Aprovechamiento de un subproducto del procesamiento del banano para la producción de polihidroxibutirato (PHB) mediante fermentación sumergida

Abstract

El polihidroxibutirato (PHB) corresponde al polihidroxialcanoato (PHA) más común en la naturaleza. Es sintetizado por gran variedad de microorganismos a manera de reserva energética en condiciones de desbalance nutricional, en donde hay disponibilidad de carbono, pero limitación en otros nutrientes como nitrógeno, oxígeno y fósforo. Corresponde a un biopolímero con potencial para sustituir los plásticos derivados del petróleo, con la ventaja de ser completamente biodegradable, produciéndose CO2 y agua en condiciones de degradación aerobia, o bien, metano en condiciones anaerobias. Con este trabajo se buscó definir un método analítico para la cuantificación de PHB de origen bacteriano, comparar la productividad de PHB de 11 cepas costarricenses con respecto a una cepa control de Cupriavidus necator, maximizar la concentración de biomasa productora de PHB mediante la optimización de los componentes del medio de cultivo e implementar un proceso de fermentación de tipo lote alimentado para la producción de PHB. Se desarrolló un proceso de extracción de PHB mediante metanólisis ácida, así como un método de análisis cromatográfico para la cuantificación del polímero. La evaluación de la productividad de PHB (g/L) de las distintas cepas se llevó a cabo mediante fermentación en dos etapas, empleando un medio mineral limitado en nitrógeno. Se optimizaron los niveles de jugo de subproducto de banano y NH4Cl que permitieran maximizar la producción de biomasa de la cepa control. Para la implementación del proceso fermentativo de producción de PHB en biorreactor, se evaluaron suplementaciones de 30, 40 y 50 g/L de fructosa al final de la fase de crecimiento microbiano. En cuanto a la evaluación de la productividad de las cepas nativas, se obtuvo una productividad de 0,5 g/L de PHB para una cepa nativa de C. necator proveniente de suelos de una plantación bananera, en contraposición a la concentración de 2,8 g/L para la cepa control. Mediante el análisis de superficie de respuesta, se determinó que la máxima concentración de biomasa fue obtenida al emplear una concentración de 2 g/L de NH4Cl como fuente de nitrógeno y un 5% de jugo derivado de un subproducto de banano (JSB) como fuente de carbono. A pesar de que para la mayoría de las pruebas de fermentación en biorreactor no se logró una producción detectable de PHB, para la fermentación suplementada con 50 g/L de fructosa se obtuvo una concentración de 1,29 g/L de PHB a las 96 horas de proceso. Gracias a su rica composición nutricional y a su contenido de azúcares fermentables, los subproductos del procesamiento del banano resultan promisorios como sustratos de fermentación para la producción de bioplásticos, sin embargo, es necesario profundizar en su estudio con el fin de desarrollar procesos de producción eficientes, tanto a escala piloto como industrial.