Download ESTUDIO DE LA PRODUCCIÓN DE COMPUESTOS VOLATILES

XI CONGRESO NACIONAL DE BIOTECNOLOGÍA Y BIOINGENIERÍA
PRODUCCION DE ACIDO SUCCINICO EN UN BIORREACTOR DE CAMA FIBROSA
Napoleón Bonyouchoa Chu, Carlos Pelayo-Ortíz, Zazil Yadel Escalante-García, Victor González-Alvarez
Depto. de Ingeniería Química, Universidad de Guadalajara, M. García Barragán 1451, 44430, Guadalajara, Jalisco.
Fax : (33) 36501793 Correo Electrónico: [email protected]
Palabras claves: ácido succínico, inmovilización, biorreactor
Introducción. El ácido succínico se obtiene por síntesis
química a partir de derivados del petróleo, recientemente se
ha intentado producirlo por vía fermentativa, usando
microorganismos anaerobios aislados del rumen de ganado
(1). El mercado más grande e importante del ácido succínico
es el de los detergentes y agentes espumantes, en segundo
lugar de importancia es su utilización como secuestrador de
iones, el tercer lugar lo ocupa el mercado de los alimentos y
por último el de los agentes relacionados con la salud (2).
Debido a esta gran demanda, se requieren alternativas de
producción del ácido que permitan usar materias primas de
uso confiable, renovables y no costosas.
El ácido succínico ha sido producido con buenos
rendimientos, a partir de sustratos sintéticos y residuos
agroindustriales (hojas de agave, lactosuero), utilizándose
para tal efecto diferentes configuraciones de reactores e
incluso bacterias modificadas genéticamente. No obstante,
no se han publicado hasta el momento trabajos de la
producción de este ácido inmovilizando las bacterias y es
bien sabido que cuando un microorganismo se inmoviliza en
algún soporte, éste puede orientar la mayor parte de su
energía hacia la producción de un metabolito en particular.
El biorreactor de cama fibrosa (FBB) permite el desarrollo
de células para una variedad de aplicaciones incluyendo
fermentación, cultivo celular animal, ingeniería de tejidos y
tratamiento de aguas residuales, con altos rendimientos de
producción de metabolitos o de depuración de efluentes.
El objetivo de este trabajo consiste en estudiar la producción
de ácido succínico en un biorreactor FBB empacado con
bagazo de agave.
Metodología: La bacteria utilizada fue Actinobacillus
succinogenes ZT 130 ATCC 55618, la cual fue resembrada
semanalmente en viales con caldo de soya tripticaseina. El
medio de cultivo estaba compuesto de glucosa 30 g/l,
extracto de levadura 10 g/l, cloruro de sodio 1 g/l, cloruro de
magnesio 0.5 g/l, fosfato de potasio 15.4 g/l, fosfato de sodio
6.4 g/l y bicarbonato de sodio 10g/l. Las fermentaciones se
llevaron a cabo en un fermentador Bioflo 3000, marca New
Brunswick, las condiciones fueron 37 ºC, 200 rpm, 0.3 l/m
de CO2, pH 6.8 (el cual se controló con carbonato de sodio
3.5 M), el volumen de trabajo fue de 1.8 litros. El reactor se
acopló a una columna de vidrio, la cual estaba empacada con
bagazo de agave, el cual se obtuvo de las localidades
cercanas. La glucosa y los ácidos orgánicos fueron
analizados por cromatografía HPLC y la biomasa por peso
seco y densidad óptica a 600 nm. Las fermentaciones con
células libres se llevaron a cabo sin acoplar la columna
empacada.
Resultados y discusión. Se llevaron a cabo experimentos
con células libres a diferentes concentraciones iniciales de
sustrato, obteniéndose una concentración máxima de ácido
succínico de 32 g/l y rendimientos YP/S del orden de 0.64
g/g. Se produjeron también los ácidos acético y fórmico en
concentraciones cercanas a los 10 g/l cada uno. La inhibición
por producto debida a los ácidos producidos fue muy
marcada en estos experimentos. El sistema del reactor
acoplado a la columna empacada FBB permitió duplicar la
concentración de ácido succínico producido (60 g/l) pero la
concentración de los metabolitos secundarios también se
incrementó (producciones del orden de 20 g/l de cada ácido).
Los rendimientos YP/S obtenidos fueron del orden de 0.84
g/g. Las bacterias inmovilizadas en la columna fueron
reutilizadas para llevar a cabo experimentos y a cada
reutilización, se obtuvieron menores tiempos de
fermentación, incrementándose significativamente la
productividad.
El biorreactor FBB permitió reducir la inhibición por los
ácidos ya que como lo reporta la bibliografía (3) las células
se encuentran en diferente acomodo y exposición a los
ácidos en este caso, además de que pueden existir cambios
en los lípidos de la membrana celular lo que la hace más
resistente.
Conclusiones. Se logró inmovilizar con éxito las bacterias
en el bagazo de agave, material residual de la industria
tequilera que representa un problema de contaminación. La
eficiencia del proceso comparado con una fermentación de
células libres fue del doble y las productividades más
elevadas. Estudios complementarios se están llevando a cabo
para acoplar al biorreactor, columnas de intercambio iónico
para separar los ácidos.
Bibliografía.
1. Lee P., Lee S., Hong S., Chang H., (2003). Batch and continuous
cultures of Mannheimia succiniciproducens MBEL55E for the
production of succinic acid from whey and corn steep liquor.
Bioprocess Biosyst Eng 26: 63–67.
2. Zeikus J., Jain M., Elankovan P., (1999). Biotechnology of
succinic acid production and markets for derived industrial
products. Appl Microbiol Biotechnol 51: 545±552.
3. D’Souza S., Melo J.,(2001) Immobilization of bakers yeast on
jute fabric through adhesionusing polyethylenimine: application in
an annular column reactor for the inversion of sucrose. Process
Biochemistry 36 677–681.