Химический состав и кислотное число отработанных кулинарных масел как факторы биосинтеза полигидроксиалканоатов Cupriavidus necator H16

Отработанные кулинарные масла образуются в значительных объемах на предприятиях общественного питания и пищевой промышленности и традиционно рассматриваются как проблемный отход из-за высокой химической нестабильности, сложности состава и ограниченных возможностей безопасной утилизации. Вместе с тем наличие значительной доли триглицеридов и свободных жирных кислот делает отработанные кулинарные масла перспективным возобновляемым сырьем для биотехнологических процессов в контексте циркулярной экономики и развития технологий получения биоразлагаемых полимеров. Цель работы – охарактеризовать химический состав трех типов отработанных кулинарных масел растительного и смешанного происхождения и оценить их пригодность в качестве субстрата для роста Cupriavidus necator H16 и синтеза полигидроксиалканоатов (ПГА), а также проанализировать динамику кислотного числа как индикатора переработки липидного сырья. Состав отработанных кулинарных масел изучали методом ГХ-МС по метиловым эфирам жирных кислот. Биосинтез ПГА проводили в колбах при концентрации масел 20 г/л с контролем оптической плотности, сухого веса биомассы и содержания полимера; кислотное число измеряли титриметрически на протяжении культивирования. Установлено, что масложировая смесь обладает наиболее сложным составом и повышенным содержанием свободных жирных кислот и продуктов деградации; при ее использовании достигнуты максимальные показатели: А.С.В. 15,9 г/л, концентрация полимера 10,2 г/л, содержание ПГА 64,23 % от А.С.В. Для подсолнечного и пальмового отработанных кулинарных масел получены близкие значения концентраций биомассы и полимера при содержании ПГА 56–61 %. Во всех вариантах наблюдался рост кислотного числа на начальных стадиях с последующим снижением, что свидетельствует о последовательном протекании стадий липолиза и утилизации жирных кислот в метаболизме ПГА. Полученные результаты подтверждают целесообразность использования отработанных кулинарных масел как дешевого возобновляемого субстрата для микробиологического синтеза биоразлагаемых полимеров и показывают информативность контроля кислотного числа для оперативной оценки степени переработки липидного сырья. Waste cooking oils are generated in large quantities in food service establishments and the food industry and are traditionally regarded as problematic waste due to their high chemical instability, complex composition, and limited options for safe disposal. At the same time, the high proportion of triacylglycerols and free fatty acids makes waste cooking oils a promising renewable feedstock for biotechnological processes in the context of the circular economy and the development of technologies for producing biodegradable polymers. The aim of this work is to characterize the chemical composition of three types of waste cooking oils of vegetable and mixed origin and to evaluate their suitability as substrates for the growth of Cupriavidus necator H16 and the synthesis of polyhydroxyalkanoates (PHA), as well as to analyse the dynamics of the acid value as an indicator of lipid feedstock conversion. The composition of the waste cooking oils was studied by gas chromatography–mass spectrometry (GC-MS) of fatty acid methyl esters. PHA biosynthesis was carried out in shake flasks at an oil concentration of 20 g/L with monitoring of optical density, dry cell weight, and polymer content; the acid value was measured titrimetrically throughout cultivation. It was found that the fat blend had the most complex composition and an elevated content of free fatty acids and degradation products; its use resulted in the highest values of dry cell weight (15.9 g/L), polymer concentration (10.2 g/L), and PHA content (64.23 % of dry cell weight). For sunflower and palm waste cooking oils, similar biomass and polymer concentrations were obtained, with PHA contents of 56–61 %. In all cases, an increase in acid value was observed at the initial stages followed by a decrease, which indicates the sequential progression of lipolysis and subsequent utilization of fatty acids in PHA metabolism. The results obtained confirm the feasibility of using waste cooking oils as a low-cost renewable substrate for microbial production of biodegradable polymers and demonstrate the informativeness of acid value monitoring for rapid assessment of the degree of lipid feedstock conversion.