82718029 Aragon Oscar Biofabricas 2007

Aislamiento y determinac ión de la estructura del gen que codifica para la esterol 14 α demetilasa de Mycosphaerella fijiensis . Mónica Juliana Angarita Velásquez, Juan Manuel Restrepo

Flórez .

Bioagricultura u rbana. Lucía Atehortúa Garcés

Escalado del proceso discontinuo alimentado por pu lsos con retención celular completa de 20

a 200 litros para la producción de Bacillus thuring iensis serovar kurs taki en la planta piloto de la Corporac ión para Investigaciones Biológicas -CIB-. Madalyd Yurani Ve ra Peña.

Estab lecim iento de suspensiones celu lares de borojó (Borojoa patinoi Cuatrec). Cata lina Giraldo

Estrada .

Estandarización de un protocolo para la obtención de callos fr iab les de Borojó (Borojoa

patinoi) Fase I. Mauricio Martínez Duque.

Evaluación de la colonización y producc ión del hongo Lentinula edodes Pegler en bloques artificiales a base de residuos agroindustriales . Va leska Villegas Escobar

Evaluación in vitro d e la acción del ácido 2 ,4 diclorofenoxiacetico (2,4-d) y el thidiazuron (tdz)

en la producción de callos embriogenicos en el plátano variedad Domin ico (aab) Fase I. Silvia

Elisa Buitrago Giraldo

Modelam iento de la estructura trid imensional de la es terol 14 α demetilasa del hongo

fitopatógeno Mycosphaerella fijiensis . Juan Manue l Restrepo Flórez, Mónica Juliana Angarita Ve lásquez

III Simposio Biofabricas

Promoc ión de la primera biofábrica de la Orinoquía colombiana para la propagación masiva de

espec ies vegetales promisorias. Gelver Raúl Heredia Pastor

Transformación genética de caña de azúcar (Saccharum spp.): requisito esenc ial para su uso como futura biofábrica. Fernando Ange l S.


Aislamiento e identificación de cepas microbianas nativas del corozo chiquito (Bactris minor), cosechado en el departamento de Córdoba y su potencial uso en la producción de vinos. Deivis Enrique Luján Rhenals

Aislamiento y caracterización de bacteriocinas producidas por Lactobacilllus plantarum LPBM10 en suero de leche. Pedro Felipe Feria Cáceres

Diseño de experimentos aplicado a la producción biológica de ácido fumárico. Oscar Hernán Vasco Echeverri

Efecto de las condiciones de hidratación del grano de soya sobre las características de la bebida fermentada. María Angélica Benavides Martín

Iniciativas para el uso de Genómica Nutricional para reducir la deficiencia de micronutrientes en humanos. Joe M. Tohme

Obtención de proteína unicelular a partir de desechos agroindustriales como el bagazo de caña. Luz Adriana Gutiérrez Ramírez

Producción de ácido l-aspártico por métodos biológicos. Juan C. Oviedo Lopera

Producción de proteína pigmentada a partir de Rhodotorula mucilaginosa. Camilo Fernández Martínez


Aislamiento y evaluación de microorganismos celulolíticos a partir de residuos vegetales frescos y en compost generados en un cultivo de crisantemo (Dendranthema grandiflora). Adriana Matiz Villamil

Biodegradación de cianuro empleando células inmovilizadas. Catalina Giraldo Estrada

Características fisicoquímicas y microbiológicas de biomasa inmovilizada sobre soportes de PVC en un reactor anaerobio horizontal Darío Gallego S., Maria Elena González

Comportamiento de un humedal artificial de flujo vertical (HVF) con variaciones de carga hidráulica: aspectos microbiológicos. Diana Lucía Cristancho M.

Cuantificación de microorganismos involucrados en el ciclo del nitrógeno de tres humedales artificiales de Ginebra (Valle del Cauca). Irma Janeth Sanabria

Establecimiento de un modelo matemático a escala laboratorio del proceso de producción de un polímero tipo polihidroxialcanoato (pha), utilizando la cepa nativa Burkholderia cepaci. Magnolia Acosta Barón

Evaluación de la capacidad de sorción del alga Gracilaria mammillaris para plomo (II) y cromo (III). Cherlys Infante Jiménez

Evaluación de la higuerilla como materia prima para una biorefineria sostenible Carlos Andrés Sánchez Pedraza

Modelo fenomenológico y diseño de planta compacta para tratamiento biológico de agua residual doméstica. Luz Adriana Quintero Rendón


Obtención de L y D lactatos ópticamente puros en Eschericchia coli. Alfredo Matínez Jiménez.

Proceso fotocatalítico y biológico como alternativa para la degradación de cianuro presente en aguas residuales. Catalina Giraldo Estrada

Producción de abonos y enmiendas orgánicas a partir del aprovechamiento de los biosólidos generados en la planta de San Fernando (Medellín-Colombia). Carlos Alberto Peláez Jaramillo.

Remoción de nitratos y fosfatos de aguas residuales de tratamiento primario de la microalga Dunaliella salina. Alejandro Acosta Cárdenas

Remoción simultánea de materia orgánica, nitrógeno y fósforo mediante una serie de procesos biológicos unitarios. Julio Cesar Saldarriaga Molina


Detoxificación de jarabe de la planta de banano con hidróxido de calcio Ca(OH)2 para fermentación alcohólica. Sandra Liliana Daza Levaza

Diseño de procesos biotecnológicos empleando una estrategia basada en optimización: aplicación preliminar en la producción de bioetanol. Óscar Julián Sánchez Toro

Estabilidad de biorreactores convencionales y no convencionales. Isabel Cristina Paz Astudillo

Estado del arte para la obtención de etanol a partir de residuos agroindustriales. Alfredo Matínez Jiménez.

