Document related concepts
Transcript
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: cpelayo@ccip.udg.mx 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.
