Evaluación de la producción de polihidroxialcanoatos a partir de la fermentación de suero de leche a escala laboratorio.

Abstract

La generación de biopolímeros ha sido una práctica creciente en las últimas décadas debido a la necesidad de la producción sostenible y de bajo impacto ambiental. Se han evaluado distintas materias ricas en carbono que propicien las condiciones necesarias para la síntesis de polihidroxialcanoatos (PHA), un tipo de biopolímeros generado por una gran variedad de microorganismos en condiciones de estrés metabólico. Sin embargo, los costos de producción suelen ser altos, por lo que se evalúa la utilización de residuos industriales ricos en carbono como materia prima. Con base en esto, en el presente trabajo se evaluó la producción de PHA por la cepa bacteriana Bacillus subtilis a partir de la fermentación de suero de leche, un residuo de la industria láctea rico en lactosa. Asimismo, debido a que la producción de PHA se propicia tanto por un exceso de carbono como una limitación de otros sustratos como el nitrógeno, se propuso evaluar la influencia de la relación molar C:N en los rendimientos de su producción. Por último, se planteó generar un balance de materia y modelos elementales y cinéticos de la fermentación de suero de leche a las condiciones evaluadas, que representaran el proceso fermentativo. Se logró sintetizar PHA a partir de la fermentación de lactosa en el suero de leche por B. subtilis hasta una concentración máxima de 0.41 g/L, comprobado mediante la obtención del espectro infrarrojo característico del producto. Se logró evaluar el efecto de la relación molar C:N en el rendimiento de producción de PHA, determinando que se obtuvo el mayor rendimiento de producto respecto al sustrato con un valor de 0.045 g PHA/g lactosa para la relación 15:1, con diferencias poco significativas con la relación 20:1, empleando urea como fuente de nitrógeno. Se obtuvo el balance de masa del proceso y el modelo elemental a partir de la ecuación estequiométrica representativa de la fermentación. Además, se propuso un modelo cinético basado en las ecuaciones de Monod y de Leudeking-Piret, modificado con una variación exponencial de la rapidez de consumo de sustrato, que permitió predecir los parámetros de las expresiones de la velocidad de generación de biomasa de B. subtilis, consumo de lactosa y formación de PHA durante la fermentación a las condiciones propuestas. (A)