Bioproceso de síntesis de ésteres por lipasas producidas por Rhizopus sp. por fermentación en medio sólido Público Deposited

El presente trabajo tuvo como objetivo determinar las mejores condiciones de operación para la transesterificación de acetato de isoamilo y la síntesis de oleato de etilo por lipasas producidas por Rhizopus homothallicus (13a) y Rhizopus microsporus (43aIV) respectivamente, en fermentación en medio sólido (FMS) en un reactor de tanque agitado. Se determinó el efecto de la concentración de sustratos, la velocidad de agitación, el flujo de alimentación de sustratos, entre otros, sobre la eficiencia y tasa de bioconversión de oleato de etilo. En la primera etapa de este trabajo se establecieron las condiciones de producción de lipasas por Rhizopus homothallicus (13a) y Rhizopus microsporus (43aIV) en FMS con agrolita como soporte inerte. A las 16 h de cultivo, se obtuvo la mayor producción de lipasas (con una actividad de hidrólisis de 75 U/gms) para las dos cepas utilizadas. Para la obtención de los biocatalizadores empleados en las reacciones de síntesis, se deshidrató la materia fermentada con aire seco hasta alcanzar una humedad menor al 1%. Los biocatalizadores obtenidos por FMS se utilizaron para llevar a cabo reacciones de transesterificación de acetato de isoamilo y síntesis de oleato de etilo. En el primer caso, la reacción se llevó a cabo con 50 mM acetato de etilo y 50 mM de alcohol isoamílico disueltos en hexano en viales de 1.5 mL sin agitación a 45 ºC; obteniéndose una conversión del 25% después de 48 h de reacción. Para esta reacción se evaluaron siete biocatalizadores producidos por las cepas de hongos termotolerantes: 13bIV, 19, 56cIV, 23aIV, 13a, 43aIV y 9a. El biocatalizador producido por Rh. microsporus (43aVI) logró la mejor conversión (80%) de sustratos en 48 h de reacción, siendo seleccionado para los estudios de esterificación de ácido oleico y etanol. Para la síntesis de oleato de etilo se realizaron estudios preliminares; primero en viales de 1.5 mL sin agitación y posteriormente, en un mini reactor de 10 mL con agitación magnética. En el mini reactor se logró prácticamente el 100% de conversión en 90 min con 1.5 g del biocatalizador a 45 °C, con una relación molar de sustratos 1:5 (50 mM de ácido oleico y 250 mM de etanol). Posteriormente, se estudió el efecto de la relación molar de sustratos, de la concentración de sustratos, de la cantidad del biocatalizador y de la temperatura de reacción. Conversiones cercanas al 100%, se alcanzaron en 60 min empleando ácido oleico 50 mM y etanol 250 mM, disueltos en hexano con 0.5 g de biocatalizador a 45 °C. Se realizaron dos experimentos, uno manteniendo la concentración de ácido oleico constante (50 mM) y otro manteniendo la concentración de etanol constante (250 mM). Con los resultados de estos experimentos y considerando el mecanismo de reacción enzimática Ping Pong Bi Bi se realizó una regresión no lineal para calcular los parámetros cinéticos, siendo éstos: Vmax=2.247 mmol/Lmin, Km(COOH)=19.529 mM, Km(OH)=101.997 mM y Ki(OH)=237.968 mM, con una R2=0.94. Se evaluó la reutilización del biocatalizador mediante lotes sucesivos, manteniendo constante durante todos los lotes la relación molar de sustratos 1:5. El biocatalizador mantuvo alrededor del 50% de conversión después de ocho ciclos de reacción de 60 min cada uno. Posteriormente, se evaluó el efecto de diferentes concentraciones de etanol (empleadas a partir del segundo lote), logrando más del 90 % de conversión con la relación molar de sustratos 1:2, la cual se mantuvo constante por cuatro ciclos de reacción. Finalmente, se estudió la síntesis en continuo de oleato de etilo en un reactor de tanque agitado, encontrando que para lograr el 90% de conversión fue necesario agregar 88 g/L de biocatalizador en 60 min de reacción. Posteriormente, se estudió el efecto de la velocidad de agitación y de la tasa de alimentación en la reacción de síntesis; así como la estabilidad operacional del biocatalizador. Con este sistema, se logró una conversión cercana al 90% por 25 h de operación en continuo. Los resultados obtenidos en este trabajo demuestran la factibilidad de usar los biocatalizadores producidos por FMS sin etapas de purificación e inmovilización, para su aplicación en sistemas de reacción en continuo.

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  • 2013
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Última modificación: 09/29/2022
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