Estudio de viabilidad técnica de la producción de 1,3 propanodiol (1,3 PD) a partir de glicerol con nuevas cepas colombianas de Clostridium sp a nivel laboratorio. Oscar Leonardo Aragón Caicedo

Ingeniería genética en rutas metabólicas de Saccharomyces cerevisiae para incrementar la productividad de etanol. Jorge Alberto Vásquez Castillo


Adaptación de microorganismos compatibles con Acidithiobacillus ferrooxidans y Acidithiobacillus thiooxidans a un sustrato de carbón con alto contenido de azufre. Isabel Cristina Cardona Rendón

Diseño de un reactor de tanque agitado para un proceso de biooxidación de sulfuros. Diana Arroyave Gómez

Evaluación de un proceso de biodesulfurización de carbones caucanos en una columna empacada. Gerardo Andrés Caicedo Pineda

Influencia del tamaño de grano en la oxidación bacteriana de galena (pbs), por Acidithiobacillus ferrooxidans, mediante análisis de microscopia electrónica de barrido y FTIR 1. Marco Antonio Márquez Godoy


Exploración de la inmovilización y determinación de la vida útil de la lipasa b de la Candida antarctica para la epoxidación del aceite de palma. Gabriel Leonardo Lozano Betancourt

Hidrólisis enzimática de compuestos cianogénicos presentes en almendras y maracuyá utilizando (β-glucosidasa- emulsina) Guillermo Arrázola Paternita

Licuefacciòn enzimática de pulpa de banano verde con alfa amilasa. Janet Cristina Serna Porras

Modelamiento matemático de la producción de la enzima recombinante iduronato 2-sulfato sulfatasa (IDShr) en Pichia pastoris. Diego Fernando Mendoza Muñoz

Obtención de enzimas pectolíticas en fermentación sumergida a partir de Aspergillus niger para aplicaciones en la industria de alimentos. Lena Prieto Contreras

Obtención de pectinasas a partir de residuos agroindustriales. Mabel Milena Torres Taborda.

Un medio de cultivo “económico” para producir renina microbiana. Natalia Andrea Gómez Vanegas, Angélica María Miranda Villamil


Biomateriales y microfabricación en terápias regenerativas y reparativas. Daniel Gallego Pérez

Cambios en aminoácidos cercanos a los residuos catalíticos, modifican el peso molecular de los productos de la inulosacarasa de L. citreum. María Elena Rodríguez Alegría

Caracterización analítica de proteínas recombinantes usadas como biofármacos. Norma Adriana Valdez Cruz

Cultivo autólogo de condrocitos para tratamiento de lesiones condrales en pacientes con trauma articular. Mónica Echeverry Rendón

Del gen al biofármaco: expresión de proteínas heterólogas. Norma Adriana Valdez Cruz

Diseño de un sistema de biorreacción para la producción de escopolamina por cultivo in vitro de raíces de Brugmansia candida. Ángela María Otálvaro Álvarez

Diseño y construcción de una matriz tridimensional de hidroxiapatita sintética macroporosa para su aplicación en ingeniería de tejidos. Alejandra Rodríguez Barrera

Los cultivos de alta densidad celular en la producción de biofármacos. Mauricio Alberto Trujillo Roldán

Obtención de células madre mesenquimatosas de la médula ósea humana y su potencial uso como modelo de evaluación de biomateriales. Catalina Pineda Molina

Producción de biomasa del hongo medicinal Ganoderma lucidum en reactores a escala de laboratorio y determinación de la demanda especifica de consumo de oxígeno. Ana María Torres López


Producción de interferon beta 1b recombinante en cultivos alimentados de Escherichia coli. Mauricio Alberto Trujillo Roldán

Producción de melanina con bacterias. Alfredo Martínez Jiménez

Producción de proteínas recombinantes terapéuticas en sistemas microbianos. Mauricio Alberto Trujillo Roldán

Producción de un pigmento a partir de una cepa nativa bacteriana. Darío Naranjo Fernández

Producción del factor estimulante de colonias de granulocitos humano recombinante (rhug-csf) en lote alimentado con fermentación de alta densidad celular de Escherichia coli. Mauricio Alberto Trujillo Roldán

Síntesis y caracterización de un co-polímero biocompatible para ser usado como soporte de cultivo celular. Natalia Becerra


Análisis de parámetros físicos/físicoquímicos en el aislamiento de bacterias con propiedades magnetotácticas. Viviana Karina Morillo López

Bioética global: desde las raíces de Margaret Mead hasta las proyecciones de la intuición de Van Rensselaer Potter. Carlos Eduardo de Jesús Sierra Cuartas

Cálculo de la solubilidad de proteínas en soluciones acuosas: un enfoque termodinámico. Jorge Iván Rossero Agudelo

Conozcamos nuestra biodiversidad para desarrollar productos biotecnológicos. Dolly Montoya Castaño.

Cultivo de bacterias magnetotácticas. Alejandro Salazar V.

El papel de la propiedad intelectual y las biofábricas de biotecnología vegetal en el desarrollo de las economías universitarias dentro del mercado mundial de las ideas. Gustavo Adolfo García Arango

De la Ciencia Abierta y Cercana a la Ciencia en Bicicleta. Luz Marina Restrepo M.

