aprovechamiento del potencial microbiano del salar de

15
1 Aprovechamiento del potencial microbiano del Salar de Uyuni para la producción de biopolímeros extracelulares Diego Miranda 1,* , Jenny Lundqvist 2 , Carlos Martín 2 , Cristhian Carrasco 1 1 Instituto de Investigación y Desarrollo de Procesos Químicos, Ingeniería Química, Facultad de Ingeniería, Universidad Mayor de San Andrés, P.O. Box 12958, La Paz, Bolivia 2 Department of Chemistry, Umeå University, SE-901 87, Umeå, Sweden * Correspondencia a: [email protected] En el presente trabajo se describe el comportamiento de bacterias productoras de biopolímeros recolectadas del Salar de Uyuni, relacionando parámetros que pudieran afectar sinérgicamente su crecimiento microbiano y producción de “Exopolisacáridos(EPS). Se determinó que la bacteria SU4M (no identificada) presenta mayor crecimiento por lotes y producción de EPS al compararla con otras dos (SC2A y SU4A(a)), identificadas como Bacillus subtilis y Bacillus velezensis. Utilizando la cepa SU4M se estudió la composición del medio salino (%, p/V) NaCl, influencia del pH en el sustrato, relación entre porcentaje de aire y volumen en la fermentación (%, v/v); y el efecto de la fuente de carbón. Se incluye un diseño experimental y cinética específica asociados a la optimización en la producción de EPS por parte de SU4M, en la cual a través de un diagrama específico para el crecimiento microbiano, se pudo observar que la relación entre Aire-Sustrato tiene mayor efecto sobre la cinética, además de una alta influencia de NaCl y la combinación de ambos, indicando una alta dependencia de al menos dos de los tres factores involucrados en el proceso. Determinándose la concentración de NaCl (4%, p/V) como la más idónea respecto al máximo crecimiento y producción de EPS, pH=6,5 y 75(%, v/v) de aire en el medio. Se realizó la separación del biopolímero obteniéndose un liofilizado final de 927,6 mg/L de EPS después de la primera optimización. Finalmente se aprovechó la capacidad de adaptación de SU4M para el uso de sustratos obtenidos de residuos agroindustriales en la generación del EPS. Palabras clave: Halotolerante, exopolisacárido, cinética específica.

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Page 1: Aprovechamiento del potencial microbiano del Salar de

1

Aprovechamiento del potencial microbiano del Salar de Uyuni para

la producción de biopolímeros extracelulares

Diego Miranda1,*, Jenny Lundqvist2, Carlos Martín2, Cristhian Carrasco1

1 Instituto de Investigación y Desarrollo de Procesos Químicos, Ingeniería Química,

Facultad de Ingeniería, Universidad Mayor de San Andrés, P.O. Box 12958, La Paz,

Bolivia

2 Department of Chemistry, Umeå University, SE-901 87, Umeå, Sweden

* Correspondencia a: [email protected]

En el presente trabajo se describe el comportamiento de bacterias productoras de

biopolímeros recolectadas del Salar de Uyuni, relacionando parámetros que pudieran afectar

sinérgicamente su crecimiento microbiano y producción de “Exopolisacáridos” (EPS). Se

determinó que la bacteria SU4M (no identificada) presenta mayor crecimiento por lotes y

producción de EPS al compararla con otras dos (SC2A y SU4A(a)), identificadas como

Bacillus subtilis y Bacillus velezensis. Utilizando la cepa SU4M se estudió la composición del

medio salino (%, p/V) NaCl, influencia del pH en el sustrato, relación entre porcentaje de aire

y volumen en la fermentación (%, v/v); y el efecto de la fuente de carbón. Se incluye un diseño

experimental y cinética específica asociados a la optimización en la producción de EPS por

parte de SU4M, en la cual a través de un diagrama específico para el crecimiento microbiano,

se pudo observar que la relación entre Aire-Sustrato tiene mayor efecto sobre la cinética,

además de una alta influencia de NaCl y la combinación de ambos, indicando una alta

dependencia de al menos dos de los tres factores involucrados en el proceso.

