Evaluación de las condiciones nutricionales, cinéticas y operacionales para la producción de biopolímeros usando mucílago de cacao como fuente de carbono a una escala de 50 litros

Abstract

El mucílago de cacao es un residuo que contiene altas concentraciones de azúcares y ácidos, por lo tanto, es una fuente de carbono potencial para el desarrollo de bioprocesos, como en la obtención de Polihidroxibutirato (PHB). El PHB es un plástico biodegradable, acumulado intracelularmente por microorganismos como un mecanismo de reserva energética. En la Universidad Industrial de Santander se aisló una cepa nativa, denominada Bacillus megaterium B2, que tiene la capacidad de sintetizar PHB a partir de residuos agroindustriales. Con el fin de evaluar la aplicabilidad de este proceso en una planta, fue necesario escalar el bioproceso a un volumen operativo de 50 Litros. Primero, se determinó la formulación del medio de cultivo adecuado, mediante la evaluación de la influencia de la relación Carbono:Nitrógeno (CN) en la productividad (Q) del proceso, el comportamiento de Q fue modelado y optimizado, encontrándose un punto máximo en la relación CN de 10.61, y un valor de Q de 0.139 g/Lh. Posteriormente, se estudió la influencia del modo de operación sobre las variables del proceso, se compararon los comportamientos en modo Batch, Fed-Batch con una alimentación por pulsos y Fed-Batch con un flujo continuo. El flujo de alimentación se halló mediante el planteamiento de un modelo matemático basado en los balances de masa y simulación. La mayor Q se alcanzado con la estrategia Batch. Finalmente, se realizó el escalado de las condiciones nutricionales y operaciones a 50 litros. El diseño del equipo se realizó usando técnicas de similitud geométrica. La agitación se escaló fijando como parámetro el coeficiente de transferencia de oxígeno (KLa), este parámetro se halló usando correlaciones empíricas y el método dinámico. Con las nuevas condiciones a 50 Litros se obtuvo el PHB a una Q de 0.179 g/Lh y un porcentaje de acumulación celular del 55%.