Parámetros de un modelo UNIQUAC extendido para sistemas electrolíticos para la lipasa de Candida rugosa a partir de una relación de equilibrio termodinámico. Jorge Andrés Moncada Escudero

Procesos de biotransformación mediante hongos fitopatógenos una alternativa para la obtención de productos químicos especializados. Iván Darío Valverde Pedraza

Producción biológica de mezcla acetona butanol Diana Marcela Vanegas Hernández


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Resumen Simposio Biofábricas Titulo: Estudio de la viabilidad técnica de la producción de 1,3 – propanodiol (1,3-PD) a partir de glicerol con nuevas cepas colombianas de Clostridium sp. a nivel laboratorio Autores: Dolly Montoya Castaño (*), Oscar Aragón Caycedo Institución: Universidad Nacional de Colombia. Sede Bogotá. Instituto de Biotecnología Área temática: Bioprocesos Dirección: Universidad Nacional de Colombia, A. A. 14490, Bogotá D. C., Colombia Teléfono: (57)(1)3165000 extensión 16951 fax: 3165415 Correo electrónico: [email protected] Palabras clave: Clostridum sp, Cepas nativas colombianas, glicerol, 1,3-propanodiol, biodiésel, fermentación Keywords: Clostridum sp, Colombian native strains, glycerol, 1,3-propanediol, biodiesel, fermentation Resumen: El propósito de este trabajo es valorizar el glicerol crudo proveniente de la industria de biodiésel a través de su conversión biotecnológica a 1,3-propanodiol, un solvente de alto valor agregado. Para lo anterior se evalúo el potencial de producción del diol a partir de glicerol USP de 13 cepas nativas pertenecientes a un nuevo tipo de bacterias, aisladas de suelos colombianos, relacionadas con Clostridium butyricum, a nivel laboratorio. Se analizaron diferentes condiciones de fermentación, ya optimizadas en un medio de cultivo diseñado para la fermentación acetobutílica, para observar su efecto sobre la producción del diol, con una cepa nativa promisoria. De las condiciones de operación analizadas (concentración de glicerol, velocidad de agitación y pH de fermentación) se determino que la cepa nativa IBUN 158B en fermentación por lote, presenta un mayor rendimiento molar (0.71 mol de PDO/ mol de glicerol) y una mayor productividad volumétrica (1.23 g PDO / L- h) en las condiciones de operación del medio optimizado para la fermentación acetobutílica (50 g/L de glicerol USP, 200 rpm y pH 7.0). Los resultados obtenidos mejoran o superan a otras cepas silvestres internacionalmente reconocidas como buenas productoras de 1,3-propanodiol. Por lo anterior se concluyó que la producción del diol con esta cepa nativa presenta viabilidad técnica y se continuarán estudios enfocados hacia la optimización de la fermentación y el proceso de separación del metabolito de interés. (*) a quien la correspondencia debe ser dirigida.

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Estudio de la viabilidad técnica de la producción de 1,3 – propanodiol (1,3-PD) a partir de glicerol con nuevas cepas colombianas de Clostridium sp. a nivel laboratorio

Dolly Montoya Castaño (*), Oscar Aragón Caycedo

Instituto de Biotecnología Universidad Nacional de Colombia.

A. A. 14490, Bogotá D. C., Colombia [email protected]

2007

Palabras clave: Clostridum sp, Cepas nativas colombianas, glicerol, 1,3-propanodiol, biodiésel, fermentación Keywords: Clostridum sp, Colombian native strains, glycerol, 1,3-propanediol, biodiesel, fermentation

(*) a quien la correspondencia debe ser dirigida.

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Introducción Con excepción de la hidroelectricidad y la energía nuclear, la mayor parte de la energía consumida a nivel mundial viene del petróleo. Sin embargo, estos recursos son limitados y se estima que serán consumidos para finales del siglo XXI (Shuchardt et al., 1998). Por lo tanto, se requieren combustibles que provengan de fuentes renovables para enfrentar las necesidades energéticas del mundo, tales como el etanol y el biodiésel. En la producción de 100 libras de biodiésel se consumen aproximadamente 100 libras de aceites vegetales y 10 libras de metanol, obteniéndose como subproducto 10 libras de glicerol (Zappi et al., 2003). La industria de biodiésel, en Europa y Estados Unidos, ha tenido un rápido desarrollo por lo cual la cantidad de glicerol como subproducto de la transesterificación se incrementa constantemente. Este incremento masivo hace que el precio del glicerol en el mercado colapse (Hirschmann et al., 2005). Colombia también ha entrado en un proceso de sustitución de combustible diesel por biodiésel a partir de aceite de palma, ya que el gobierno nacional ha desarrollado estrategias para impulsar la producción de biodiésel a nivel nacional (ANDI, 2005) y evitar que el país se convierta en importador neto de petróleo desde el año 2009 (Colciencias, 2004). Es necesario encontrar estrategias de conversión para este glicerol de forma que se convierta es una fuente de ingresos clave para las industrias de biodiésel (Zappi et al., 2003; Holbein et al., 2004) y no permitir que este subproducto se convierta en un problema ambiental en el país. Una alternativa para este glicerol no purificado, es ser usado como un excelente sustrato de fermentación para la producción de 1,3-propanodiol (1,3-PD) y ácido cítrico (Zeng & Biebl, 2002; Cameron & Koutsky, 1994; Barbirato et al., 1998; Biebl et al., 1999; Papanikolaou et al., 2000; González – Pajuelo et al., 2004; González – Pajuelo et al., 2005a; González – Pajuelo et al., 2005b; Papanikolaou et al., 2002). El 1,3-propanodiol es un glicol usado como lubricante, como solvente (Papanikolaou et al., 2000), como estabilizador de detergentes, anticongelante, humectante de cosméticos, intermediario químico (Cameron & Koutsky, 1994) y principalmente como monómero en la síntesis de poliésteres y poliuretanos de alto valor agregado (AAFC, 2002; Papanikolaou et al., 2000; Gong et al., 2004; Li et al., 2001; Haas et al., 2005; Besson et al., 2003; Crissafis et al., 2006), que exhiben mejores propiedades de producto y mayor estabilidad a la luz que aquellos producidos con 1,2-propanodiol, butanodiol o etilenglicol (Papanikolaou et al., 2000; Li et al., 2001; Haas et al., 2005; Besson et al., 2003; Crissafis et al., 2006). Los procesos químicos de producción masiva para el 1,3-propanodiol, desarrollados en la década de los 90 (Haas et al., 2005), usan en sus etapas intermedias hidrógeno a altas presiones, costosos catalizadores, manejan altas temperaturas y producen intermediarios tóxicos, por lo cual tienen altos costos de producción (Zeng & Biebl, 2002; Bock, 2004; Crissafis et al., 2006). En contraposición, los procesos biotecnológicos de fuentes renovables son mas amigables con el ambiente y pueden ser económicamente competitivos con las vías químicas (Hirschmann et al., 2005). Las especies anaerobias y aerobias facultativas capaces de producir 1,3-propanodiol incluyen a Klebsiella

