofia e mixotrofia) per ottimizzare la produttività della biomassa e la qualità dei prodotti. Rispetto al regime eterotrofico, l’influenza di variabili operative come il pH in ingresso, la disponibilità e la fonte di carbonio organico sono state investigate. Tale studio ha individuato l’esistenza di livelli ottimali di lavoro, valutati sulla base di indici di prestazione quali la concentrazione e produttività di biomassa, nonché dalle rese di consumo di substrato. L’impiego di sottoprodotti dell’industria casearia, come il permeato del latte, ha permesso di confermare l’elevata flessibilità metabolica della specie, nonché di aprire la strada verso la possibile implementazione di processi microalgali per la valorizzazione di scarti industriali. Relativamente alla mixotrofia infine, uno studio preliminare condotto a diversi tempi di permanenza parallelamente con autotrofia ed eterotrofia, ha evidenziato come elevate disponibilità di carbonio inibiscano la produzione di pigmenti: a tal scopo, è stato investigato l’effetto combinato di carbonio organico e luce incidente per stimolare l’effetto sinergico di fotosintesi e respirazione cellulare, ricercando variazioni significative in produttività di biomassa e produzione di pigmenti.
Microalga
Estremofila
Sistemi continui
Residui caseari
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/20.500.12608/79734