Primera etapa del proceso de escalado para la producción de polihidroxibutirato en cultivo batch

NYGAARD D; YASHCHUCH O ; NOSEDA DIEGO GABRIEL; HERMIDA E

Bahia Blanca

Congreso; Jornadas Argentinas de Microbiología; 2017

Jornadas Argentinas de Microbiología

El polihidroxibutirato (PHB) es un biopoliéster de la familia de los polihidroxialcanoatos (PHAs). Es sintetizado por una gran variedad de microorganismos, como reserva de carbono y energía bajo condiciones limitantes de nutrientes esenciales y en presencia de una fuente de carbono en exceso. En los últimos años aumentó el interés de los PHAs en aplicaciones biomédicas, por sus propiedades de biodegradabilidad y biocompatibilidad. El objetivo de este trabajo fue realizar el escalado de la producción de PHB con la cepa Cupriavidus necator aplicando un sistema de cultivo en lote (batch) aeróbico utilizando un biorreactor de tanque agitado. Los primeros experimentos se realizaron en frascos Erlenmeyer de 250 ml, conteniendo 60 ml de medio de cultivo, con fructosa (30 g/l) como fuente de carbono y sulfato de amonio (2,5 g/l) como fuente de nitrógeno. Las condiciones de dichos cultivos fueron: 30±1°C, pH inicial 7 y agitación constante de 150 rpm. El escalado se realizó en un biorreactor de tanque agitado de 6 L (New Brunswick BioFlo110), aplicando un factor de escala de 1:35. El pH se mantuvo constante en 7, la temperatura en 30±1°C y la aireación en 0,5 LPM. Durante el proceso de producción de PHB se activó una cascada de agitación entre 500 y 200 rpm para mantener el oxígeno disuelto del cultivo en un valor de 20%. Se monitoreó el consumo de nitrógeno y fructosa, mediante técnica colorimétrica y medición de carbono orgánico total, respectivamente. Se cuantificó la producción de biomasa, a través de gravimetría, y la acumulación cuantitativa de PHB a partir de muestras digeridas con ácido sulfúrico al 80%, midiendo la absorbancia a 234 nm en un espectrofotómetro de UV/Vis.En escala de Erlenmeyer, la concentración de biomasa y PHB fue de 8,4 y 5,2 g/l, respectivamente, a las 68 hs de incubación. Se consumió totalmente la fuente de nitrógeno y la concentración de fructosa decayó de 30 g/l a 8 g/l, siendo los coeficientes de rendimiento de biomasa en función del sustrato (Yx/s) de 0,27 g/g, de producto en función de sustrato (Yp/s) de 0,27 g/g y de producto en función de biomasa (Yp/x) de 0,62 g/g, con una productividad de 0,08 g/(l h)En biorreactor, a las 66 hs, la concentración de biomasa y PHB fue de 11 y 8 g/l, respectivamente. A las 22 h se consumió totalmente la fuente de nitrógeno, coincidiendo con un aumento abrupto en la concentración del biopolímero. A partir de ese punto se mantuvo relativamente constante la biomasa residual, indicando que todo el aumento en la biomasa se debe a la metabolización de fructosa acoplada al almacenamiento de PHB. La concentración de fructosa decayó de 30 g/l a 1,5g/l, mejorando notablemente su aprovechamiento, siendo los coeficientes de rendimiento de biomasa en función del sustrato (Yx/s) de 0,39 g/g, de producto en función del sustrato (Yp/s) de 0,28 g/g y de producto en funcion de biomasa (Yp/x) de 0,72 g/g. La productividad máxima alcanzada fue de 0,15 g/(l h) a las 45 hs. Por lo tanto, realizando el escalado del proceso de producción de PHB en biorreactor agitado se logró aumentar en un 50 % la concentración de biopolímero y duplicar la productividad del proceso.