pneumoniae, Enterobacter agglomerans, Citrobacter freundii, Lactobacilli brevis, L. buchneri, Clostridium

butyricum y C. pasterianum (Barbirato et al., 1998; Biebl et al., 1999; González – Pajuelo et al., 2005a; Papanikolaou et al., 2000; Xiu et al., 2004; Zeng & Biebl, 2002, Barbirato et al., 1996; Cheng et al., 2005b). Dependiendo del microorganismo involucrado la distribución de los productos varía: en el caso de Klebsiella

pneumoniae además del 1,3-propanodiol se produce 2,3-butanodiol, acetato, lactato y etanol por la vía del piruvato (Chen et al., 2003a; Chen et al., 2003b; Cheng et al., 2005a; Barbirato et al., 1996, Hartlep et al., 2002). En las fermentaciones realizadas por Clostridium butyricum los productos principales son el 1,3-propanodiol, acetato y butirato (González – Pajuelo et al., 2004; Forsberg, 1987; Biebl et al., 1992; Solomon et al., 1995; Abbad-Andaloussi et al., 1995; Reimann et al., 1996; Barbirato et al., 1998; Colin et al., 2001). En este articulo se evalúa el potencial de producción del solvente 1,3-propanodiol a partir de glicerol de 13 cepas nativas pertenecientes a un nuevo tipo de bacterias, aisladas de suelos colombianos y posible nueva especie, relacionadas con Clostridium butyricum (Montoya et al., 1999; Suárez, 2004; Montoya et al., 2000a; Montoya et

al., 2001; Jaimes et al., 2005; Arévalo et al., 2002; Quilaguy et al., 2006) a nivel laboratorio. Se analizan diferentes condiciones de fermentación, ya optimizadas en un medio de cultivo diseñado para la fermentación acetobutílica (Montoya et al., 2000b), para observar su efecto sobre la producción del diol, con una cepa nativa promisoria y determinar si la producción biotecnológica del diol con la nueva cepa tiene viabilidad técnica.

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Materiales y Métodos Organismos. Cepas nativas, aisladas de suelos colombianos, pertenecen a la familia Bacillaceae de género Clostridia, caracterizadas bioquímica y molecularmente (Montoya et al., 1999; Suárez, 2004; Montoya et al.,

2000a; Montoya et al., 2001; Jaimes et al., 2005; Arévalo et al., 2002; Quilaguy et al., 2006 ) y su especie está relacionada a C. butyricum (Suárez, 2004): IBUN 13 A, 22 A, 158 B, 137 K, 140 B, 64 A, 125 C, 95 B, 18 S, 62 F, 62 B, 18 Q y 18 A. Las cepas Clostridium butyricum DSM 2478, Clostridium butyricum DSM 523 y Clostridium diolis DSM 5431 fueron compradas a la American Type Culture Collection (ATCC), Manassas, Virgina, Estados Unidos de América. Medio y condiciones de cultivo. Las condiciones de fermentación en vial y los componentes del medio de cultivo fueron descritas anteriormente (Cárdenas et al., 2006). El cultivo por lote fue realizado en el reactor R'ALF Plus Bioengineering AG ®. Los componentes del medio fueron los mismos utilizados en vial. Después de esterilización (120 C, 25 min), el reactor con 3,6 litros de medio fue gaseado con nitrógeno estéril libre de oxígeno hasta que la temperatura de operación fue alcanzada. Un cultivo en fase exponencial fue usado como inóculo (10.0 %). La concentración inicial de glicerol fue de 50 g/L, temperatura fue mantenida a 37 C a través de un baño recirculante de calentamiento, la agitación fue de 200 rpm durante toda la fermentación y el pH se mantuvo en 7.0 a menos que se indique lo contrario. El tiempo de fermentación fue de 72 horas, tomando muestras cada 12 horas. Las condiciones de fermentación que fueron evaluadas se presentan en la tabla 1. Determinación de parámetros cinéticos. Los metabolitos: 1,3-propanodiol, glicerol, ácido butírico y ácido acético, fueron cuantificados a través de una metodología desarrollada dentro del grupo de investigación (datos no publicados), por cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC) con un detector de índice de refracción (Waters ®) y una columna AMINEX HPX – 87H (Biorad ®) a 50 °C con fase móvil de ácido sulfúrico 5 mM y una flujo de 0.6 ml/min. Con un tiempo de corrida de 25 minutos. El software integrador es Varian Star chromatography workstation 4.0. El crecimiento del microorganismo fue monitoreado por medio de la densidad óptica a una longitud de onda de 680 nm, en un espectrofotómetro BioRad ® y se correlacionó con peso seco de biomasa determinado directamente. Diseño experimental. Las variables de proceso (pH de fermentación, velocidad de agitación y concentración de glicerol) se evaluaron independientemente. Los valores probados se muestran en la tabla 1. El modelo estadístico escogido para cada variable fue un Diseño completamente al azar (DCA). Las variables de respuestas escogidas para el modelo estadístico de cada uno de los tratamientos fueron la productividad volumétrica (Q) en gramos de 1,3-propanodiol producido por hora - litro (g PD/ L - h) y el rendimiento de producto en sustrato (Yp/s) como moles de 1,3-propanodiol producido por moles de glicerol consumido (mol PDO / mol Glicerol). Con los resultados se realizó un análisis de varianza (ANOVA) a una sola vía. La hipótesis nula planteada fue que las medias de los tratamientos eran iguales. Cuando la diferencia entre las medias fue significativa (α = 0.05) se compararon las medias a través de la prueba de comparaciones múltiples con el mejor (MCB por sus siglas en inglés) de Hsu con un nivel de significancia de α = 0.05. Todas las fermentaciones se realizaron por duplicado.

