Efecto de la tipificación del bagazo de caña sobre el perfil de producción de enzimas lignocelulolíticas de Pleurotus ostreatus - Membrillo Venegas, Isabel de la Luz (Universidad Autónoma Metropolitana, 2008)
El bagazo de caña de azúcar es un residuo susceptible de emplearse en la producción de enzimas lignocelulósicas y, en consecuencia, puede ser una materia prima útil para su uso como complemento de la alimentación de rumiantes. En este trabajo se presenta el estudio de la producción de este tipo de enzimas por Pleurotus ostreatus en fermentación en medio sólido, como respuesta al efecto de fuentes de nitrógeno y la tipificación (en función a la distribución de los tamaños de partícula y aspecto de las fibras) del sustrato. En la primera parte del estudio se crecieron dos cepas de Pleurotus ostreatus (IE-8 y CP50) sobre un medio definido adicionado con extracto de paja de trigo. El micelio de estos cultivos se utilizó como inóculo para fermentación en medio sólido empleando bagazo de caña de azúcar (C: N = 142). Se emplearon por separado una mezcla de tamaños de partícula heterogéneos (diámetro promedio de 2.9 mm) o lotes con dos diferentes tamaños de partícula (0.92 y 1.68 mm). Se compararon el enriquecimiento proteico y la producción de enzimas lignocelulolíticas para cada tamaño de partícula. También se analizó el efecto de la adición de sulfato de amonio (SA) para modificar la relación C: N en el bagazo (C: N = 20), este compuesto favoreció para alcanzar niveles superiores de proteína. La cepa CP-50 mostró el mayor incremento en el contenido proteico (48% en partículas de 1.68 mm) cuando se comparó con el medio sin nitrógeno adicional. No obstante, la cepa IE-8 produjo los niveles más altos de todas las enzimas: xilanasas (5.79 UI/gss sobre partículas heterogéneas) y celulasas (0.18 UI/gss en las partículas más pequeñas), ambos sin la adición de sulfato de amonio. La actividad lacasa más alta (0.04 UI/ gss) se obtuvo en las partículas de 1.68 mm en presencia de SA. Como el efecto del tamaño de partícula y la adición de SA fue diferente para cada cepa, se decidió emplear la cepa IE-8 para los estudios cinéticos relativos a la producción de enzimas. En el estudio cinético de la degradación del bagazo de caña sin adición de SA por la cepa IE-8 de Pleurotus ostreatus se realizaron balances de materia por componente después de 15 días de cultivo, se midió el crecimiento del hongo y la producción de enzimas. La degradación del material vegetal en los tres tamaños de partícula fue prácticamente la misma, alcanzó alrededor de 81%. No obstante, las cantidades consumidas de lignina, hemicelulosa y lignina variaron con el tipo de partícula empleada. En las partículas de 1.68 mm (L/D= 9) prácticamente se consumió la mitad de la hemicelulosa; en las partículas de 0.92 mm (L/D = 12), la lignina se degradó en 67.4 % y la celulosa en 85.9 %. En los tres tamaños de partícula se alcanzó una cantidad de biomasa de alrededor de 8 mg/ gss, con velocidades específicas de crecimiento de 0.05, 0.049 y 0.043 h-1 para partículas de 0.92, 1.85 y 2.9 mm, respectivamente. Respecto a la actividad enzimática, el bagazo heterogéneo es un mejor inductor para la producción de xilanasas, con títulos alrededor de 11 UI/gss a partir del tercer día de fermentación. De igual manera, el bagazo heterogéneo constituye un mejor sustrato para la producción de lacasas, se alcanza un máximo de actividad de 24.5 mU/gss a los dos días. La producción de endocelulasas es más constante en el bagazo heterogéneo y se mantiene en un nivel inferior a 85 mU/gss todo el tiempo. Respecto a las exocelulasas, la mayor producción de estas enzimas se presenta en partículas pequeñas (0.92 mm) durante los tres primeros días 130 mU/gss. Prácticamente todos los hongos filamentosos producen de manera simultánea xilanasas y celulasas, la cepa IE-8 presenta una elevada selectividad para producir actividad xilanolítica en partículas medianas (X/C alrededor de 4560). Con el fin de estudiar la disponibilidad de los diferentes materiales que constituyen el bagazo de caña, se realizaron tinciones diferenciales con azul de toluidina al sustrato para analizarlas por microscopía óptica, también se emplearon determinaciones por microscopía de fuerza atómica. Se establecieron correlaciones entre la tasa de degradación y la superficie disponible inicial (yo) para cada material. Se realizaron estudios de estabilidad para los extractos enzimáticos, los tiempos de vida media calculados para lacasas están alrededor de dos horas a pH de 6 para las partículas alargadas (0.92 y 2.9 mm). Por otro lado, un estudio zimográfico de actividad lacasa permitió encontrar dos bandas de actividad, una de alrededor de 60 kDa y otra de aproximadamente 38 kDa. Respecto a las celulasas, a pH 6 los tiempos de vida media calculados para los extractos producidos sobre bagazo de caña de 1.68 y 2.9 mm son cercanos a 5 horas; y de 1.92 horas el extracto correspondiente a partículas de 0.92 mm. Las xilanasas que produce la cepa IE-8 presentan un tiempo de vida media entre 1.14 h (0.92 mm) y 5 horas (1.68 mm) a pH de 6; a pH de 7, la actividad xilanolítica de la cepa IE-8 de Pleurotus ostreatus es menos estable (casi 8 horas en el extracto enzimático obtenido de partículas pequeñas y 3.85 horas en el extracto de partículas heterogéneas).