Neste estudo as propriedades químicas de nanomateriais, incluindo sua maior área superficial e atividade reacional, foram utilizadas na suplementação de metais em reatores em batelada e contínuos (Reatores Anaeróbios de Leito Fluidificado – RALF operados em TDH de 3 h), e desta forma, a comparação entre reatores com nanopartículas (NPs) de ferro e níquel e reatores controle sem a adição das NPs foi realizada para avaliar sua influência em três configurações de processo fermentativo: (1) Nos reatores batelada alimentados com meio RCM e inoculados com a cultura pura C. butyricum foi aplicado planejamento experimental estatístico (Plackett-Burman e Delineamento Composto Central Rotacional). Sob tais condições, a adição de NPs de ferro (30 mg Fe⁰ L ^-1) e níquel (20 mg Ni⁰ L ^-1) foi favorável para otimização da produção de H₂. Todavia, a adição de NPs de níquel acima de 50 mg L^-1 foi desfavorável para a produção de H₂. Além disso, a rota de produção de ácido valérico (ácido de alto valor agregado no mercado) foi favorecida em detrimento a de ácido acético e butírico quando NPs foram adicionadas ao meio. No reator em batelada com NPs foi observada maior quantidade e menor expressão da enzima hidrogenase quando comparado ao reator controle; (2) Nos reatores contínuos alimentados com glicose e inoculados por autofermentação e bioaumentação com C. butyricum, a imobilização de metais no material suporte (argila expandida) e consequente maior disponibilidade de ferro e níquel no meio reacional favoreceu a maior produção de Ácidos Orgânicos Voláteis (AOVs), quando comparado ao reator controle. Além disso, a adição de NPs influenciou nas rotas metabólicas, com maior concentração de ácidos acético e butírico no RALF - NP e ácido lático no RALF - Controle. Maior abundância relativa (48,8%) de bactérias semelhantes a Lactobacillus foi observada no biofilme do RALF-NP. (3) Nos reatores contínuos alimentados com vinhaça e inoculados com lodo anaeróbio bioaumentado com C. butyricum, a composição de H₂ no biogás foi significativamente maior no RALF - NP quando comparado ao RALF - Controle. A diminuição da concentração de ácido lático no processo fermentativo da vinhaça foi observada em ambos os reatores e em todas as etapas operacionais. Durante a etapa II (4 g_carb L ^-1), as NPs metálicas favoreceram genes relacionados às primeiras etapas da digestão da vinhaça, com maiores percentuais das enzimas beta-glucosidase, glucoquinase e piruvato-ferredoxina oxidoredutase que se relacionam com maior abundância relativa de Bacteroides e Prevotella. No entanto, quando alimentado com vinhaça (7 g_carb L ^-1) (etapa III), L- e D-lactato desidrogenase, 3-hidroxibutiril-CoA desidrogenase, acetato quinase, piruvato quinase e flavoproteína fumarato redutase foram as enzimas favorecidas na presença de NPs. Estas enzimas estão relacionadas às etapas finais da remoção de compostos orgânicos da vinhaça. Além disso, sob tais condições foi observada maior abundância relativa de Lactobacillus (11,4%) e Secundilactobacillus (7,5%).

In this study, chemical properties of nanomaterials, including their large surface area and reaction activity, were used for metals supplementation in batch and continuous reactors (Anaerobic Fluidized Bed Reactors - AFBR operated in 3 h HRT). The comparison between reactors with iron and nickel nanoparticles (NPs) and control reactors without the addition of NPs was performed to evaluate their influence on three configuration of the fermentation process: (1) In batch reactors fed with RCM medium and inoculated with pure culture C .butyricum statistical design of experiments was applied (Plackett-Burman and Rotational Central Composite Design). Under such conditions, the addition of NPs of iron (30 mg Fe⁰ L^-1) and nickel (20 mg Ni⁰ L^-1) optimized the production of H₂. However, the addition of nickel NPs above 50 mg L^-1 reduced the production of H₂. Furthermore, the production route of valeric acid (a high value-added acid in the market) was favored over acetic and butyric acid when NPs were added to the medium. In the batch reactor with NPs, a greater amount and lower expression of the hydrogenase enzyme was observed when compared to the control reactor; (2) In continuous reactors fed with glucose and inoculated with natural fermentation and C. butyricum bioaugmentation, the immobilization of metals in the support material (expanded clay) and its consequent greater availability favored the higher production of Volatile Fatty Acids (VFAs), when compared to the control reactor. Furthermore, the addition of NPs influenced the metabolic pathways, with a higher concentration of acetic and butyric acids in AFBR - NP and lactic acid in AFBR - Control. Higher relative abundance (48.8%) of Lactobacillus was observed in AFBRNP biofilm. (3) In continuous reactors fed with vinasse and inoculated with anaerobic sludge bioaugmented with C. butyricum, the composition of H₂ in biogas was significantly higher in AFBR - NP when compared to AFBR - Control. The decrease in lactic acid concentration during vinasse fermentation process was observed in both reactors and in all operational stages. During stage II (4 g_carb L^-1), metallic NPs favored genes related to the first stages of vinasse digestion, with higher percentages of betaglucosidase, glucokinase and pyruvate-ferredoxin oxidoreductase enzymes that were related to greater relative abundance of Bacteroides and Prevotella. However, when fed with vinasse (7 g_carb L^-1, stage III), L- and D-lactate dehydrogenase, 3-hydroxybutyrylCoA dehydrogenase, acetate kinase, pyruvate kinase and flavoprotein fumarate reductase were the favored enzymes in the presence of NPs. These enzymes are related to the final stages of removal of organic compounds from vinasse and greater relative abundance of Lactobacillus (11.4%) and Secundilactobacillus (7.5%).