Determinándose la concentración de NaCl (4%, p/V) como la más idónea respecto al máximo

crecimiento y producción de EPS, pH=6,5 y 75(%, v/v) de aire en el medio. Se realizó la

separación del biopolímero obteniéndose un liofilizado final de 927,6 mg/L de EPS después

de la primera optimización. Finalmente se aprovechó la capacidad de adaptación de SU4M

para el uso de sustratos obtenidos de residuos agroindustriales en la generación del EPS.

Palabras clave: Halotolerante, exopolisacárido, cinética específica.

Page 2: Aprovechamiento del potencial microbiano del Salar de

2

Introducción

El rápido agotamiento de los recursos

naturales con las continuas demandas de

una población creciente y las altas tasas de

consumo del mundo de hoy causarán

serios problemas en el futuro. Esto, junto

con las preocupaciones medioambientales,

ha dirigido la investigación hacia la

búsqueda de alternativas en una variedad

de sectores, incluidos los bienes de

consumos sostenibles y respetuosos con el

medio ambiente.

El Salar de Uyuni tiene una amplia variedad

de microorganismos en sus terrenos de

alto nivel de salinidad, sin embargo no

todos son halófilos, en la mayoría de los

casos son halotolerantes, que se cree

tienen un gran potencial para producción

de biopolímeros

El término halotolerante se emplea para

todos aquellos microorganismos que son

capaces de desarrollarse en medios

hipersalinos sin ser inhibidos. En la

actualidad está creciendo el interés por

conocer mejor la gran diversidad de

microorganismos halotolerantes ya que

estos organismos producen una amplia

variedad de metabolitos primarios y

secundarios estables que pueden tener

aplicaciones prácticas, además de una

evidente capacidad de adaptación al medio

en el que se encuentra. Existen

microorganismos que producen

polisacáridos que son excretados al medio

o bien quedan adheridos a la célula en

forma de cápsula. El término

“exopolisacárido” ha sido ampliamente

usado para aquellos polisacáridos

localizados en la superficie externa de las

células microbianas, entre los que se ha

encontrado polímeros de diversa

composición química y propiedades

físicas. Para designar a este tipo de

sustancias se ha acuñado el término EPS,

que se usa para hacer referencia a las

“Sustancias Poliméricas Extracelulares”,

“Exopolisacáridos” o “Exopolímeros”

(Flemming and Wingender, 2010).

Las sustancias poliméricas obtenidos de

fuentes renovables han ganado atención e

interés en los últimos años, tanto en las

comunidades científicas como en los

sectores industriales, debido a su

aplicabilidad. A diferencia de los otros

materiales químicos sintetizados

tradicionalmente, los biopolímeros tienen

un conjunto interesante de ventajas, a

saber, la reducción del impacto ambiental,

el bajo consumo de energía en su

producción, el estado de sus recursos

disponibles, el potencial para agregar valor

a los subproductos y los desechos que

llegan de las industrias además su

particular biodegradabilidad y su

especifidad para su aplicación (Arrieta,

2011).

Por otra parte, el territorio boliviano es uno

de los principales productores de quinua en

Page 3: Aprovechamiento del potencial microbiano del Salar de

3

el mundo con una producción de 70.000

TM (Centro Internacional de Quinua, 2018),

mismo en el cual se tiene como segundo

producto mayoritario a la caña de azúcar

con una producción de alrededor de 1,07

millones de TM (Organización de Técnicos

de la Agroindustria, 2018), por lo que se

cuenta con una gran cantidad de residuos

agroindustriales, los que se estudian con la

finalidad de reemplazar medios sintéticos

costosos.

Durante el desarrollo del presente estudio

se han realizado el mantenimiento y

activación de cepas aisladas en el Salar de

Uyuni. La selección de microorganismos se

realizó con base a su potencial para la

producción de EPS. Los microorganismos

estudiados tienen mayor desarrollo con la

presencia de sal en altas cantidades, sin

embargo una excesiva cantidad de sal los

inhibe, por lo que se ha determinado que

estos microorganismos son halotolerantes,

los que toleran la sal, y no halófilos, que

requieren sal.

