PROIMI   05436
PLANTA PILOTO DE PROCESOS INDUSTRIALES MICROBIOLOGICOS
Unidad Ejecutora - UE
congresos y reuniones científicas
Título:
Producción de escleroglucano por Sclerotium rolfsii ATCC 201126: validación costo-beneficio de la reducción de la fuente de C escalando a biorreactor
Autor/es:
FARIÑA JI; VALDEZ A; DELGADO OD
Lugar:
S. M. de Tucumán
Reunión:
Simposio; SAPROBIO 2018; 2018
Institución organizadora:
SAPROBIO 2018
Resumen:
ResumenElescleroglucano es un exopolisacárido (EPS) neutro, hidrosoluble, de estructuratriple helical, cuyas propiedades biológicas y fisicoquímicas lo hacen atractivopara diferentes aplicaciones biomédicas e industriales. Nuestro grupo detrabajo ha sentado precedentes en la producción de este EPS utilizando la cepa Sclerotium rolfsii ATCC 201126. Aumentar los rendimientos de producción,diseñar un medio de cultivo óptimo y de bajo costo e incrementar la eficienciade recuperación durante el downstream processingse convirtieron en nuestras prioridades de trabajo. El objetivo de este trabajo fueestudiar el efecto de diferentes concentraciones de C (en medios base MP20y MOPT) sobre la producción de EPS y posterior validación a escala debiorreactor instrumentado. Los medios MP80, MP120, MP150,MOPT80, MOPT120 y MOPT150 permitieron alcanzarlos valores más altos de producción, mientras que el análisis estadístico indicóque no existen diferencias significativas (P>0,05, test de Tukey) alcompararlos en conjunto. El medio MOPT80, se seleccionó para reducirlos gastos asociados a la formulación del medio de cultivo (menor concentraciónde la fuente de N). Finalmente para validar estos resultados, se ensayóexitosamente la producción en biorreactor con un rendimiento similar alobtenido a pequeña escala.Palabras claveEscleroglucano;Sclerotium rolfsii; fuente de C;biorreactor; costo-beneficio1.         IntroducciónLospolisacáridos microbianos constituyen una fuente promisoria de materiales poliméricosya que su producción no se restringe a la disponibilidad de tierra, condicionesclimáticas y/o recursos fósiles. El escleroglucano es un miembro destacado dentrode este grupo, con propiedades fisicoquímicas y biológicas que le permitieron unalarga tradición en el uso industrial y biomédico.Sclerotium rolfsii ATCC201126 puede sintetizar grandes cantidades del exopolisacárido (EPS)escleroglucano en condiciones de cultivo sumergido y con un medio deproducción apropiado. Diversos factorespueden afectar el rendimiento de producción, siendo fundamentalel diseñoóptimo del medio de cultivo ya que estimula la formación de productos yproporciona la energía necesaria para los fines metabólicos. Usualmente, lacantidad de sustrato carbonado convertido en polímero por una célula depende dela composición del medio de cultivo. Los medios con nitrógeno limitante (de 0,21 a 0,49 g N L-1) suelenfavorecer la producción de escleroglucano.Elobjetivo de este trabajo fue estudiar el efecto sobre la producción de EPS dediferentes concentraciones de la fuente de C (como sacarosa) en los medios decultivo MP20 y MOPT tradicionalmente empleados para tal fin. Estosmedios presentan idéntica composición basal a excepción de las concentracionesde las fuentes de C y N, de manera que se pudo estudiar asimismo el efecto dela relación C/N sobre la producción de EPS.2.      