Producción de biosurfactantes en cultivo en medio sólido - Pichardo Sánchez, María Alejandra (Universidad Autónoma Metropolitana, 2019)
Los biosurfactantes (BS) son moléculas anfifílicas que poseen la capacidad de modificar la tensión superficial e interfacial entre fases líquido-líquido, líquidosólido y líquido-gas, éstos se producen por la actividad metabólica de bacterias, hongos y levaduras. Los ramnolípidos (RL) pertenecen a la familia de los glicolípidos, son producidos principalmente por especies de Pseudomonas, un microorganismo patógeno oportunista que causa enfermedades a la salud humana, el uso de dicho género exige condiciones de seguridad elevadas. De acuerdo con los reportes de la literatura la producción de RL se realiza empleando sistema de cultivo en medio líquido (CL) mayoritariamente, este tipo de cultivo presenta requerimientos energéticos para proveer de agitación y aireación a los microorganismos, durante el CL se genera espuma por lo que se emplean antiespumantes que se vuelven un contaminante en la recuperación del producto. El cultivo en medio sólido (CMS) ofrece una alternativa para la producción de RL, el medio de cultivo se impregna sobre un soporte sólido que provee de buena aireación y alta transferencia de masa, en particular el oxígeno, en este tipo de cultivo no hay formación de espuma. Este trabajo está dedicado a la producción de biosurfactantes (ramnolípidos) empleando CMS y microorganismos no patógenos con nivel de bioseguridad 1 que no requieren de equipo e instalaciones especiales para su uso. En una primera etapa se realizó el CMS empleando diferentes combinaciones de fuente de carbono y nitrógeno, las fuentes de carbono evaluadas fueron glicerol y glucosa mientras que las fuentes de nitrógenos fueron sulfato de amonio y nitrato de sodio, los medios de cultivo evaluados se suplementaron con aceite de soya como inductor. Burkholderia plantarii alcanzó una concentración de 6.8 a 7.8 g RL/ kg MS, las concentraciones de Serratia rubidaea fueron similares 6.8 a 8.4 g RL/ kg MS. El crecimiento se estimó indirectamente a través del análisis respirométrico de los cultivos, en particular la producción de CO2. Los cultivos de S. rubidaea presentaron una mayor tasa de crecimiento, alcanzó tasas específicas de crecimiento de hasta 0.39 h-1 mientras que con B. plantarii se alcanzaron valores de 0.28 h-1 . Los productos obtenidos en ambos sistemas de cultivo fueron analizados por cromatografía en capa fina (CCF), cromatografía de líquidos de alta resolución (HPLC) con un detector por dispersión de luz que evapora la fase móvil conocido por sus siglas en inglés como ELSD (evaporative light scattering detector). El BS producido por B. plantarii en CMS usando glicerol-NaNO3 y aceite de soya fue el que presentó el conjunto de propiedades fisicoquímicas de mayor similitud al de un estándar comercial de ramnolípido. Estos datos fueron obtenidos por CCF, HPLC-ELSD, FTIR y medición de tensión superficial, este producto disminuyó la tensión superficial. El producto obtenido en este trabajo disminuyó la tensión superficial del agua desde 72.06 mN/m hasta 37.31 mN/m, empleando 37.5 ppm del BS. En una segunda etapa se probó el uso de CL para la producción de biosurfactantes. Se utilizó el mismo medio de cultivo empleado en el sistema de cultivo sólido y aceite de soya como inductor para la síntesis de ramnolípidos. Las unidades experimentales se incubaron durante 12 días a 30°C y 200 rpm. Los análisis realizados por CCF, HPLC-ELSD y FTIR a los productos obtenidos confirmaron que B. plantarii produce especies con actividad tensoactiva cuando esta crece en glicerol-sulfato de amonio-aceite de soya. Las especies obtenidas reducen la tensión superficial (37.59 mN/m) del agua y cumple con la descripción establecida en la fracción arancelaría para los surfactantes. Incluso, esta reducción de la tensión superficial se logró empleando concentraciones mucho menores de las reportadas en la literatura; hasta cinco veces menos. Asimismo, se plantea el modelamiento matemático de la reducción en tensión superficial, como una metodología que permite comparar el desempeño del BS con diferentes reportes de la literatura. Las concentraciones de biosurfactantes obtenidas en este trabajo son bajas. Sin embargo, su actividad tensoactiva a concentraciones muy pequeñas hace esta metodología de producción una alternativa sustentable atractiva. Se plantea el modelamiento matemático de la reducción en tensión superficial, como una metodología objetiva y novedosa que permite comparar el desempeño del BS con diferentes reportes de la literatura y no se ha aplicado a esta problemática. En este trabajo se presenta evidencia experimental objetiva que señala el potencial de la producción de ramnolípidos por cultivo en medio sólido.