[en] Sustainable processes centered on residues valorization and circular bioeconomy have driven the scientific community to develop new value chains for producing marketable products. Within this context, sophorolipids (SLs), a class of microbial surfactants produced mainly by Starmerella bombicola, exhibit environmentally friendly properties, making them potential substitutes for conventional chemical surfactants. This research contributes to the "Surfing Waste" project (Biosurfactantes glicolipidos a partir de residuos, una alternativa a los surfactantes quimicos en la bioeconomia circular, Ministerio de Ciencia e Innovación, PID2020-114087RB-I00) and extends ongoing research on the production of SLs from waste through solid-state fermentation (SSF). The primary focus of this thesis was SSF, with an additional evaluation of the process in submerged fermentation (SmF) conducted in collaboration with Dr. James Winterburn at The University of Manchester, thereby contributing this knowledge to the group. The initial phase of this research (Chapter 4) involved the optimization of hydrophilic carbon sources (glucose) and nitrogen sources (urea) using a Box-Behnken experimental design within SSF at the Erlenmeyer scale. A subsequent comparison was made between the optimized ratio and those reported in the literature, using 0.5 L reactors. Following the optimization, pure substrates (glucose, urea) were substituted with industrial and municipal waste. Beyond the described nutrient sources, the process requires a hydrophobic carbon source. Consequently, in the second phase (Chapter 5), the scope of hydrophobic residues in SSF was broadened by replacing sunflower winterization oil cake (employed by the group as the model hydrophobic residue) by different oilseed cakes (a byproduct of the oil industry). These experiments were conducted using 0.5 L reactors, with a scale-up to 22 L reactors, where corn oilseed cake and rapeseed oilseed cake yielded promising results. Additionally, the study highlighted the correlation between the free fatty acid content in the hydrophobic residue and the final composition of the SLs crude extract. The third phase (Chapter 6) was conducted as part of an international research collaboration, where commercial protease from Aspergillus niger was employed to evaluate the use of hydrolysates derived from agro-industrial residues as nitrogen sources in SmF. Several nitrogen concentrations were evaluated and the best outcome was scaled from the shake flask (250 mL) to a 2 L reactor, obtaining promising results with wheat hydrolysate. Throughout this thesis, significant efforts were dedicated to the identification and quantification of SLs using chromatographic techniques (HPLC-UV/HPLC-MS) to enhance the precision of results, which have commonly been based on SLs crude extract. Finally, Chapter 7 presents a global discussion on the application of second-generation feedstock in the sustainable production of SLs, proposing selection criteria for their use. Additionally, a novel approach is introduced, advocating for the integration of SSF and SmF as complementary strategies with the same goal: the absolute utilization of a residue within the framework of circular bioeconomy.

[es] La búsqueda de procesos sostenibles enfocados en la valorización de residuos y la bioeconomía circular por parte de la comunidad científica ha promovido el desarrollo de nuevas cadenas de valor para la generación de productos comercializables. Dentro de este marco, los soforolípidos (SLs), un tipo de tensoactivo microbiano producido principalmente por Starmerella bombicola, presentan características amigables con el ambiente, lo que los convierte en posibles sustitutos de los surfactantes químicos. El presente trabajo está enmarcado dentro del proyecto Surfing Waste cuyo propósito es la producción de biosurfactantes glicolípidos a partir de residuos, una alternativa a los surfactantes químicos en la bioeconomía circular, Ministerio de Ciencia e Innovación, (PID2020-114087RB-I00) y representa la continuación de la línea de investigación para la producción de SLs mediante fermentación en estado sólido (SSF). Esta tesis se enfocó principalmente en la SSF y, mediante colaboración internacional con el Dr. James Winterburn The University of Manchester, también se evaluó el proceso en fermentación sumergida (SmF), aportando con este conocimiento al grupo. El primer bloque (Capítulo 4) de esta investigación se centró en optimizar las fuentes de carbono hidrofílico (glucosa) y la fuente de nitrógeno (urea) mediante un diseño experimental tipo Box-Behnken en SSF a escala Erlenmeyer. Posteriormente, se realizó una comparativa entre el ratio optimizado y el ratio reportado en la literatura en reactores de 0.5 L. Finalmente, a partir de los valores optimizados, se sustituyeron los sustratos puros (glucosa, urea) por residuos industriales y municipales. Además de las fuentes de nutrientes descritas, una fuente de carbono hidrofóbico es esencial en el proceso, por ello en el segundo bloque (Capítulo 5), se amplió el rango de residuos hidrofóbicos utilizados hasta el momento en SSF sustituyendo el residuo de winterización de aceite de girasol (utilizado por el grupo como residuo modelo) por diferentes tortas de prensado de semillas (subproducto de la industria del aceite). Los experimentos se realizaron en reactores de 0.5 L y se escaló el proceso a 22 L, donde las torta de prensado de germen de maíz y colza mostraron resultados prometedores. A su vez, se destacó la relación entre el contenido de ácidos grasos libres en el residuo hidrofóbico y la composición del extracto crudo de SLs. El tercer bloque (Capítulo 6) se realizó como parte de una estancia internacional, donde se utilizó la proteasa comercial de Aspergillus niger para evaluar el uso de hidrolizados de residuos agroindustriales como fuentes de nitrógeno en SmF. Donde se evaluaron distintas concentraciones de nitrógeno y se escaló la mejor combinación de Erlenmeyer (250 mL) a biorreactor de 2 L, obteniendo resultados prometedores con el hidrolizado de trigo. Además de ello, a lo largo de la tesis se trabajó constantemente en la identificación y cuantificación de SLs mediante técnicas cromatográficas (HPLC-UV/HPLC-MS), con el fin de aportar precisión a los resultados reportados hasta el momento, los cuales se basan en el extracto crudo de SLs. Finalmente, en el Capítulo 7 se plantea una discusión global sobre la aplicación de residuos para la producción sostenible de SLs, estableciendo un criterio de selección para su uso ya su vez, se presenta un enfoque novedoso donde se plantea el uso de SSF y SmF como estrategias complementarias con un mismo fin: el aprovechamiento absoluto del residuo y la bioeconomía circular.