Se realizó el estudio de tres bacterias

productoras de Exopolisacáridos (EPS),

codificadas como: SU4M, SU4A(a) Y

SC2A, de acuerdo a la región andina de

donde fueron colectadas. Se realizó el

análisis del crecimiento bacteriano

variando los siguientes parámetros que se

consideraron relevantes: pH, relación

volumétrica entre el sustrato y el aire,

concentración de sal, concentración de

glucosa, xilosa como fuente principal de

carbono. Habiéndose obtenido el EPS, se

separó y purificó, para su posterior

identificación.

Finalmente se aprovechó la capacidad de

adaptación observada de la cepa para el

uso de sustratos complejos obtenidos de

residuos agroindustriales (tallos de quínoa

y melaza de caña de azúcar), para la

generación del biopolímero, sugiriendo

como hipótesis que es posible producir el

EPS con estos medios.

Materiales y Métodos

Los ensayos se realizaron en las

instalaciones del Instituto de Investigación

y Desarrollo de Procesos Químicos

(IIDEPROQ) de la Universidad Mayor de

San Andrés, La Paz, Bolivia (3600

m.s.n.m.), con la colaboración del Instituto

de Investigaciones Fármaco Bioquímicas

(IIFB), y Departamento de Química,

Universidad de Umeå, Suecia.

Se identificaron dos cepas microbianas a

través de un estudio de caracterización en

la Universidad de Umeå, Suecia, en el que

se realizó la Secuenciación de la Próxima

Generación (GNS), además se utilizó un

microscopio electrónico de barrido (SEM).

Se realizó la preparación de cultivos

sólidos para mantenimiento y activación de

las bacterias halófilas, con la composición

descrita previamente (Chambi, 2017), se

prepararon tres muestras de diferentes

Page 4: Aprovechamiento del potencial microbiano del Salar de

4

cepas (SU4A(a), S2CA y SU4M) en frascos

de 10ml y posteriormente se cultivaron a

35ºC por 72 horas. Para el medio solido se

utilizó un cultivo base que favorece la

producción de EPS (%, w/v): NaCl 5;

MgSO4×7H2O 0.025; CaCl2×2H2O 0.009;

KCl 0.05; NaBr 0.006; Peptona 0.5;

Extracto de Levadura,0.5; Glucosa, 0.2;

agar 2.0 (Ventosa A., 1982). A partir de

cultivos solidos se prepararon cultivos

líquidos de 10 ml para la activación y

estudio del crecimiento bacteriano, se

utilizó una composición de 50 g/L de NaCl

para la incubación durante 48 horas a

35ºC, hasta densidad óptica (D.O.) 0,500

mínimamente. Inicialmente se preparan

tres medios de cultivo idénticos y se

inocularon con cada cepa por separado, se

colectaron muestras en intervalos iguales

de tiempo y se midió D.O. a 600 nm para

determinar el crecimiento bacteriano. A

continuación se prepararon cinco muestras

de caldo de volumen 1L con concentración

variable de 3, 4, 5, 6, 7 (%, w/v) de NaCl,

se inoculó e incubó a 35ºC y 100 rpm

(Orbital Shaker Incubator, mrc) durante 96

horas, se recolectaron muestras en

intervalos de 2 a 3 horas y se realizó la

lectura de D.O. por medio de un equipo de

espectrofotometría y fluorescencia

(VarioSkan, Thermo, Alemania) a 600nm.

Se evaluó el comportamiento microbiano

variando el volumen de aire presente en el

medio durante la fermentación, realizando

cultivos con 35, 50, 60 y 75 (%, v/v) en aire,

se recolectaron muestras hasta alcanzar

25 días de incubación, se analizó D.O. a

600nm (determinado por un barrido

espectral en espectrofotómetro) para el

crecimiento bacteriano y a 340nm para la

producción de EPS. El comportamiento en

función al pH se evaluó utilizando tres

valores: 4,4; 5,5 y 6,4 de pH. Para evaluar

el efecto de la fuente de carbono se trabajó

muestras de sustrato con concentración de

azúcar variable 5, 10 y 20 g/L de glucosa,

además una muestra con xilosa 20g/L, se

colectaron muestras durante 96 horas y se

registraron los datos de D.O.

