Valorización del subproducto raquis de palma mediante la producción del biopolímero polihidroxibutirato (PHB) (2021)
RESUMEN: Halomonas boliviensis es una bacteria halófila moderada capaz de crecer utilizando varias fuentes de carbono, y así mismo puede acumular polihidroxibutirato (PHB) a partir de sustratos económicos como hidrolizados de biomasa lignocelulósica o no convencionales. La producción de PHB con H. boliviensis debe llegar a ser competitiva como los procesos a partir de fuentes petroquímicas. Para que este proceso sea económicamente viable, se necesitan altos rendimientos utilizando los medios de cultivo económicos, por lo cual se deben encontrar las condiciones operacionales y nutricionales que favorezcan la producción de PHB, tales como: pH, temperatura, agitación, concentración de la fuente de carbono y de las fuentes de nutrientes claves en el direccionamiento a la acumulación del material de interés, entre ellos nitrógeno, fósforo y azufre. Al utilizar hidrolizado de raquis de palma como sustrato no convencional de bajo costo, H. boliviensis es capaz de utilizar los azúcares glucosa, xilosa y arabinosa presentes en el hidrolizado, prefiriendo a la glucosa para un mayor crecimiento y acumulación de PHB. Al realizar esta evaluación, se logró alcanzar un contenido de PHB del 38,8 % (m/m) del peso seco de la célula (7,8 g/L) consumiendo 6,5 g/L y 1,0 g/L de glucosa y xilosa, respectivamente, después de 72 horas de fermentación a escala matraz, entre 250 mL y 500 mL. Para favorecer la acumulación de PHB, en este estudio se determinó que, de seis condiciones experimentales (tres nutricionales y tres operacionales), los valores de los factores que permitían obtener el máximo de biomasa y de PHB fueron: 31 °C, 7,0 y 1,6 g/L para temperatura, pH y concentración inicial de KH2PO4, respectivamente. La validación de los valores máximos predichos se realizó con un ensayo experimental, obteniendo concentraciones de 9,2 g/L y 6,5 g/L de biomasa y PHB, respectivamente, para observar el porcentaje de desviación con respecto a los valores teóricos de 26 % (m/m) para biomasa y 4 % (m/m) para PHB. Bajo las condiciones nutricionales y operacionales definidas como mejores condiciones para la obtención de PHB, se realizó la validación usando como fuente de carbono hidrolizado de raquis de palma y como fuente de nitrógeno hidrolizado de gluten de trigo, presentándose un consumo de glucosa de 11,1 g/L, una concentración máxima de biomasa de 6,4 g/L y una concentración máxima de PHB de 2,3 g/L, para un porcentaje de acumulación de PHB del 35,7 % (m/m); lo que representa un buen comportamiento para la obtención de PHB con Halomonas boliviensis usando medios de cultivo económicos. Finalmente se escaló la producción de PHB a nivel biorreactor de 3 L utilizando H. boliviensis bajo las condiciones nutricionales y operacionales definidas anteriormente. Se presentó un consumo de glucosa de 13,1 g/L y de xilosa de 2,0 g/L a partir del hidrolizado de raquis de palma, y se obtuvieron concentraciones finales de biomasa y PHB de 10,6 g/L y 4,1 g/L, respectivamente; lo que representa un porcentaje de acumulación del 45,5 % (m/m). Es así como en esta tesis doctoral se determinaron las condiciones operacionales y nutricionales que favorecen el proceso de producción de polihidroxibutirato (PHB) a partir de Halomonas boliviensis utilizando como fuente de carbono hidrolizado de raquis de palma, lo que viabiliza la valorización de este desecho de la industria colombiana de palma de aceite.