Production of Polyhydroxybutyrate (PHB) by Bacillus megaterium DSM 32 from Residual Glycerol of the Bioenergy Industry

Abstract

Abstract. Biodegradable polymers from renewable resources are generating growing interest in the plastic industry because they have properties similar to synthetic polymers. Polyhydroxyalkanoates, mainly polyhydroxybutyrate (PHB), have mechanical and physicochemical properties very similar to their synthetic counterparts. This work explores the use of residual glycerol from the bioenergy industry for the production of PHB by Bacillus megaterium DSM 32. The glycerol works as a source of carbon and energy. Raw glycerol was purified with sulfuric acid in order to neutralize saponified fatty acids. The purification process generated three different phases. One of the phases was the glycerol-rich layer; this layer was filtered and concentrated by vacuum distillation process. The purity of the glycerol was determined by thermogravimetric analysis (TGA). Additionally, the physicochemical properties, like viscosity, pH, ash content and density, were measured. The experiments were conducted in shake flasks at 30°C and 120 rpm. Different glycerol concentrations (20, 30, 40 g/L) were used to evaluate the influence of the initial concentration of glycerol on the biomass accumulation and biopolymer production. The purified glycerol obtained had a high purity (~ 89.5–92.13%); this material does not contain fatty acids, although it contains ~3.7% salts. The final PHB concentration obtained was 0.054 mg/mL.

Resumen. Los polímeros biodegradables procedentes de recursos renovables están generando un interés creciente en la industria del plástico porque tienen propiedades similares a los polímeros sintéticos. Los polihidroxialcanoatos, principalmente el polihidroxibutirato (PHB), tienen propiedades mecánicas y fisicoquímicas muy similares a sus homólogos sintéticos. Este trabajo explora el uso de glicerol residual de la industria bioenergética para la producción de PHB por Bacillus megaterium DSM 32. El glicerol funciona como fuente de carbono y energía. El glicerol crudo se purificó con ácido sulfúrico para neutralizar los ácidos grasos saponificados. El proceso de purificación generó tres fases diferentes. Una de las fases fue la capa rica en glicerol; esta capa se filtró y se concentró mediante un proceso de destilación al vacío. La pureza del glicerol se determinó mediante análisis termogravimétrico (TGA). Además, se midieron las propiedades fisicoquímicas, como viscosidad, pH, contenido de cenizas y densidad. Los experimentos se realizaron en matraces agitados a 30°C y 120 rpm. Se utilizaron diferentes concentraciones de glicerol (20, 30, 40 g/L) para evaluar la influencia de la concentración inicial de glicerol en la acumulación de biomasa y la producción de biopolímero. El glicerol purificado obtenido tenía una pureza elevada (~89,5–92,13%); este material no contiene ácidos grasos, aunque contiene ~3,7% de sales. La concentración final de PHB obtenida fue de 0,054 mg/ml.