Tabla 1. Condiciones de fermentación analizadas en reactor por lotes. Variable (factor) Niveles

Menor Medio Alto

pH de fermentación 6,5 7,0 7,5

Velocidad de agitación (rpm) 150 200 250

Concentración de glicerol (g / L) 50 60 100

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Resultados Selección de cepa promisoria Los resultados de la selección de la cepa nativa promisoria se observan en la tabla 2. A las 24 horas de fermentación se pudieron observar dos grupos definidos dentro de las cepas nativas. En el primero se agrupan 5 cepas que presentaron una productividad superior a 0.095 g/L-h de PDO, siendo la cepa IBUN 158B en la que se observo la productividad mas alta. El segundo grupo corresponde a cepas que crecieron levemente y sus productividades fueron en promedio de tan solo 0.005 g/L-h de PDO. La única cepa patrón que creció para este tiempo fue la cepa DSM 5431 con una productividad menor (0.063 g/L-h de PDO) a las cepas nativas del primer grupo. A las 72 horas, diez cepas nativas crecieron presentando una productividad superior a 0.029 g/L-h de PDO, siendo la de mayor valor la cepa IBUN 137K seguida por la cepa IBUN 158B. Para este tiempo de fermentación solo tres cepas nativas crecieron levemente presentando una productividad promedio de 0.002 g/L-h de PDO. Dos de las cepas patrón (DSM 5431 y DSM 2478) a las 72 horas de fermentación presentaron una productividad similar a las cepas nativas, aunque menor y la cepa DSM 523 presento una productividad de solo 0.001 g/L-h de PDO. Las cepas que presentaron una alta productividad de 1,3-propanodiol produjeron como metabolitos secundarios ácido acético y ácido butírico en diferentes proporciones a las 72 horas de fermentación. Los rendimientos molares de producción de 1,3-PD respecto al glicerol consumido son variados dentro de las cepas nativas y aunque existen cepas con valores altos de rendimiento molar, el glicerol consumido por estas cepas es bajo comparado con las cepas que presentaron mejores productividades volumétricas. Tabla 2. Resultados de las fermentaciones en vial para selección de cepa. Agitación: 200 rpm, Temperatura: 37

C y pH: 7.0 Tiempo 24 h 72 h

Origen Cepa Glicerol

consumido (g.L-1)

Yp/s (mol.mol-

1) Q (g.L-1.h-1)

Glicerol consumido

(g.L-1)

Yp/s (mol.mol-

1) Q (g.L-1.h-1)

Nativa IBUN 158 B 14,2 0,435 0,212 16,5 0,384 0,073 Nativa IBUN 18 A 7,8 0,562 0,151 10,3 0,462 0,055 Nativa IBUN 22 A 5,8 0,712 0,141 23,4 0,108 0,029 Nativa IBUN 13 A 3,7 0,765 0,097 6,3 0,951 0,069 Nativa IBUN 140 B 7,8 0,359 0,096 11,3 0,357 0,046 Nativa IBUN 18 S 4,2 0,052 0,008 7,1 0,660 0,054 Nativa IBUN 137 K 4,4 0,037 0,006 11,1 0,627 0,080 Nativa IBUN 62B 5,1 0,028 0,005 5,6 0,022 0,001 Nativa IBUN 62F 6,0 0,023 0,005 10,9 0,012 0,002 Nativa IBUN 95 B 5,5 0,023 0,004 9,7 0,370 0,041 Nativa IBUN 64 A 0,2 0,636 0,004 10,1 0,607 0,070 Nativa IBUN 18Q 3,7 0,035 0,004 5,7 0,023 0,002 Nativa IBUN 125 C 1,2 0,084 0,003 5,9 0,593 0,040 Patrón DSM 5431 12.7 0.144 0.063 23.4 0.111 0.030 Patrón DSM 2478 1,2 0,201 0,008 7,8 0,380 0,034 Patrón DSM 523 1,8 0,057 0,004 6,3 0,020 0,001 Se compararon las productividades a través de un ANOVA con un nivel de significancia de 0.05, para establecer la igualdad de las medias y posteriormente se utilizo la prueba de comparaciones múltiples de Hsu para determinar un valor máximo. Se realizo el análisis de las productividades a las 24 y 72 horas. Los resultados mostraron en ambos casos que las medias de las cepas son diferentes con la significancia seleccionada. A las 24 horas las cepas 158B y 18A aparecen como las mejores y a las 72 horas las mejores cepas son la IBUN 137K, 158B, 64A y 13A. Teniendo en cuenta los resultados anteriormente presentados se decidió trabajar con la cepa 158B para analizar los factores de fermentación, debido a su rápido crecimiento y buena productividad volumétrica.