Se realizó la extracción y separación del

metabolito principal, llevando el caldo a

centrifugadora a 11320xg y 4ºC para la

separación de la biomasa. Se precipitó el

sobrenadante con alcohol frio al 96% en

una relación de volumen de 1:3 durante 24

horas a 4ºC. Se llevó la solución obtenida

a centrifugadora a 14 000xg por 20 minutos

para separar el biopolímero. Se realizó una

purificación por medio de membranas de

diálisis (Spectra/Por de 10KD) con

agitación durante 36 horas a 10ºC.

Finalmente se liofilizó a -80ºC para obtener

el EPS.

Posteriormente se realizó el Diseño

Experimental, se eligió un diseño 2^k, con

3 factores, por duplicado, resultando un

total de 16 pruebas para el crecimiento

microbiano y las mismas para producción

de EPS. Para este diseño se han elegido

Page 5: Aprovechamiento del potencial microbiano del Salar de

5

los niveles alto y bajo de acuerdo al

comportamiento que demuestra la cepa

seleccionada en función de las variables

que influyan en mayor grado al desarrollo

del microorganismo, por lo que se

prepararon 16 sustratos diferentes y se

incubaron bajo las mismas condiciones

(35ºC y 100 rpm; Orbital Shaker Incubator,

mrc) en matraces Erlenmeyer de 250 ml,

hasta un tiempo significativo de 48 horas,

tomando muestras cada 2 horas durante

las primeras 24. A través de turbidimetría

se colectaron los datos de D.O. asociados

(VarioSkan, Thermo, Alemania), con los

mismos se desarrolló el diseño

experimental en el programa Minitab18.

Habiéndose obtenido el análisis factorial

del diseño se determinaron los efectos de

los factores involucrados.

Finalmente se realizaron los ensayos de

pretratamiento a los residuos

agroindustriales. Para los tallos de quinua,

inicialmente se realizó una fragmentación

mecánica con molino de tres aspas. A

continuación se utilizó una hidrolisis acida

con explosión de vapor a una temperatura

de 200ºC por 5 minutos, obteniendo una

mezcla de lodo y licor, ricos en azúcares

fermentables. Por otro lado la melaza

simplemente se ha esterilizado,

habiéndose caracterizado su composición

en azucares mediante ºBrix.

Finalmente se realizó la adaptación de la

cepa SU4M al medio con hidrolizados de

quínoa de forma gradual, inicialmente en

una relación del 10% hasta 50% (g de

Glucosa en el hidrolizado/g Glucosa total

en el sustrato). De igual forma se realizó la

adaptación de la cepa al sustrato complejo

de Melaza, hasta reemplazar por completo

la concentración requerida de la fuente de

carbón, 100% (g de sacarosa en la

melaza/g azúcar total en el sustrato).

Resultados y Discusión

En el proceso de activación y

mantenimiento de cepas se observa de

manera evidente la formación de biofilm.

Se realizaron las lecturas de barrido de

absorbancia para determinar la longitud de

onda característica del biopolímero

determinándose el valor de lectura a 340

nm.

Figura 1. . Producción de biopolímero. a) SC2A. b) SU4A(a). c) SU4M, esta última presenta mayor producción de biopolímero.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

D.O

. (34

0nm

)

Tiempo (h)SU4A(a) SU4M SC2A

Page 6: Aprovechamiento del potencial microbiano del Salar de

6

SU4M mostró mayor producción de

biopolímero en idénticas condiciones en

contra de las otras cepas, como se ve en la

Figura 1.

Se realizó la identificación de dos cepas en

estudio. SC2A se identificó como Bacillus

subtilis sp. (Fig. 2), SU4A(a) fue

identificada como Bacillus subtilis y Bacillus

Velenzis (Fig. 3).

Figura 2. SC2A: Bacillus subtilis sp.

Figura 3. SU4A(a): Bacillus subtilis. Presencia de Bacillus Velenzis En ambos casos se trata de un bacilo

adaptado o mutado debido al suelo

hipersalino donde se ha desarrollado, lo

cual le proporciona al producto generado

diferentes propiedades de alto interés, sin

embargo SU4M que presenta mayor

producción de biopolímero aún no ha sido

identificada.