MetodologíaActivación de la cepa: S. rolfsii ATCC 201126 fue activada en medio CZM agar (48 h, 30ºC)y posteriormente repicada a medio MP20 agar (48 h, 30ºC) (Fariña ycol., 1998).Producción de EPS a escala de frascos agitados: se evaluó el efecto deconcentraciones crecientes de sacarosa (50, 80, 120 y 150 g L-1) enmedios de producción con componentes basales (excepto la fuente de C)equivalentes al MP20, y designados como MP50, MP80,MP120, MP150, respectivamente. Asimismo, se ensayaronconcentraciones decrecientes de sacarosa (120, 80, 50 y 20 g L-1) enmedios de producción con componentes basales (excepto la fuente de C)equivalentes al MOPT, designados como MOPT120, MOPT80,MOPT50, MOPT20, respectivamente. La preparación de losinóculos se llevó a cabo con disgregador manual a partir de micelio activocrecido en placas MP20 agar. Los cultivos se inocularon al 10%(v/v), y se incubaron durante 72 h a 30ºC y 250 rpm.Producción de EPS enbiorreactor: se evaluó la producción en medio MOPT80con volumen de trabajo de 3 L. Se utilizó un reactor de tanque agitado BiofloNew Brunswick Sci. de 7 L de capacidad máxima, equipado con 4 cortacorrientes,2 agitadores Rushton de 6 paletas y camisa externa para el control detemperatura conectada a un baño termostatizado. La preparación de los inóculosse llevó a cabo con disgregador manual a partir de micelio activo crecido enplacas MP20 agar y luego de 48 h (30ºC, 250 rpm) fueron utilizadospara inocular el reactor al 10% (v/v). Las siguientes condiciones fueron mantenidas en el reactor por 72 h:medio MOPT80, 28ºC, 200 rpm, 0,5 vvm y pH inicial 4,5 libre.Determinacionesanalíticas: EPS y biomasa fueron estimados por gravimetría(Fariña y col., 1998). El sobrenadante etanólico recuperado, luego de lafiltración del EPS, fue utilizado para la determinación de azúcares reductoresresiduales por el método del DNS (Miller, 1959).3.         Resultados y DiscusiónLos medios de cultivo MP80, MP120,MP150, MOPT80, MOPT120 y MOPT150 permitieron alcanzar los valores más altos deproducción, mientras que el análisis estadístico reveló que no existendiferencias significativas entre ellos (P>0,05, test de Tukey). Estos resultados confirman que al incrementarla relación C/N la producción de EPS se ve estimulada. Asimismo, señalan quelos costos de producción podrían reducirse exitosamente con el uso de menoresconcentraciones de los principales constituyentes del medio de cultivo (fuentede C y N). Así, dado que los medios MP80 y MOPT80contienen idéntica concentración de sacarosa (80 g L-1), perodiferente de NaNO3: 3 g L-1 para MP80 y 2,25 gL-1 para MOPT80, se seleccionó el medio MOPT80para reducir el gasto en la fuente de N y validar la producción en biorreactor.Cuando se escaló a volumende 3 L, la producción alcanzada a las 72 h de cultivo fue de 10,36 g EPS L-1y el crecimiento de 11,74 g biomasa L-1. El rendimiento práctico deEPS (Yp/c) fue de 12,95 %.4.         Conclusiones* Incrementarla relación C/N, independientemente del medio,estimula la producción de EPS.* Es factible lograr un balancepositivo costo-beneficio al reducir la concentración de sacarosa en formulaciónbase MOPTa80 g L-1, sin comprometer significativamente la producciónde EPS.* Los resultados son extrapolables a biorreactorinstrumentado de 3 L, con rendimientos prácticos de EPS (Yp/c)próximos a los obtenidos en frascos agitados ( ̴13% vs. ̴16%).5.     Bibliografía·      Fariña, J. I., Siñeriz F., Molina O.E.& Perotti N.I. (1998). Highscleroglucan production by Sclerotiumrolfsii: Influence of medium composition. Biotechnology Letters, 20:825-831.·      Fosmer, A.,Gibbons, W. R., & Heisel, N. J. (2010). Reducing the cost of scleroglucanproduction by use of a condensed corn solubles medium. Journal of BiotechResearch, 2, 131.·      Miller, G. L. (1959). Use ofdinitrosalycilic acid reagent for determination of reducing sugars. AnalyticalChemistry, 31: 426-428.·      Schmid, J.,Meyer, V., & Sieber, V. (2011). Scleroglucan: biosynthesis, production andapplication of a versatile hydrocolloid. Applied microbiology andbiotechnology, 91(4), 937-947.·      Wang Y. & McNeil B. (1994).Scleroglucan and oxalic acid formation by Sclerotiumglucanicum in sucrose supplemented fermentations. Biotechnology Letters 16:605-610.6.      AgradecimientosPIP 0976, PIO-UNCa, PCBII CONICET-MINCyT-DFG