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Efecto del cambio en la velocidad de agitación Al realizar la fermentación en un reactor de 4 litros, con tres diferentes velocidades de agitación (150, 200 y 250 rpm) se pudo observar un marcado efecto en el valor de la productividad y del rendimiento molar (Tabla 3). A 150 rpm la productividad y el rendimiento fueron menores que a 200 rpm. Los perfiles de fermentación, indicaron que la concentración de propanodiol obtenido es inferior al valor obtenido con 200 rpm y se presenta una fase lag de 18 horas. La concentración de biomasa es similar a la obtenida a la alcanzada con 200 rpm pero las concentraciones de ácido acético y ácido butírico son tan solo de 3,0 g/L. y 3,5 g/L respectivamente. Con 250 rpm la situación no mejoro respecto a la obtenida con 200 rpm. Se presento una fase lag de un tiempo similar a la obtenida con 150 rpm, aunque las concentraciones de ácido acético, ácido butírico y propanodiol superan a las obtenidas en el nivel mas bajo de velocidad de agitación analizado. Realizando un ANOVA a una sola vía analizando si existen diferencias entre las medias de los diferentes niveles de agitación se obtuvo que para las variables rendimiento molar de propanodiol y productividad volumétrica, los tratamientos son significativamente diferentes y en ambos casos el tratamiento que maximiza ambas variables es el de 200 rpm.

Tabla 3. Resultados análisis de factores de fermentación en reactor de 4 litros. Temperatura: 37 C, pH: 7,0, Agitación: 200 rpm a menos que si indique lo contrario

Factor Glicerol consumido

(g.L-1) Yp/s (mol/mol) Q (g.L-1.h-1)

Tiempo de fermentación (h)

Medio optimizado pH 7,0

200 rpm 50 g/L de glicerol

50 0,71 1,26 24

Variaciones

pH 6,5 50 0,63 1,19 22 pH 7,5 50 0,66 0,76 36

150 rpm 50 0,62 0,86 30 250 rpm 50 0,65 0.75 36

60 g/L de glicerol 60 0,67 1,50 22 100 g/L de glicerol 82 0,58 0,47 84

Efecto del cambio en el pH de fermentación En la tabla 3, se observan los resultados promedio obtenidos al someter la cepa IBUN 158B a crecer en tres niveles diferentes de pH (6,5; 7,0 y 7,5). En todos los casos se consumieron 50 g/L de fuente de carbono. En el pH ácido, la cepa consumió el glicerol ligeramente más rápido que en el neutro. La productividad volumétrica obtenida es similar en ambos casos pero el rendimiento molar es menor en un 13 % en el medio ácido. Para el medio básico, se ven afectadas ambas variables analizadas (productividad y rendimiento molar), los valores a un pH de 7,5, son menores que en el valor neutro y la fase exponencial termina solamente hasta las 36 horas de fermentación. La concentración de biomasa al final de la fase exponencial es similar para los tres niveles de pH analizados. Los valores de concentración alcanzados de ácido acético son también similares, pero el acido butírico presenta una producción mucho menor cuando el pH de fermentación es de 7,5. Al comparar los valores de rendimiento molar y productividad volumétrica de los tres niveles de pH aplicados a la fermentación, a través de un análisis de varianza para sus medias, se observa que estas son significativamente diferentes y que el mejor tratamiento para ambas variables es cuando se utiliza un pH neutro para la fermentación. Efecto del cambio en la concentración de inicial de glicerol Se utilizaron tres concentraciones iniciales de fuente de carbono (50 g/L, 60 g/L y 100 g/L de glicerol USP). Los resultados de productividad y rendimiento molar se observan en la tabla 3. Respecto al glicerol consumido en los dos primeros valores evaluados se consumió todo el glicerol suministrado al inicio de la fermentación, pero cuando se suministraron 100 g/L de glicerol solo el 82% de este fue consumido. En la concentración mas alta de glicerol la productividad decreció debido a una extensa fase lag de mas de 24 horas y el rendimiento molar también fue menor que lo observado en las otras dos concentraciones analizadas. Entre 50 y 60 g/L la producción

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de ácidos y propanodiol no son radicalmente diferentes, aunque en la segunda concentración se presenta una ligera disminución en el rendimiento molar y una visible mejoría en la productividad del proceso. Al realizar el análisis estadístico de estas concentraciones como tratamientos independientes se observa que las medias de los rendimientos molares y de las productividades volumétricas no se pueden considerar equivalentes y al buscar cual es el mejor de los valores a través de comparaciones múltiples se encuentra que el tratamiento a 50 g/L es el mas conveniente cuando se habla de obtener el mejor rendimiento molar, pero para la productividad volumétrica el mejor tratamiento es el de 60 g/L de glicerol. Comparación de las mejores condiciones con una cepa patrón Finalmente se comparo la dinámica de fermentación de la cepa nativa IBUN 158B con la cepa patrón C. diolis DSM 5431 en las condiciones originales del medio optimizado con glicerol comercial, ya que estas resultaron ser las condiciones en las que se presentaron los mejores resultados para la producción de 1,3-propanodiol. Los rendimiento molares en ambas cepas son similares pero la productividad es mas alta para la cepa nativa. Tabla 4. Comparación de la fermentación de la cepa nativa IBUN 158B con cepas patrón en cultivo por lote con

glicerol comercial.

