Análisis del efecto de la luz y la concentración de vinazas tequileras sobre la producción de polihidroxibutirato por Rhodopseudomonas palustris

Abstract

El polihidroxibutirato (PHB) es un polímero de gran interés comercial debido a sus aplicaciones en la industria farmacéutica y médica. Bacterias pertenecientes al grupo de las púrpuras nosulfurosas (PNS) son capaces de sintetizar el polímero como alternativa energética bajo condiciones de estrés. Rhodopseudomonas pseudopalustris pertenece al grupo PNS y ha sido estudiada para la revalorización de residuos industriales debido a su capacidad de asimilación de compuestos. Las vinazas tequileras son uno de los desechos de la industria tequilera, el cual ronda de 10 litros por cada litro de tequila producido, estos desechos contienen una alta concentración de materia orgánica, dentro de las que destacan la concentración de ácidos orgánicos. R. pseudopalustris es capaz de sintetizar PHB e H2 a partir de vinazas tequileras. El uso de bajas concentraciones de sustrato mantiene un ambiente de estrés necesario para la síntesis de PHB, así como una limitación de fosfatos y sulfatos en el medio. Al evaluar las concentraciones de 5, 3, 2 y 1 g/L de vinazas tequileras se observó que a medida que la concentración de vinaza aumentaba, disminuía la concentración de biomasa y de PHB en mg/L. Teniendo la producción máxima (363 mg/L) al utilizar 2 g/L de PHB. Por otro lado, la acumulación máxima fue similar para todas las concentraciones utilizadas, aunque la mayor acumulación se obtuvo con 2 g/L (339 mg/g). Debido a la naturaleza de las vinazas, a medida que la concentración aumenta, también aumenta la concentración de moléculas inhibidoras que se encuentran en el desecho. Por ello, para las futuras fermentaciones se utilizó una concentración de 2 g/L de vinazas. Se realizó una prueba donde se comparó el efecto del reemplazo de la atmósfera, diario y una única vez. Los resultados mostraron que la producción y acumulación del polímero mejoran considerablemente al reemplazar la atmósfera con argón una única vez, lo que se explica por la acumulación de CO2 que se produce por la oxidación de los ácidos orgánicos. A su vez, dicho CO2 se fija por medio del Ciclo de Calvin y sirve nuevamente como fuente de energía química que es posible acumular en forma de PHB. Otra prueba se realizó para comparar el comportamiento de R. pseudopalustris al utilizar un pH 7 y 9. Los resultados no mostraron una diferencia significativa en la producción y acumulación del polímero, a pesar del estrés osmótico que se crea al ajustar el pH a 9. Por ello, para futuras fermentaciones se utilizó pH 7 para fines más prácticos. Al comparar el uso de las intensidades de luz de 3000, 2000, 1000 y sin luz para la producción de PHB se observó que la intensidad de 3000 produjo la mayor concentración de PHB (414 mg/L), sin embargo, la acumulación fue similar en todas las intensidades de luz utilizadas, a excepción de la fermentación sin luz, donde se obtuvo la máxima concentración de acumulación (566 mg/g). Este fenómeno se explica debido a los ácidos producidos durante la fermentación sin luz (acético, propiónico y butírico), que son de fácil asimilación para la síntesis de PHB. La producción máxima de PHB se obtuvo al utilizar la luz blanca (390 mg/L) en comparación con la luz roja (273 mg/L) y blanca (300 mg/L), sin embargo, en el caso de la blanca se tardó 228 horas en llegar a su punto máximo en comparación con 156 horas que les llevó al resto de las luces. En el caso de la acumulación, fue similar en la luz azul (511 mg/g) y roja (545 mg/g). Dicho efecto se explica por la concentración de pigmentos encontrada en la fermentación con luces distintas a las blancas, la desviación de energía para la síntesis de pigmentos se refleja en la disminución de biomasa, pero mayor acumulación del polímero. Finalmente, R. pseudopalustris obtuvo un 54.6% de PHB en la fermentación con luz blanca a una intensidad de 3000 luxes, un pH 7, el reemplazo de atmósfera con argón sólo al inicio de la fermentación y 2 g/L de DQO de vinazas tequileras. Este estudio demostró que a mayor intensidad de luz blanca y menor concentración de carga orgánica de las vinazas de tequila, Rhodopseudomonas pseudopalustris acumula la mayor cantidad de PHB. Sin embargo, el estudio de diferentes tipos de luz ajustando su intensidad y la evaluación de periodos luz/oscuridad se proponen como estudios a futuro para continuar con la línea de investigación.