Avanzare nella Produzione di Lattato da Rifiuti Caseari

Il Lattato è una sostanza chimica che ha tanti usi in diverse industrie. È importante nella produzione alimentare, nella medicina, nei cosmetici, nei prodotti per la pulizia e nei latticini. Negli ultimi tempi, il mercato del lattato è cresciuto perché può essere trasformato in polilattato (PLA), utile per realizzare vari prodotti.

Un sottoprodotto dell'industria lattiero-casearia, chiamato siero acido, può essere una risorsa preziosa. Contiene sostanze che possono essere fermentate per creare prodotti migliori, come i biocarburanti. Il lattato è uno dei risultati di questa Fermentazione.

Il lattato può essere prodotto in vari modi. Un metodo comune è tramite fermentazione con Batteri. Questo metodo è spesso migliore rispetto alla produzione di lattato dall'olio perché può generare una forma più pura di lattato ed è generalmente più ecologico. La maggior parte del lattato prodotto nel mondo viene da batteri utilizzati in modo controllato.

#L'importanza delle culture aperte

Le culture aperte, che utilizzano un mix di diversi microrganismi, possono essere più economiche rispetto all'uso di batteri puri. Queste culture possono degradare materiali di scarto complessi senza doverli sterilizzare prima. Questo è un grande vantaggio per la produzione di lattato.

Migliorare la produzione di lattato può anche essere fatto eseguendo il processo di fermentazione in modo continuo. Questo significa che, invece di fermarsi e ripartire, può funzionare sempre, portando a una produzione più rapida. I processi continui possono anche aiutare a evitare problemi causati dall'accumulo di alcune sostanze nella miscela.

Tuttavia, l'uso di culture aperte non è ancora popolare. Gli scienziati affrontano sfide, incluso il controllo dei tipi di batteri nella miscela. Se non controllano bene questo aspetto, possono essere prodotti anche prodotti indesiderati come etanolo e anidride carbonica.

Quando si esegue una fermentazione continua, possono sorgere problemi se non tutto lo zucchero nella miscela viene utilizzato o se troppi batteri vengono lavati via. Per ottenere buoni risultati, è importante trovare modi per mantenere alta la quantità di batteri.

#Produzione di lattato nel settore lattiero-caseario

L'industria lattiero-casearia è una parte importante dell'economia in Europa. La maggior parte del latte prodotto in Europa viene utilizzato per fare formaggio e burro, con una piccola quantità destinata a prodotti acidificati come lo yogurt.

Tuttavia, la produzione di questi prodotti genera molti rifiuti, in particolare il siero acido. Questo scarto contiene alti livelli di materiali organici difficili da trattare. L'industria lattiero-casearia affronta sia sfide finanziarie che tecniche a causa di questo rifiuto.

Il siero acido è una fonte significativa di rifiuti e viene prodotto durante la realizzazione di prodotti come yogurt e alcuni tipi di formaggio. In Europa, l'industria del formaggio crea una enorme quantità di siero acido, stimata intorno ai 40 milioni di tonnellate all'anno.

Poiché il siero acido contiene zuccheri come lattosio e galattosio, può essere fermentato dai batteri per produrre lattato. In questa ricerca, ci siamo concentrati sull'uso del siero acido come substrato per creare lattato.

Abbiamo utilizzato diverse configurazioni di reattori per vedere quale funzionava meglio per produrre lattato dal siero acido raccolto. Abbiamo confrontato tre tipi di reattori, ognuno con modi diversi di mantenere i batteri nel sistema.

#Sistemi di Reattore per la produzione di lattato

Abbiamo raccolto siero acido fresco dalla produzione di yogurt. Questo siero è stato mantenuto freddo fino al suo utilizzo nei nostri esperimenti. Abbiamo utilizzato un sistema per mantenere il siero a bassa temperatura e mescolarlo costantemente.

Abbiamo impostato tre diversi tipi di reattori:

1. Un reattore a letto di fanghi anaerobici in risalita (UASB)
2. Un reattore a filtro anaerobico (AFR)
3. Un reattore a serbatoio agitato in continuo anaerobico (CSTR) dotato di una membrana speciale per mantenere i batteri nel reattore.

Ogni reattore aveva il proprio metodo per mantenere i batteri nel sistema, fondamentale per una produzione efficace di lattato.

Il reattore UASB aveva un'altezza di 0,6 metri e conteneva materiali speciali per aiutare a distribuire uniformemente il substrato. L'AFR aveva una struttura simile, ma includeva materiali filtranti per assistere ulteriormente nel processo.