Cepa Glicerol

consumido (g.L-1)

Yp/s (mol PDO/mol

Gli)

Q PDO(g.L-1.h-1)

Tiempo de fermentación

IBUN 158B 50 0,71 1,26 24 C. diolis DSM

5431 50 0,73 1,09 28

Análisis Selección cepa nativa En este estudio se ha mostrado que las cepas nativas de Clostridium sp. aisladas de suelos colombianos en el Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional de Colombia (Montoya et al., 2001) tienen la capacidad de asimilar glicerol y producir el solvente 1,3-propanodiol en mayores proporciones que cepas patrón. Una de estas cepas patrón se encuentran dentro del grupo de cepas silvestres de Clostridium sp. que han sido aisladas durante los últimos 20 años, por su alta capacidad de fermentar glicerol a 1,3-propanodiol: C. diolis DSM 5431 (Biebl et

al., 1992); C. diolis E5 (Petitdemange et al., 1995); C. butyricum VPI 3266 (Saint – Amans et al., 1994); C.

butyricum CNCM 1211 (Barbirato et al., 1998); C. butyricum F2b (Papanikolaou et al., 2000) y C. butyricum IK124 (Hirschmann et al., 2005). La cepa IBUN 158B fue escogida como representante del grupo de cepas nativas debido a su capacidad para asimilar glicerol con una productividad volumétrica y rendimiento molar de 1,3-propanodiol superior a las demás cepas analizadas tanto a las 24 horas como a las 72 horas de crecimiento. Un criterio similar fue utilizado por Biebl y colaboradores, para la selección de la cepa C. diolis DSM 5431 dentro del grupo de aislamientos estudiado, debido a que mostró una mayor velocidad de crecimiento en el medio de cultivo, a pesar de que no producía la mas alta concentración del diol al final de la fermentación (Biebl et al.,

1992). Efecto del pH de fermentación Al probar los tres valores de pH (6.5, 7.0 y 7.5) se presento una fuerte inhibición al crecimiento en el pH superior (7,5), produciéndose una menor concentración de ácido butírico, pero una similar de ácido acético. En el rango de 6,5 a 7,0 el valor de la productividad fue del mismo orden en ambos casos, pero se presento un mayor valor de rendimiento molar a un pH de 7,0. Estos valores concuerdan con lo observado con otros investigadores para la fermentación de glicerol. Por ejemplo, para la cepa C. diolis DSM 5431 se ha encontrado que se tiene una buena producción entre pH 6.0 y 7.5 (Biebl et al., 1992), estando los mejores resultados en un rango de pH 6,6 a 7,0 a una escala de 2 m3 (Gunzel et al., 1991). En estas investigaciones se ha observado un cambio en la producción de ácidos en función de la acidez del medio. Así, en pH ácidos existe una mayor producción de ácido butírico y en pH básicos se fomenta la producción de acético (Biebl et al., 1992). Con la cepa C. butyricum CNCM 1211 se

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encontró que el pH más favorable para la fermentación de glicerol es 7,0, ya que se obtuvo un tiempo mas corto de fase lag, un aumento en la producción de acetato, disminución en la concentración de butirato y un mayor rendimiento molar de propanodiol comparado con pH mas ácidos (6,0 y 6,5) (Colin et al., 2001). Ferchichi analizando la producción de hidrogeno variando el valor de pH inicial (5 a 8,5) en una fermentación de pH no controlado encontró un valor de mayor producción entre pH 7 y 8,5 disminuyendo el rendimiento en valores ácidos (Ferchichi et al., 2005). Para la producción de ácido butírico desde glucosa con la cepa Clostridium

butyricum ZJUCB, se estudio el mejor valor de pH para producción en un rango de 6,0 a 7,5. Se encontró que un máximo de ácido butírico fue producido a un de pH 6.5 (He et al., 2005) Efecto de la velocidad de agitación Cuando se analizó el efecto de la velocidad de agitación (150, 200 y 250 rpm) sobre la fermentación de 1,3-propanodiol. En este estudio se observó que a un valor de agitación de 200 rpm maximizaba la producción de propanodiol de la cepa nativa IBUN 158B disminuyendo a valores menores (150 rpm) ó mayores (250 rpm). Los resultados obtenidos son similares a los encontrados por Ferchichi, quien estudio la producción de hidrógeno en diferentes niveles de agitación (100, 150, 200 y 400 rpm) y llego a la conclusión que con valores menores de 150 rpm la generación de hidrogeno no se veía fuertemente afectada y la agitación colaboraba a fomentar la producción del gas. Para valores mayores a 150 rpm, este autor observó que la producción de hidrogeno disminuía posiblemente por la fragmentación y el daño de corte a las células microbiales. Por lo que propuso que para la cepa C. saccharoperbutylacetonicum ATCC 27021 se debía encontrar un balance que asegurara la máxima productividad sin dañar las células (Ferchichi et al., 2005). Pero, por otro lado, los resultados con la cepa nativa son opuestos a los presentados por otros investigadores como Biebl y Gunzel. Biebl realizó fermentaciones a 100 rpm y 400 rpm, con la cepa C. diolis DSM 5431 encontrando una ligera disminución en el rendimiento molar (0.69 a 0.64) y sin cambio importante en la productividad del cultivo (Biebl et al., 1992). Gunzel trabajando con la misma cepa desarrollo fermentaciones en reactores agitados de 2 m3 y encontró que la velocidad del agitador (150 a 475 rpm) no tiene un efecto significante en la producción de propanodiol (Gunzel et

