Producción De Xantano

PRODUCCIÓN DE XANTANO EMPLEANDO Xanthomonas campestris.

Mabel Elena Avila Correa.

Tercera Asignación

Modelación de Bioprocesos

Catalina Quevedo

INTRODUCCIÓN

Una de las actividades más grandes del mundo, es la producción de polímeros, pues de ella se derivan numerosas industrias como empaques, plásticos y alimentos. Los polímeros son compuestos formados por largas cadenas de carbono, hasta 200000 por molécula [1] esto les confiere alta resistencia a ser degradados, lo cual garantiza que permanezcan en el ambiente por largos periodos de tiempo, incrementando el impacto ambiental negativo; por lo que ha surgido la necesidad de crear polímeros que sean posibles de sintetizar a partir de recursos renovables, mediante el uso de microorganismos. [2] Los procesos llevados a cabo con microorganismos han llegado a ser una fuente importante de numerosos productos comerciales, principalmente en la industria farmacéutica y alimentaria, pero también en otras industrias, tales como la producción de biopolímeros, etc. [3]

Los biopolímeros se definen como compuestos constituidos por monómeros biológicos, tradicionalmente han sido extraídos de plantas y animales, sin embargo, en las últimas décadas ha cobrado una gran importancia la producción de biopolímeros microbianos por su alto valor comercial.[4] Son compuestos susceptibles a la descomposición primaria a través de la acción enzimática de microorganismos; por lo que son potencialmente biodegradables y su uso a nivel industrial va desde empaquetado hasta los aditivos alimenticios y de los productos químicos industriales a los productos farmacéuticos.[2] Los biopolímeros microbianos se producen a partir de una fermentación microbiana. Existen cuatro principales grupos de biopolímeros atendiendo a su interés industrial: polisacáridos, proteínas, PHA’S y PHB’.

El primer polisacárido descubierto fue el dextrano en 1940, siendo el primero en comercializarse, el segundo fue la goma de xantano obtenida en Norther Regional Research Laboratory (NRRL) del departamento de agricultura de USA, cuando se buscaban alternativas a las gomas de origen vegetal.[5] La goma de xantano es un polisacárido microbiano producido por cepas de Xanthomonas campestris.

Debido a sus múltiples usos la goma de xantano es uno de los mayores biopolímeros comercialmente producidos con una capacidad anual de producción de 30000 ton, que significan ganancias de $408 millones de dólares, esta goma se obtiene empleando diferentes sustratos. [6] Dicha goma presenta una gran cantidad de aplicaciones industriales, debido a la alta viscosidad que proporciona en disolución, incluso a bajas concentraciones, siendo la consistencia de dichas disoluciones muy estable en amplios intervalos de temperatura, pH y pK. [7] Por ello, presenta un amplio abanico de aplicaciones en gran cantidad de industrias.[3]

En general, las casas comerciales establecen dos calidades del producto: grado alimentario y grado técnico. Su presentación es generalmente en forma de sólido, aunque en aplicaciones específicas en el campo de la recuperación del petróleo utilizan caldos de fermentación clarificados. De cualquier forma, el xantano debe cumplir una serie de requisitos referentes a sus características fisicas y químicas.[3]

La estructura química de la molécula de xantano es básicamente similar a la molécula de celulosa. La goma de xantano contiene manosa, glucosa y ácido glucurónico, cada bloque repetido contiene cinco unidades de azúcar -dos unidades de glucosa, dos unidades de manosa y una unidad de ácido glucurónico- que forman una cadena principal y una cadena lateral. La cadena principal está constituida sobre unidades de B-D-glucosa enlazadas a través de las posiciones 1 y 4, como sucede en el caso de la molécula de la celulosa, la cadena lateral consiste en las dos unidades de manosa y la unidad de ácido glucurónico, la unidad terminal 3-D-manosa está unida glicosidicamente a la posición 4 del ácido glucurónico, que vuelve a unirse glicosídicamente con la posición 2 de la ct-D-manosa dicha cadena lateral de tres azúcares se une a la posición 3 de cualquier otro residuo de glucosa de la cadena principal. La distribución de las cadenas laterales es desconocida alrededor de la mitad de los residuos de D-manosa terminales contienen un residuo de ácido pirúvico, unido vía grupo ceto a las posiciones 4 y 6 de la citada molécula de azúcar. La distribución de estos grupos piruvato también es desconocida la unidad D-manosa terminal contiene un grupo acetilo en la posición 6 debido a la presencia de las unidades de ácido pirúvico y ácido glucurónico en la molécula, el xantano es un polisacárido anioníco. [8]

En el xantano se han detectado dos conformaciones hélice y ovillo, en función de la temperatura de disolución. [9] El hecho de que se trate de un polisacárido ramificado, explica, en parte la extraordinaria capacidad espesante y de estabilidad que presentan las disoluciones acuosas de esta goma.[4]

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

Este proceso consta de unas etapas previas como son la conservación, mantenimiento y crecimiento de la bacteria esto con el fin de preparar el inóculo que se empleará posteriormente en la producción de la goma. Estas etapas son críticas debido al estado del microorganismo en el reactor influirá de forma notable, tanto en la duración de la fase de latencia durante la producción como en la calidad del xantano que se obtenga. Para la obtención de la goma de xantano se emplea la cepa Xanthomonas campestris. Esta cepa se cultiva en medio YM para su conservación a una temperatura de 30ºC. Las condiciones de fermentación son muy importantes, debido a que tanto el crecimiento de la bacteria como la biosíntesis del xantano se encuentran afectadas por numerosas variables: el inóculo previo, la composición del medio de cultivo, la aireación y agitación del medio, el pH del medio de cultivo y la temperatura de fermentación. [10]

Para la Fermentación se inocula con la cepa Xanthomonas campestris, se lleva a cabo la preparación del medio A (Tabla #1). Esta solución, se lleva a un reactor de 2 litros, el cual debe ser esterilizado. Luego de esterilizar se inocula la bacteria en el medio, se realiza la fermentación, a condiciones aerobias, a Temperatura de 28ºC y agitación determinada (en varios casos consultados en la literatura se utilizan 140rpm).

Por último se dan las etapas de separación y purificación; una vez obtenido el caldo resultante, se debe dar la eliminación de las bacterias del mismo para poder

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