Optimización de las condiciones de fermentación para la producción de polihidroxibutirato por Rhizobium tropici

Número: 
Autores/Authors: 
Yuliet Franco, Gretel Gómez,* Roberto Núñez,** Jorge Martínez***
Palabras Claves / Key words: 
polihidroxibutirato, PHB, bioplásticos, Rhizobium tropici, optimización del proceso de fermentación, markers polyhydroxybutyrate, biopolymers, Rhizobium tropici, optimization of fermentation process
Resumen: 
Los polihidroxialcanoatos (PHAs), son poliésteres acumulados intracelularmente como materiales de reserva de carbono y energía por varios microorganismos. El representante más común de esta familia es el poli-b-hidroxibutirato (PHB). Estos biopolímeros se consideran buenos sustitutos de los plásticos sintéticos derivados del petróleo por ser biodregadrables. Sin embargo, la mayor desventaja para la comercialización de los PHA son sus elevados costos de producción comparados con los plásticos derivados del petróleo. La optimización del proceso de fermentación, es una de las estrategias más utilizadas para reducir estos costos. Este trabajo tuvo como objetivos determinar el valor óptimo de pH inicial de la fermentación para la producción de PHB, así como optimizar las condiciones de agitación y aeración del proceso para el rendimiento producto biomasa y para la acumulación de PHB por la cepa Rhizobium tropici 3. La optimización del pH inicial se realizó en zaranda orbital ajustando el valor entre 6 y 8 y se modeló la relación entre el pH y la concentración de PHB (g · L-1) mediante la utilización de polinomios ortogonales. Se definió que el pH inicial óptimo con el cual se asegura la mayor producción de PHB es 6,58 ± 0,2. La búsqueda de los valores óptimos de agitación-aeración para la producción de PHB y para el rendimiento producto-biomasa, se realizó mediante el empleo de un diseño central compuesto Box-Wilson. Las fermentaciones se realizaron en un fermentador de 7,5 L con 5 L de medio de cultivo optimizado. Se determinó que los valores óptimos para la producción fueron 500 r · min-1 y 1 vvm (volumen de aire por minuto por volumen de medio de cultivo) para la agitación y la aeración respectivamente y para el rendimiento producto-biomasa, los valores óptimos fueron 472 r · min-1 y 1,55 vvm.
Abstract: 
Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are polyesters intracellularly accumulated by various microorganisms as carbon and energy storage materials. The most common representative is poly-b-hydroxybutyrate (PHB). These biopolymers have been considered to be good substitutes for petroleum-derived synthetic plastics because of their similar properties to synthetic polymers and its complete biodegradability after disposal. Nevertheless a major drawback to the commercialisation of PHAs is their much higher production cost compared with petrochemical-based synthetic plastic materials. Optimization of fermentation process is one of the strategies more used to reducing high production costs of PHB. The aims of this work were to determine the optimal initial pH value for PHB production, as well as to optimize the agitation-aeration conditions of the fermentation process for product-biomass yield and for PHB accumulation by Rhizobium tropici strain 3. Optimization of initial pH was carried out in an orbital shaker. The pH values were adjusted between 6 and 8. The relation between pH and PHB concentration (g · L-1) was modelled by using orthogonal polynomials. The optimal pH that assures the biggest PHB production is 6.58 ± 0.2. As statistical tools, a central compose design Box-Wilson was used to search the optimal values of two important variables in fermentation process: agitation-aeration rates, for PHB production and for product-biomass yield. The fermentations were carried out in a bioreactor with 7.5 L capacity with 5 L of optimum culture medium. It was determined that optimal values to obtain a maximum PHB production are 500 r · min-1 and 1 vvm (volumes of air per minute per volume of batch) for agitation and aeration respectively and for product-biomass yield optimal values are 472 r · min-1 and 1.55 vvm.
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