Instrumentan biorreactor para monitoreo de procesos

Por Felipe Sánchez Banda

Saltillo, Coahuila. 29 de mayo de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- Científicos del Departamento de Investigación en Alimentos (DIA) en la Facultad de Ciencias Químicas (FCQ) de la Universidad Autónoma de Coahuila (Uadec) desarrollan la instrumentación de un biorreactor para el monitoreo en línea de procesos microbianos durante la fermentación en estado sólido (FES), para la producción de compuestos bioactivos.

Esta instrumentación se realizó a través de un bioproceso denominado extracción asistida por fermentación (FAE, por sus siglas en ingles), a partir de residuos de la industria citrícola. 

El objetivo de la investigación, dirigida por el doctor Cristóbal Noé Aguilar González, profesor investigador del DIA y miembro nivel III del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), fue instrumentar un biorreactor para monitorear metabólicamente el crecimiento microbiano vía respiración y determinar el porcentaje de reducción de sólidos de materiales, generalmente residuos agroindustriales, empleados como sustrato del proceso, así como la recuperación de compuestos con actividad antimicrobiana de interés para la industria alimentaria y farmacéutica.

“Básicamente la parte fuerte del proyecto es la instrumentación del biorreactor para el monitoreo en línea del perfil de respiración de los microorganismos, esa es la parte fundamental. Se tiene un sistema modelo, que es el bioproceso para la producción de antioxidantes, que requiere de su evaluación una vez que esté montado e instrumentado”, comentó el maestro en ciencias Ramón Larios Cruz, estudiante de doctorado en ciencia y tecnología de los alimentos en el DIA de la Facultad de Ciencias Químicas de la Uadec y colaborador del proyecto.

Esta investigación parte de la fermentación en estado sólido, un proceso biotecnológico que aprovecha la capacidad de microorganismos fúngicos para que se desarrollen sobre un material de soporte, en ausencia de agua libre.

Dentro de las principales aplicaciones de la FES se encuentra la producción de metabolitos como enzimas, colorantes, compuestos bioactivos, entre otros. Para el proceso se puede utilizar una variedad de soportes, destacando el uso de los residuos agroindustriales.

Aprovechamiento de bioproductos

Los hongos filamentosos son los más utilizados en este sistema debido a su capacidad de penetración en el sustrato sólido para la absorción de nutrientes. En FES, el uso de este tipo de microorganismos es para el aprovechamiento de residuos agroindustriales, en este proyecto se empleó Aspergillus niger GH1.

“Nosotros partimos del proceso de fermentación en estado sólido, que es un proceso muy antiguo utilizado para producir alimentos y que, en años recientes, se ha procurado su modernización en diversos grupos de investigación del mundo. Una de las principales aplicaciones que se buscan es el aprovechamiento de los bioproductos del sector agroindustrial, en nuestro caso, estamos utilizando cáscaras de cítricos como limón, naranja, toronja y mandarina”, explicó el investigador Larios Cruz.

Aspergillus niger GH1. De acuerdo con la investigación, y tomando en cuenta las contribuciones científicas y tecnológicas de la planta piloto de fermentación de la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM), unidad Iztapalapa, grupo científico colaborador de la investigación, el consumo de oxígeno y la liberación de dióxido de carbono (CO₂) son actividades metabólicas que se pueden utilizar para evaluar la síntesis de biomasa en la fermentación. Además, existen variables del proceso que pueden influir en la producción de metabolitos y en el desempeño del biorreactor.

En una etapa del proyecto, para la fermentación, se utilizaron residuos de toronja y Aspergillus niger GH1, midiendo la producción de dióxido de carbono por cromatografía de gases. Los resultados mostraron una reducción de 40 y 56 por ciento de sólidos para los sistemas, de 50 y 70 por ciento de humedad, respectivamente, al final de la fermentación, además de mostrar actividad antimicrobiana con los extractos etanólicos.

“De los resultados ha sido evidente la necesidad de seguir con el estudio del proceso fermentativo, se ha visto que no se le da mucha importancia o se escapa un poco la parte de los factores del proceso fermentativo que influyen en el metabolismo y este, a su vez, va a estar relacionado con la producción de los metabolitos que se requieran”, puntualizó el maestro en ciencias Larios Cruz.

El investigador añadió que la instrumentación para este proyecto ha sido un reto desde evaluar qué tipos de sensores usarán, cómo se colocarán, entre otros aspectos, además del estudio de factores que influyen en el proceso, como la humedad.

“Una vez que se tenga el sistema se puede emplear para diferentes procesos, sobre todo el aprovechamiento de materiales considerados residuales que contienen todavía suficientes compuestos bioactivos que se pueden recuperar, por ejemplo en nuestro caso los antioxidantes. Algunas otras aplicaciones que se tienen es la producción de enzimas y otras biomoléculas”, añadió el científico.

Con la instrumentación del biorreactor, se podrán desarrollar y optimizar estrategias basadas en el concepto de extracción asistida por fermentación con el fin tener aplicaciones potenciales para la industria de los alimentos y el sector médico, mediante la obtención de moléculas benéficas para la salud.

“Este proyecto es la base de muchas investigaciones que se puedan realizar relacionadas directamente en tiempo real con el crecimiento de microorganismos en la producción de los diferentes metabolitos que se requieran, dependiendo de cada proyecto”, precisó el especialista.

 

 

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