Con objeto de determinar la fase del

crecimiento en la que existe mayor

producción de exopolisacáridos variando

parámetros que afectar el proceso se

realizaron determinaciones de D.O. de

cultivos a 600 nm, datos comparables a los

obtenidos por Mata (Mata, J 2006).

La concentración de NaCl que presentó

mayor densidad óptica a 600nm, para

crecimiento microbiano de SU4M fue del 4

(%, w/v), como se muestra en la figura 4.

Figura 4. Densidad óptica en relación a la concentración variable de NaCl. La producción de biopolímero en relación a

la concentración de sal se evaluó a 340nm.

Se puede observar que existe mayor

producción con 3(%, w/v) de NaCl en las

primeras 48 horas es decir en la fase

exponencial del crecimiento bacteriano,

pasado este tiempo el producto generado

con la concentración 4(%, w/v) alcanza y

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Ab

sorb

anci

a (3

40n

m)

Tiempo (h)3% NaCl 4% NaCl

5% NaCl 6% NaCl

Page 7: Aprovechamiento del potencial microbiano del Salar de

7

supera la anterior mencionada, tal como se

observa en la figura 5.

Figura 5. Efecto de la concentración de NaCl en la producción de biopolímero.

Los valores registrados de D.O. para

cultivos con 35, 50, 60 y 75 (%, v/v) de aire,

el restante sustrato, se muestran en la

figura 6, estos se registraron durante 25

días para asegurar el estado estacionario,

observando evidentemente que existe

mayor crecimiento microbiano con 75

(%v/v) de aire.

Figura 6. Influencia del volumen de aire durante el crecimiento microbiano

Para el mismo efecto se evaluó la cantidad

de EPS producido en estas condiciones,

siendo relevante solo la fase exponencial

que se presenta dentro de las primeras 48

horas desde la incubación.

Se observó que se obtiene mayor cantidad

de EPS con una relación de 75%, sin

embargo con una relación del 60% la

producción de EPS es bastante cercana a

la anterior, cabe notar que a mayor

cantidad de aire se produce mayor

cantidad de EPS, figura 7.

Figura 7. Influencia del volumen de Aire presente en el medio de cultivo para la producción de EPS Los valores de pH recolectados durante un

periodo de 25 días muestran un

crecimiento más rápido cerca de pH = 6,5

en los primeros 4 días, sin embargo existe

un momento en el que con pH más acido

existe mayor D.O., se atribuye al aumento

de la fase de latencia, periodo en el que la

cepa enfrenta las condiciones del sustrato

en un ambiente de mayor estrés que lo

obliga inicialmente a adaptarse y

posteriormente se desarrolla con

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 20 40 60 80 100

D.O

.

Tiempo (h)3% NaCl 4% NaCl 5% NaCl

6% NaCl 7% NaCl

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 100 200 300 400 500 600

D.O

.

Tiempo (h)

60% AIRE 75% AIRE 35% AIRE

0,5

1

1,5

2

2,5

0 20 40

Ab

sorb

anci

a (3

40n

m)

Tiempo (h)75% AIRE 60% AIRE 35% AIRE

Page 8: Aprovechamiento del potencial microbiano del Salar de

8

normalidad. Los valores obtenidos de la

observación se muestran en la figura 8.

Figura 8. Comportamiento del crecimiento

microbiano en relación al potencial de

hidrogeno, primeros 9 días.

La producción de EPS en las primeras 48

horas, es mayor cuando el pH del sustrato

se encuentra cerca de la neutralidad; se

resalta que en la etapa de crecimiento para

Bacillus subtilis (ya estudiada antes), el pH

utilizado normalmente es ligeramente

básico, pH = 8. Se especula que durante la

etapa de acondicionamiento de la bacteria

en un pH más acido no existe producción

de EPS, sin embargo después de 72 horas

si se produce el biopolímero en cantidades

poco menores; se puede apreciar en la

figura 9.

