Biodegradación de almidón y celulosa como fuente de carbono para la producción de polihidroxialcanoatos (PHAs) microbiano

Abstract

En Colombia, el consumo anual de plásticos alcanza cerca de 1,2 millones de toneladas, lo que genera un fuerte impacto ambiental y en la salud pública, pues gran parte de estos residuos termina en vertederos que contaminan manglares, ríos y mares. Para mitigar esta problemática asociada al uso de plásticos no biodegradables y no renovables, se han promovido alternativas basadas en polímeros biodegradables y no tóxicos, entre ellos los polihidroxialcanoatos (PHA). Estos biopolímeros de origen microbiano son biocompatibles, pueden producirse a partir de diversas fuentes de carbono renovables y tienen aplicaciones tanto en plásticos de un solo uso como en el campo biomédico, lo que los hace compatibles con los principios de la economía circular. El objetivo de esta investigación fue evaluar la producción de PHA por la cepa Bacillus thuringiensis (C01), empleando almidón y carboximetilcelulosa (CMC) como fuentes de carbono, y optimizar el proceso mediante un diseño central compuesto con superficies de respuesta. Inicialmente se estudiaron variables de crecimiento en fermentación con glucosa como control, para luego establecer las condiciones más favorables con los sustratos de interés. Con CMC se obtuvo una producción de 0,09 g/L de PHA y un rendimiento del 49,5 % (p/p). En contraste, la optimización con almidón (14,168 g/L de almidón, 3,616 g/L de sulfato de amonio, extracto de levadura en proporción 1:1 e inóculo de 6×10⁸ UFC/mL) permitió alcanzar 3,71 g/L de biomasa y 2,78 g/L de PHA, con un rendimiento del 74,9 % (p/p). Estos resultados demuestran la capacidad de Bacillus thuringiensis para degradar almidón y dirigirlo hacia la síntesis de PHA. Los análisis de FTIR, TGA, DSC, RMN y MALDI-TOF confirmaron que el biopolímero obtenido corresponde a poli-3-hidroxibutirato (P(3HB)). En conclusión, la actividad amilolítica de Bacillus thuringiensis abre la posibilidad de aprovechar residuos agroindustriales ricos en almidón como sustratos para la producción sostenible de PHA.