Solid-state fermentation:: a review of its opportunities and challenges in the framework of circular bioeconomy

• Antoni Sánchez ^[1] ; Nicolás Oiza ^[1] ; Adriana Artola ^[1] ; Xavier Font ^[1] ; Raquel Barrena ^[1] ; Javier Moral-Vico ^[1] ; Teresa Gea ^[1]
  1. [1] Department of Chemical, Biological and Environmental Engineering, Universitat Autònoma de Barcelona, Bellaterra (Barcelona, Spain)
• Localización: Afinidad: Revista de química teórica y aplicada, ISSN 0001-9704, Vol. 81, Nº. 601, 2024, págs. 51-57
• Idioma: varios idiomas
• Títulos paralelos:
  • Fermentació en estat sòlid:: revisió de les oportunitats i reptes de la tecnologia en el marc de la bioeconomia circular
  • Fermentación en estado sólido:: revisión de las oportunidades y retos de la tecnología en el marco de la bioeconomía circular
• Enlaces
  • Texto completo
• Resumen
  • español

    La fermentación en estado sólido (FES) está en camino de convertirse en una alternativa atractiva para la valo-rización de una amplia gama de residuos orgánicos. En términos biológicos, la FES se puede definir como un proceso biotecnológico en el que los microorganismos crecen sobre materiales sólidos sin la presencia de agua libre. Cuando estos materiales sólidos son residuos orgá-nicos y el objetivo es producir uno o varios bioproductos de valor añadido, la FES es una clara oportunidad para la bioeconomía circular, con un nuevo paradigma “de residuo a recurso”. El desarrollo de la FES comenzó hace un par de décadas, con biomoléculas que solo podían producirse a través de sistemas biológicos, como en-zimas o antibióticos. Sin embargo, en los últimos años ha surgido una nueva generación de bioproductos, que tienen un “gemelo” producido por vías químicas, con la ventaja de tener menores impactos ambientales (por ejemplo, no necesitan agua y requieren menos energía) y utilizar residuos como materia prima. Algunos de estos compuestos son de gran relevancia en el campo de la ingeniería química: biosurfactantes, biopesticidas, aromas, bioplásticos, pigmentos y biofloculantes, entre otros. Esta revisión explora los nuevos avances en FES, desde los residuos orgánicos utilizados como sustrato hasta los principales desafíos a los que se enfrenta la FES: limitaciones de transferencia de materia y energía, necesidad de purificación de los bioproductos y escalado de los procesos.

  • català

    La fermentació en estat sòlid (FES) s’està convertint en una alternativa atractiva per a la valorització d’una àmplia gamma de residus orgànics. En termes biològics, la FES es pot definir com un procés biotecnològic en què els microorganismes creixen sobre materials sòlids sense presència d’aigua lliure. Quan aquests materials sòlids són residus orgànics i l’objectiu és produir un o diversos bioproductes de valor afegit, la FES és una oportunitat clara per a la bioeconomia circular, amb un nou paradigma "de residu a recurs". El desenvolupament de la FES va començar fa un parell de dècades, amb biomolècules que només es podien produir a través de sistemes biològics, com ara enzims o antibiòtics. Tot i això, en els últims anys ha sorgit una nova generació de bioproductes, que tenen un "bessó" produït per vies químiques, amb l’avantatge de tenir menors impactes ambientals (per exemple, no necessiten aigua i reque-reixen menys energia) i utilitzar residus com matèria primera. Alguns d’aquests compostos són de gran rellevància al camp de l’enginyeria química: biosur-factants, biopesticides, aromes, bioplàstics, pigments i biofloculants, entre d’altres. Aquesta revisió explora els nous avenços a FES, des dels residus orgànics utilitzats com a substrat fins als principals desafiaments a què s’enfronta la FES: limitacions de transferència de matèria i energia, necessitat de purificació dels bioproductes i escalat dels processos.

  • English

    Solid-state fermentation (SSF) is on the way to become an attractive alternative for the valorisation of a wide range of organic waste. In biological terms, SSF can be defined as the cultivation process in which microorganisms grow on solid materials without the presence of free water. When these solid materials are organic waste and the objective is to produce one or several bioproducts of added value, SSF is a clear opportunity for circular bioeconomy, with a new paradigm “from waste to resource”. The development of SSF started a couple of decades ago, with biomolecules that only could be produced through biological systems, such as enzymes or antibiotics. However, a new generation of SSF bioproducts, which have a “twin” produced by chemical pathways, has emerged in the last years, with the advantages of having lower environmental impacts (for instance, no need of water and less energy requirements) and using waste as substrate. Some of these compounds are highly relevant in the field of chemical engineering: biosurfactants, biopesticides, aromas, bioplastics, pigments and bioflocculants, among others. This review explores the new advances in SSF: from the organic waste used as substrate to the main challenges SSF is facing, that is, mass and heat transfer limitations, bioproducts downstream and scale-up.