al., 1991). Efecto de la concentración de glicerol Cuando el proceso fue escalado a 4 litros con pH controlado se probaron tres concentraciones de glicerol (50, 60 y 100 g/L), la dinámica del proceso índico que a 100 g/L tanto el rendimiento molar como la productividad se ve fuertemente disminuida. Entre 50 y 60 g/L el rendimiento se mantiene y la productividad aumenta. Por lo que se considera que un rango de trabajo para la cepa nativa en fermentación por lote debe estar dentro de estos dos valores de glicerol inicial (50 y 60 g/L) para fermentación por lote. Los resultados obtenidos concuerdan con los presentados por otros investigadores por ejemplo: Colin encontró que la tasa de crecimiento disminuye a medida que aumenta la concentración de glicerol. Por otro lado el propanodiol aumenta hasta una concentración cercana a 65 g/L, con 120 g/L de glicerol inicial en fermentación por lote. Posteriormente la producción de propanodiol disminuye aceleradamente con lo cual ya no se presenta crecimiento a una concentración de glicerol inicial de 160 g/L con la cepa C. butyricum CNCM 1211 (Colin et

al., 2000). Similares resultados se encontraron comparando la fermentación de cepas C. diolis E5 y C. diolis DSM 5431 en diferentes concentraciones de glicerol inicial. Pero se observo que a una concentración de 200 g/L de glicerol la inhibición para la cepa E5 era solo del 66% mientras para la cepa DSM 5431 fue de 110%. Lo cual indica que los valores inhibitorios difieren de una cepa a otra (Petitdemange et al., 1995). En un estudio realizado por Biebl con la cepa C. diolis DSM 5431 se observo el efecto de la concentración de glicerol en fermentaciones por lote sobre el rendimiento y la productividad volumétrica. Se encontró que a medida que aumentaba la concentración de glicerol (26 a 110 g/L) el rendimiento de propanodiol disminuyo ligeramente (0.57 a 0.51 g/g) y la productividad tuvo un máximo en la concentración de glicerol media (52 g/L) siendo menor este valor en las demás concentraciones analizadas (Biebl et al., 1992). Papanikolaou y colaboradores, trabajando con la cepa C.

butyricum F2b, realizó una análisis similar en tres diferentes concentraciones (39, 50 y 90 g/L de glicerol) encontrando un máximo de productividad volumétrica y rendimiento molar a una concentración de 50 g/L en cultivo por lote (Papanikolaou et al., 2004). Comparación con otras cepas nativas

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Como se puede observar en la tabla 5, cuando se compara la cepa nativa IBUN 158B en una fermentación por lote usando las condiciones que maximizan la producción de 1,3-propanodiol determinadas en este estudio, se tiene que su rendimiento molar es similar o mejor a otra cepas silvestres de Clostridium sp. que han sido evaluadas por diferentes investigaciones. Por otro lado, su productividad volumétrica es similar a la mayoría de las productividades presentadas por los otros microorganismos de la tabla 5. Con lo anterior se demuestra que la cepa nativa silvestre IBUN 158B se puede considerar una cepa promisoria para la producción de 1,3-propanodiol. Tabla 5. Comparación de la fermentación de la cepa nativa IBUN 158B con cepas patrón en cultivo por lote con

glicerol comercial.

Cepa Glicerol

consumido (g.L-1)

Yp/s (mol PDO/mol

Gli)

Q PDO(g.L-1.h-1)

Tiempo de fermentación

Acetato/Butirato (mol/mol)

Autor

IBUN 158B 50 0,71 1,26 24 1.36 Este estudio C. diolis DSM

5431 50 0,73 1,09 28 0.59 Este estudio

C. diolis DSM 5431

52 0,69 2.3 13 2.80 Biebl et al., 1992

C. diolis E5 48.8 0.62 1.04 24 7.11 Petitdemange et

al., 1995

C. diolis E5 52.6 0.67 1.22 24 0.80 Petitdemange et

al., 1995

C. butyricum F2b 40 0.67 1.2 26 0.46 Papanikolaou et

al., 2000 C. butyricum CNCM 1211

70 0.64 1.32 28 0.70 Barbirato et al.,

1998 C. butyricum CNCM 1211

46 0.59 1.15 20 0.73 Himmi et al.,

1999 C. butyricum VPI

3266 65 0.65 0.72 48 -

Saint-Amans et

al., 1994 Conclusiones De las 13 cepas nativas de Clostridium sp. estudiadas, 9 de ellas fermentaron glicerol comercial a 1,3-propanodiol, siendo la cepa IBUN 158B quien presento mayor productividad volumétrica a las 24 horas de fermentación sin control de pH. Se determino que la cepa IBUN 158B en fermentación por lote con pH controlado, presenta un mayor rendimiento molar (0.71 mol de PDO/ mol de glicerol) y una mayor productividad volumétrica (1.23 g PDO / L- h) en las condiciones de operación del medio optimizado para la fermentación acetobutílica (50 g/L de glicerol, pH 7.0, y 200 rpm de agitación). Finalmente al comparar el desempeño de la cepa nativa IBUN 158B para fermentar glicerol a 1,3-propanodiol con otras cepas silvestres de Clostridium sp. que han sido evaluadas por diferentes investigaciones se observa que es similar o mejor, por lo cual se considera que la cepa nativa presenta una alta viabilidad técnica para la producción de 1,3-propanodiol a partir de glicerina y se hace necesario continuar estudios enfocados hacia la optimización de la fermentación y el proceso de separación del metabolito de interés. Bibliografía • Abbad-Andaloussi, S., Manginot-Durr, C., Amine, J., Pettitdemange, E., Petitdemange, H. (1995) Isolation

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