El efecto de la fuente de carbono sobre el

crecimiento se muestra en la figura 10 para

lo cual se evaluó las concentraciones de

Glucosa del 5, 10 y 20 g/L, además una con

xilosa 20 g/L, en la misma se puede

observar que existe mejor desarrollo del

microrganismo a 5g/L de glucosa. Es

evidente que la cepa tiene preferencia por

Glucosa como fuente principal de carbón,

sin embargo es capaz de utilizar también

Xilosa y probablemente incluso disacáridos

como la sacarosa o azúcares simples

mixtas.

Figura 9. Influencia del pH en la producción del EPS.

Figura 10. Influencia de la fuente de carbón en el crecimiento bacteriano

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 50 100 150 200

D.O

.

Tiempo (h)pH 4,4 pH 5,5 pH 6,2

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

-10 10 30 50A

bso

rban

cia

(340

nm

)Tiempo (h)

4,5 5,5 6,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

-2 18 38 58 78 98

D.O

.

Tiempo (h)

5 g/L (G) 20g/L (G)

10g/L (G) 20g/L (X)

Page 9: Aprovechamiento del potencial microbiano del Salar de

9

En el proceso de Extracción y separación

se llegó a recuperar hasta 727,5 mg/L de

EPS, obteniéndose este como sólido libre

de humedad, el cual supera la producción

de Bacillus subtilis que reporta 15,8 mg/L

de EPS en un medio basal para producción

del mismo (Vijayabaskar, P y col. 2011).

Habiéndose realizado un diseño

experimental específico para la cepa

SU4M, se analizaran dos diferentes

modelos, el primero se basa en el

crecimiento bacteriano y el segundo en la

producción de EPS.

En la figura 11, diagrama específico para el

crecimiento microbiano, se puede observar

que la relación de volumen entre Aire-

Sustrato tiene mayor efecto sobre el

crecimiento microbiano, además se

observó una alta influencia en la

concentración de NaCl y la combinación de

ambos factores, indicando una alta

dependencia dos de los tres factores

involucrados para el crecimiento.

Figura 11. Diagrama de Pareto para análisis de crecimiento bacteriano (Minitab18).

Figura 12. Evaluación de efectos en el crecimiento bacteriano (Minitab18).

En la Figura 12 se aprecia que los valores

más altos de crecimiento se registran a

altas concentraciones de glucosa, bajas de

NaCl y mayor volumen de aire en la

relación volumétrica con el sustrato.

Por otro lado para la producción de EPS se

tiene la Figura 13, se puede notar que

tienen mayor efecto la relación de

volúmenes entre Aire-Sustrato, además

una influencia apreciable en la

concentración de NaCl, indicando una alta

dependencia también de estos dos factores

involucrados para el crecimiento.

Figura 133. Diagrama de Pareto para análisis de producción de EPS (Minitab18).

Page 10: Aprovechamiento del potencial microbiano del Salar de

10

En la figura 14 se aprecia que los valores

más altos producción de EPS se registran

a altas o bajas concentraciones de

glucosa, bajas concentraciones de NaCl y

definitivamente cuando mayor volumen

de aire existe en relación con el sustrato.

Figura 144. Evaluación de efectos en la producción de EPS (Minitab18).

Para el análisis de Cinética específica de

SU4M se muestra la figura 15. Se observa

que existe una fase de 8 horas, a partir de

este momento inicia el crecimiento

microbiano de manera exponencial con

pendiente negativa, se puede suponer

una fase exponencial hasta 24 horas.

Figura 15. Curva característica de SU4M ajustada.

Para evaluar la cinética específica de esta

cepa se usó la ecuación de Monod:

𝜇 =𝜇𝑚𝑎𝑥∗[𝑆]

𝐾𝑚+[𝑆] …(1)

Después del análisis realizado se obtiene

los datos de velocidad específica de

crecimiento para SU4M y Km para

glucosa como sustrato (Figura 16).

Figura 156. Tasa de crecimiento específico μ en función de la concentración de sustrato S para SU4M

A través del análisis del modelo de Monod

se determinó el valor de Km.

