PRODUCCIÓN DE BIOMASA

PRODUCCIÓN DE BIOMASA

Luis Marcial Fernández-Araya1 & Juan José Alfaro-Rojas1

1  Escuela de Química, Universidad Nacional

RESUMEN: La producción de biomasa es de gran relevancia para las tecnologías de fermentación, cuyas aplicaciones industriales son muy relevantes.  Por lo tanto,  se decidió evaluar el crecimiento microbiano y producción de proteínas totales de una cepa E.coli K12 en un sistema batch de frasco agitado. Los análisis de crecimiento se realizaron mediante el censo de la densidad óptica a una longitud de onda de 660 nm cada 30 min; por otro lado, la concentración de proteínas totales se cuantificaron mediante el método de Biuret. En las producciones obtenidas por la metodología empleada, se denota un crecimiento típico del microorganismo utilizado, además de una alta producción de proteínas en los cuatro muestreos ejecutados como era esperado.

PALABRAS CLAVE: E.coli K12, batch, producción,  biomasa, proteínas, curva de crecimiento microbiano.

INTRODUCCIÓN

La producción biomasa se define como el peso anhidro de los organismos vivos que es producida en un tiempo determinado.(Lawrence, Korber, & Hoyle, 1991) Dicha biomasa es de gran utilidad en cualquier bioproceso, a la razón de que esta es la precursora, en cualquier proceso biológico genérico, para la obtención de un producto del metabolismo primario o secundario o bien la biocatálisis de una reacción en donde se busque como tal el consumo de un sustrato y la obtención de la biomasa como producto final. Para lo cual, el desarrollo y optimización de ingeniería de bioprocesos se hace indispensable, a manera de hacer los procesos rentables a gran escala.(Growth & Bacterial, 2012)

La  tecnología de producción de biomasa  surgió hace más de dos milenios, a razón de que esta está muy ligada a la tecnología de la fermentación, donde la cantidad de microorganismos es directamente proporcional a la capacidad fermentativa que posee un sistema. Ligado a la producción de biomasa están aspectos como: el tipo de sustrato utilizado, variables físico- químicas, los  nutrientes y factibilidad económica del proceso completo. (Zumbado-rivera, 2006)

Por otro lado, en la actualidad la producción de biomasa está estrechamente ligada a la producción de mercancías de alto costo de producción a la razón de la complejidad y cantidad de operaciones unitarias y fases de trabajo que poseen los procesos tradicionales; además, el  alto valor agregado dentro del mercado, de dichas sustancias a producir, genera que sea necesario poseer la capacidad de producir producto en grandes volúmenes en la calidad que el mercado lo exige, como por ejemplo la producción de insulina en una matriz bacteriana.(Russell, Dombrowski, Megasphaera, Butyrivibrio, & Ruminococcus, 1980)

Por último, se determinó evaluar el crecimiento de una población de Escherichia coli K12 para la producción de biomasa en un sistema batch de matraz agitado y la capacidad de producción de proteínas totales.

MATERIALES Y MÉTODOS

-Material biológico: Se ensayó con una cepa de E. coli K12 facilitada por el Laboratorio de Microbiología de la Escuela de Ciencias Biológicas (ECB-UNA).

-Curva de crecimiento de E. coli: A partir de un inóculo de 14-16 h de E. coli en caldo nutritivo en agitación a temperatura ambiente, se transfirieron 15 mL a un matraz de 500 mL con 150 mL de caldo nutritivo fresco. El cultivo se mantuvo en un baño de agua regulado a 37 °C, con agitación manual cada 10 min para favorecer la aireación. Se monitoreó el crecimiento por medio de la densidad óptica a 660 nm de una alícuota de 3 mL.

-Extracción de proteínas solubles: Se tomaron 5 mL de cultivo y se centrifugaron a máxima velocidad por 5 min, se descartó el sobrenadante. Al precipitado se agregaron 3 mL de NaOH 1 M, se puso en un baño maría por 5 min y se centrifugó de nuevo por 3 min, se recuperó el sobrenadante. El procedimiento de extracción se repitió con NaOH 0.1 M para una segunda vez, y con agua destilada para una tercera vez.

-Cuantificación de proteínas totales: Se realizó una curva de calibración de proteína por medio del método de Biuret, usando albúmina de suero bovino como patrón y una lectura espectrofotométrica a 550 nm.  Así mismo, se cuantificaron muestras durante la curva de crecimiento de E.coli.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

[pic 1]

Figura 1. Desarrollo de la producción de biomasa y proteínas totales producida por E.coli K12, cuantificado por medio de densidad óptica y colorimetría, respectivamente.

Por medio de la densidad óptica se logró evidenciar la curva de crecimiento microbiana, conforme las células bacterianas aumentan su población y de este modo la turbidez del medio. Se denotó la fase de acondicionamiento durante los primeros 45 min, seguidamente, inició la fase de crecimiento exponencial hasta aproximadamente los 150 min luego de la inoculación.  Posteriormente, se evidenció la fase estacionaria donde la tasa neta de crecimiento se estabilizó, lo cual es para el objetivo de producción de biomasa, es el punto de cosecha de las células para evitar así la muerte de las mismas.

Del ensayo realizado, cabe resaltar que el inóculo utilizado, era fresco y este fue activado previamente el mismo medio de cultivo en donde se realizó la corrida del sistema batch, lo cual mejoró el sistema de adaptación del microorganismo, realizando que la etapa de retardo fuese mínima respecto a la duración total del ensayo. (Reynoso-cereceda, García-cabrera, Valdez-cruz, & Trujillo-roldán, 2012)

Otro aspecto de valor es la prolongación que se presentó de la fase exponencial, la cual se debe a las características propias del caldo de cultivo utilizado (caldo nutritivo), pues poseía todos los implementos micro y macronutricionales necesarios para que el microorganismo se desarrollara de la mejor forma, además de que la concentración de estos fue suficiente como para sostener dicha fase.(Lawrence et al., 1991)

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