Il CSTR era progettato per mantenere i batteri nel reattore in modo continuo attraverso un sistema speciale che utilizzava membrane. Ogni reattore è stato attentamente monitorato per mantenere le giuste condizioni per la produzione di lattato.

#Processo e condizioni dell'esperimento

Abbiamo avviato ciascun reattore senza aggiungere batteri esterni. Invece, abbiamo utilizzato i batteri già presenti nel siero acido. I reattori sono stati inizialmente gestiti in modalità batch per consentire ai batteri di crescere e adattarsi all'ambiente.

Dopo aver stabilito le condizioni, abbiamo testato continuamente i reattori a una temperatura di circa 50°C e un pH di circa 5. Abbiamo esaminato diversi tempi di ritenzione idraulica, che indicano quanto a lungo il substrato rimane nel reattore, per trovare le migliori condizioni di produzione del lattato.

Durante gli esperimenti, abbiamo prelevato campioni regolari dai reattori per monitorare quanto bene veniva prodotto il lattato. Abbiamo analizzato questi campioni per identificare i diversi composti presenti, inclusi gli zuccheri e i prodotti formati durante la fermentazione.

#Risultati delle prove di produzione di lattato

Abbiamo scoperto che non tutti gli zuccheri venivano completamente convertiti in lattato nei reattori. Nonostante alcuni miglioramenti in termini di efficienza, tutte e tre le configurazioni dei reattori hanno mostrato tassi di conversione del lattato inferiori al nostro obiettivo.

Il reattore AFR ha mostrato le migliori performance rispetto agli altri. Ha prodotto la quantità più alta di lattato e aveva una migliore efficienza di conversione. Tuttavia, anche nella configurazione con le migliori performance, i tassi di conversione complessivi sono rimasti meno che ideali, con oltre il 60% degli zuccheri non completamente utilizzati.

Attraverso le prove, abbiamo osservato che, riducendo i tempi di ritenzione idraulica, i tassi di produzione di lattato miglioravano generalmente. Le velocità con cui introducevamo siero acido fresco influenzavano anche la quantità di prodotto che riuscivamo a generare.

Testando tempi di ritenzione ancora più brevi, abbiamo scoperto che tassi di conversione del lattato più elevati erano raggiungibili, ma non raggiungevano comunque i livelli sperati.

I risultati hanno indicato che alti livelli di acido lattico non dissociato nei reattori potevano inibire il processo di fermentazione. A pH più bassi, l'efficienza di conversione diminuiva notevolmente.

#Comunità batteriche e il loro ruolo nella produzione

I batteri presenti nel siero acido hanno giocato un ruolo significativo nella produzione di lattato. Inizialmente, i batteri più abbondanti non erano le ceppi ideali per la produzione di lattato.

Con il progredire degli esperimenti, abbiamo notato che le specie di Lactobacillus iniziavano a dominare nei reattori, specialmente con tempi di ritenzione più brevi. Questi batteri sono noti per la loro capacità di prosperare in condizioni acide.

Diversi tipi di batteri sono stati analizzati per comprendere meglio i loro contributi alla produzione di lattato. I batteri dominanti nel siero acido cambiavano nel tempo, con le specie di Lactobacillus che diventavano gli organismi più prominenti, influenzando notevolmente l'efficienza del lattato.

#Conclusioni e raccomandazioni

Attraverso la nostra ricerca, abbiamo stabilito che usare il siero acido come substrato può produrre efficacemente lattato, in particolare tramite metodi di fermentazione continua.

Optare per un reattore a filtro anaerobico o un reattore a serbatoio agitato in continuo con un modulo di ritenzione delle cellule si è rivelato più efficace rispetto al reattore UASB nel mantenere alti tassi di produzione di lattato.

Implementando tempi di ritenzione idraulica brevi, insieme alla diluizione del siero acido, abbiamo aiutato a gestire l'inibizione causata dall'acido lattico, portando a una migliore efficienza complessiva.

Adattare i microrganismi alle condizioni nei reattori può migliorarne l'efficacia e le future strategie potrebbero coinvolgere l'utilizzo di queste adattamenti per una migliore produzione di lattato.

Andando avanti, utilizzare condizioni a pH basso all'inizio della fermentazione potrebbe aiutare a selezionare batteri più efficaci nella produzione di lattato. Comprendere e gestire le popolazioni batteriche sarà fondamentale per ottimizzare la produzione di lattato dal siero acido.

In sintesi, lo studio supporta l'uso di specifici progetti di reattori e la gestione del siero acido per massimizzare la produzione di lattato, contribuendo positivamente alla gestione dei rifiuti e alla produzione di prodotti preziosi.