“Modelado matemático y simulación de la fermentación en estado sólido de escobajo de uva con Rhizopus oryzae NCIM 1299 para obtener ácido láctico”

GROFF, M. CARLA

Fundación, UNSJ

Año: 2023 p. 213

978-987-88-5951-4

Actualmente la Bioeconomía es un enfoque cada vez más aceptado como un camino para dejar de lado el uso de sustancias derivadas del petróleo como precursores en la síntesis química, y aprovechar y revalorizar la biomasa disponible, entre ellos los residuos lignocelulósicos de la agroindustria, teniendo como principales objetivos el del desarrollo sustentable y la economía circular. Este planteo supone un cambio de paradigma, ya que a los residuos se los empieza a considerar como subproductos del proceso industrial, al ser materia prima de otros procesos de aprovechamiento. Un destino posible para estos subproductos, es usarlos como sustratos sólidos de fermentación para la obtención de una amplia gama de biosustancias, Una sustancia con alta demanda es el ácido láctico (AL), presentando en 2016 una demanda mundial de 1,220 kilo-toneladas, con una estimación de crecimiento a 1,960 kilo-toneladas para el año 2025 (López-Gómez et al., 2020). Además es importante destacar que en Argentina no hay producción local, teniendo que importarse el 100% de esta materia prima. El AL cuenta con variadas aplicaciones en la industria alimentaria, química, farmacéutica y cosmética, además se usa como monómero en la producción de ácido poliláctico, un polímero completamente biodegradable con aplicaciones en la medicina en hilos de sutura, y en la industria de envases, entre otros.Un tipo de biomasa lignocelulósica es el escobajo de uva (EU), un residuo sólido generado en la etapa de despalillado de la producción de vino o mosto. Se sabe que la vitivinicultura es una de las principales actividades agroindustriales de la Provincia de San Juan, generándose en 2020 alrededor de 22.332 toneladas de residuo sólido en forma de EU, calculado según la cantidad de uva ingresada a establecimientos elaboradores de vino y mosto de San Juan, información brindada por el Instituto Nacional de Vitivinicultura (INV, 2021). Teniendo en cuenta la alta disponibilidad de EU en la región, un proceso biotecnológico aplicable es la fermentación en estado sólido (FES), proceso en el cual los microorganismos crecen sobre materiales sólidos sin la presencia de agua libre, produciendo biosustancias a través de su metabolismo. En la FES pueden utilizarse bacterias u hongos filamentosos, pero estos últimos tienen las ventajas de su forma de desarrollo hifal que penetra el sustrato y los intersticios, su baja exigencia nutricional, su buena tolerancia a la baja actividad de agua (característico de la FES) y a la alta presión osmótica, y a su potente capacidad de producción de enzimas, para la hidrólisis deGroff María CarlaPágina 20 de 213materiales lignocelulósicos (Rahardjo et al., 2006). Utilizar un bioproceso que no necesite cantidades extras de agua, representa una ventaja para su implementación en una provincia como San Juan, que posee cantidades limitadas de este recurso. El género Rhizopus oryzae (R. oryzae) se viene estudiando como productor de AL, ya que su metabolismo fermentativo lo produce en cantidades aceptables y en condiciones aeróbicas. Todo lo anteriormente explicado fue lo que motivó a evaluar el EU como sustrato sólido para la FES, para así obtener AL, mediante la inoculación del hongo R. oryzae NCIM 1299.En esta tesis se aborda el desarrollo de un tipo de aprovechamiento biotecnológico novedoso del EU generado en la industria vitivinícola de San Juan, el cual se acumula en grandes cantidades durante los días de elaboración generando atracción de roedores, insectos, malos olores y peligro de incendio debido a su generación de calor dentro del material acumulado, lo que supone un problema medio ambiental. En la actualidad, el destino del EU es la molienda y dispersión sobre el terreno del viñedo, la incineración o (una pequeña parte) la producción de alimentos para animales, actividades que no añaden valor al escobajo de uva. El EU todavía no ha sido usado como sustrato sólido para la FES, lo que hace relevante la propuesta del presente trabajo. Además, el uso de hongos filamentosos sobre dicho sustrato tampoco ha sido estudiado, sobretodo el género R. oryzae, el cual presenta amplias ventajas, detalladas en el desarrollo de la Tesis. Para llevar a cabo el modelado matemático del bioproceso, se deben estudiar dos tipos de submodelos: por un lado la descripción de la cinética de crecimiento fúngico sobre EU, para lo cual se realizaron fermentaciones sobre membrana. Además, también se analizó la cinética de producción de AL, el metabolito de interés. El segundo submodelo involucra un análisis fenomenológico de balances de materia y energía, que se plantea como un trabajo a futuro. Además, se realizaron fermentaciones a diferentes temperaturas y humedades relativas, para estudiar cuál es la condición que maximiza la producción de AL. Una vez planteado el modelado matemático del sistema, se resolvieron las ecuaciones diferenciales mediante el software de resolución y simulación, Matlab R2015a, con el fin de poder ingresar datos de entradas, obtener datos de salida, como así también visualizar los cambios que sufre el sistema ante perturbaciones o cambios de variables operacionales. Lograr definir un modelo matemático del bioproceso, facilitará una última etapa de escalado del proceso fermentativo.