Estudio comparativo de la producción de soforolípidos en cultivo en medio líquido y sólido por Starmerella bombicola - Marín Sánchez, Ricardo (Universidad Autónoma Metropolitana, 2021)
Los soforolípidos son moléculas tensoactivas producidas por Starmerella bombicola y otros microorganismos emparentados. La notable actividad surfactante de estas sustancias naturales es de gran interés debido a su uso potencial en diversas aplicaciones de la vida diaria en donde actualmente los surfactantes sintéticos y semisintéticos son los protagonistas, ofreciendo una alternativa más amigable con el ambiente, además de provenir de fuentes renovables. En este trabajo se explora la producción de soforolípidos en cultivo en medio sólido (CMS); un proceso diferente al habitual cultivo en medio líquido (CML), ampliamente extendido en la industria y en la academia. Ambos difieren en la cantidad de agua presente en el sistema, lo cual tiene notables repercusiones en el proceso y posiblemente en el microorganismo, ya que las condiciones del CMS se asemejan más a las que éste enfrenta en su hábitat natural. En la primera etapa de este trabajo se estudió la producción de los soforolípidos por Starmerella bombicola en CMS utilizando columnas de vidrio como biorreactores. El soporte elegido para este fin fue el aserrín de madera de pino, un residuo de la industria maderera de bajo costo, gran retención de humedad y resistencia mecánica. En esta misma etapa, se obtuvieron los datos necesarios para caracterizar la cinética de producción del biosurfactante, así como el consumo de los sustratos. La producción de soforolípidos promedio fue de 0.198 g gms-1 , con un rendimiento respecto a las fuentes de carbono de 0.465 gp gs -1 . El crecimiento microbiano se siguió mediante el monitoreo de la producción de CO2 con un metabolímetro acoplado al sistema y los datos fueron ajustados a un modelo de crecimiento logístico. Con fines de comparación en términos cinéticos, de rendimiento, productividad y composición del producto, se llevaron a cabo experimentos de CML en matraces Erlenmeyer, obteniéndose un rendimiento de 0.239 gp gs -1 . De igual manera se realizaron los ajustes con el mismo modelo matemático. En una segunda etapa se caracterizaron los productos de ambas fermentaciones, midiendo su efecto en la reducción de la tensión superficial del agua con ayuda de un tensiómetro con el método del anillo de Du Noüy. También se compararon mediante cromatografía líquida en fase reversa RP-HPLC, observándose ligeras diferencias en cuanto a su composición, pero con al menos un producto mayoritario en común. Mediante cromatografía preparativa en columna fue posible purificar esta sustancia, la cual fue caracterizada mediante espectroscopía de infrarrojo (FTIR/ATR), espectrometría de masas (ESI-ToF) y espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN), de esta forma fue posible elucidar su estructura molecular y determinar que se trata de un soforolípido lactónico diacetilado.; Sophorolipids are tensoactive molecules produced by Starmerella bombicola and other related microorganisms. The remarkable surface activity shown by those natural substances has great interest due their potential use on a wide variety of daily life applications where currently the synthetic and semi synthetic surfactants are protagonists, offering an ecofriendly alternative that comes from renovable sources. In this work the sophorolipids production through Solid State Fermentation (SSF) is explored, as an alternative to conventional Submerged Fermentation (SF) widely used in industry and academy. Both differ in the water content of the system, which has important repercussions in the process and possibly on the microorganism because conditions of SSF mimics its natural environment. The first part of this work was focused on production of sophorolipids by Starmerella bombicola in glass columns as bioreactors. Pine sawdust was used as support for the culture. This by-product of the wood industry is a low cost option that has good water retention and mechanical resistance. In this stage of the study the required data for kinetic characterization for biosurfactant production and substrate consumption was obtained. The average sophorolipids production was 0.198 g gms1 , with a yield of 0.465 gp gs -1 considering the carbon sources. The microbial growth was followed by CO2 production and this data was used to fit a mathematical model. Furthermore, submerged fermentation experiments were made using Erlenmeyer flasks as bioreactors. Data from those systems (kinetics, product yield and composition) were used for a comparison with SSF. For submerged fermentation the yield, considering only carbon sources, was 0.239 gp gs -1 . The second part of this work was focused on chemical and physicochemical characterization of products from both fermentation systems. The surface tension of aquous solutions of crude sophorolipids was measured by Du Noüy ring method. Also, chromatograpic analysis was made by RP-HPLC/ELSD/PDA noticing differences between SSF and SF product composition. Preparative chromatography was used for purifiying the main substance present in crude sophorolipids. This substance was analyzed by infrared spectroscopy (FTIR), mass spectrometry (ESIToF) and nuclear magnetic resonance (NMR -1H, 13C, COSY, HSQC and HMBC-). Using this information the substance was identified as a lactonic diacetilated sophorolipid and its structure was elucidated.