𝒌𝒎 = 𝟎, 𝟒𝟏𝟎𝟕𝟔𝟏𝟕𝟕

El valor de Km sugiere que la cepa tiene

alta afinidad por el sustrato utilizado, es

decir tiene alta afinidad por Glucosa como

sustrato.

Se realizó el proceso de Extracción y

separación luego del diseño experimental

recuperando hasta 927,6 mg/L de EPS,

obteniéndose este como sólido libre de

humedad, el cual supera la producción

realizada antes de la primera

optimización.

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

0 10 20 30 40 50

LN D

.O.

Tiempo (h)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

µ vs S µmax

Page 11: Aprovechamiento del potencial microbiano del Salar de

11

Finalmente el pretratamiento de la materia

lignocelulósica residual se ha realizado en

un reactor de explosión de vapor (Anexo

A) habiéndose obtenido una

concentración promedio de 5g/L de

Glucosa aprovechable, con la que se

realizó la adaptación de la cepa SU4M en

medio líquido y se pasó a medio sólido. Se

observó la formación de Biofilm

característica en la formación de

biopolímeros como se ve en la figura 17.

Figura 17. Cultivo sólido de SU4M en hidrolizados de tallos de Quínoa.

De igual forma se utilizó melaza en el

cultivo sólido y líquido, para reemplazar la

fuente de carbón. La concentración de

azúcar en la melaza fue de 70ºBrix. Para

la preparación de sustrato fue necesario

2,67ml de melaza en 100 de sustrato, y se

agregó únicamente NaCl en la

composición óptima sugerida del anterior

análisis cinético. Se observó un evidente

crecimiento de la biomasa y formación de

Biofilm (Figura 18).

Figura 18. Cultivo liquido de SU4M en sustrato complejo de Melaza de caña de azúcar.

Conclusiones

Las bacterias aisladas en la localidad de

Uyuni han demostrado tener potencial

para la producción de EPS,

especialmente en condiciones de estrés,

es decir presencia de NaCl, pudiendo

desarrollar biopolímeros incluso en pH

ácidos, lo que implica un alto potencial

para el escalamiento de este bioprocesos,

ya que la bacteria no se ve afectada con

las variaciones en el pH durante la cadena

de producción, además estos entornos

obligan a una mayor producción de

metabolito primario. SU4M ha

demostrado mayor producción de EPS y

ha mostrado una evidente capacidad de

adaptación, estos resultados favorecen a

la intención de utilizar fuentes de carbón

de residuos agroindustriales, siendo

fuentes más baratas para la producción

del metabolito primario. Se ha identificado

la cinética específica de este

Page 12: Aprovechamiento del potencial microbiano del Salar de

12

microorganismo con el fin de poder utilizar

biofermentadores de mayor capacidad de

producción. Finalmente se ha demostrado

que es posible utilizar sustratos complejos

para la generación de biopolímeros

utilizando esta cepa SU4M.

En general este biopolímero adquiere

interés por sus propiedades, teniendo

posibles aplicaciones en nanotecnología

(en estudio), entre otros.

Referencias Bibliográficas

Argianas, A. (2015) ‘Characterization of

exopolysaccharide (EPS) produced by

Bacillus subtilis mutants’, ProQuest

Dissertations and Theses, p. 111.

Available at:

https://search.proquest.com/docview/176

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Agradecimentos

SIDA (Swedish International

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Swedish Research Council.

Page 14: Aprovechamiento del potencial microbiano del Salar de

14

ANEXO A

REACTOR DE EXPLOSION DE VAPOR (HIDROLOZADOR)

Caldero

Reactor

Panel de control

Ciclón de

descarga

Válvula de

cámara

Purga

Page 15: Aprovechamiento del potencial microbiano del Salar de

15

ANEXO B

Ilustración 1 Formación de biopolímeros en

muestra diaúxica. Se precipitó utilizando etanol. 1) Biofilm formado por xilosa. 2) Biofilm formado por glucosa

Ilustración 2 Microrganismos en etapa de incubación en incubador agitador orbital

Ilustración 3 Análisis de muestras en VariosKan

Ilustración 4 Bacillus Subtilis sp y Bacillus Velenzis

Ilustración 5 . Exopolisacárido libre de humedad (Liofilizado final)