Estudios comparativo de la producción de Polihidroxibutirato por fermentación en medio sólido y fermentación en medio Líquido a partir de subproductos agroindustriales Público Deposited

Actualmente, alrededor del 5 % del petróleo mundialmente disponible es utilizado para la fabricación de 200 millones de ton de plástico; se estima que para el año 2100, aumente la demanda a 2000 millones de ton (García y col., 2013). El uso indiscriminado de plásticos en el mundo ha generado importantes problemas de contaminación por lo que se requieren nuevos e innovadores procesos de degradación y reciclaje de este material, así como la implementación tecnologías sustentables de producción de bioplásticos. El polihidroxibutirato (PHB) es un polímero de origen microbiano con características similares al plástico. Por sus propiedades termoplásticas y de degradación, el PHB representa una alternativa para remplazar a los plásticos derivados del petróleo. Sin embargo, una de las limitantes en la producción de PHB a gran escala es la utilización de sustratos químicamente definidos como lo son la glucosa, fructosa, sacarosa y ácido propiónico, que elevan el costo de producción ya que representan el 50 % del costo total (Sindhu y col., 2011); por lo que se requiere de la búsqueda de sustratos de menor costo para que el proceso resulte costeable. En 2018, México se situó como el octavo exportador a nivel mundial de plátano, alcanzando una producción de 2 .5 millones de ton (SIAP-SAGARPA, 2019). El volumen de plátano producido es consumido de manera fresca o utilizado para la elaboración de productos (esencias, jarabes, papillas, cereales, cemas; entre otros). Como resultado de la industrialización del plátano, se generan 2 millones de ton de subproductos de plátano (SP) anuales. El contenido de carbohidratos y otros nutrientes hacen de este material un sustrato idóneo para la producción de PHB.

Hoy en día, la Fermentación en Medio Sólido (FMS) es utilizada como una alternativa para la producción de metabolitos a partir de subproductos agroindustriales, esto es debido a los altos rendimientos obtenidos; así como por disminución de gasto en agua de proceso, además de ser una tecnología que demanda bajo costo de inversión En contraste con la Fermentación en Medio Líquido (FML), tecnología que si bien ya se cuenta con fermentadores altamente instrumentados, su uso representa un alto costo en insumos; altos volúmenes de agua residual, sin contar lo costoso que resultan los fermentadores líquidos a nivel industrial. En esta investigación se compara la producción de PHB por FMS y FML a partir de SP como única fuente de carbono y medio de cultivo no optimizado; se utilizó la cepa Yarrowia lipolytica 2.2ab (Yl2.2ab), previamente aislada de subproductos de frutas. Los SP presentaron 6.18 % azúcares totales y 2.43 % fibra cruda, una relación C/N de 30.77 ± 1.33. Se evaluó el índice de absorción de agua (IAA), actividad de agua (Aw) y humedad (%) a diferentes tamaños de partícula con el objetivo de seleccionar el tamaño de partícula (0.84 mm), IAA (9.00 ± 1.00 g agua/ g SS) Aw (0.30 ± 0.00) y humedad 4.5 ± 0.00 %. El medio de cultivo para la producción de PHB se formuló con los SP y una solución de oligoelementos (g/l) en solución tampón de K2HPO4/KH2PO4 (3.0 K2HPO4, 2.0 KH2PO4, 3.0 NH4Cl, 0.1, NaCl, 0.1 MnSO4 • 5 H2O, 0.02 FeSO4 • 7 H2O, 0.02 CaCl2, 0.2 MgSO4 • 7 H2O, 0.02 Na2MoO4 • 2 H2O y 0.0635 CuSO4). Las FMS y FML se iniciaron con un inóculo de 1x107 cel por gramo de sustrato seco (SS), pH 7 y se incubó a 45 °C. La FML se realizó en matraces Erlenmeyer de 250 ml con 100 ml de medio (20 g/l SP) y se incubó a 180 rpm. Para la FMS, una vez impregnado el sustrato con el medio e inoculado, se empacaron reactores de charola (5 x 3 x 4.5 cm) con 7.5 g de sustrato previamente acondicionado (70 % humedad). Ambas fermentaciones se corrieron durante 72 hrs, sacrificando por triplicado matraces (FML) y charolas (FMS) cada 8 hrs. En ambos cultivos se comprobó la acumulación de PHB por microscopía de epifluorescencia, y se trazaron las cinéticas de producción de PHB por Yl2.2ab. Se cuantificó el PHB producido en FMS (5.65 ± 3.75 mg PHB/ g SS) y FML (0.08 ± 0.15 mg PHB/ g SS) Se observó que Yl2.2ab produce mayor acumulación de PHB a partir de SP como única fuente de carbono. Los resultados obtenidos son un antecedente a la valorización de SP en la producción de PHB por FMS.

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