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Estudio de la producción de polihidroxibutirato (PHB) por Bacillus sp. utilizando glicerol residuo de la industria del biodiesel como fuente de carbono

Resumen

El polihidroxibutirato (PHB) es un biopolímero biodegradable, biocompatible y termoplástico sintetizado por bacterias Gram-positivas y Gram-negativas. Este estudio reporta diversos Bacillus nativos con la capacidad de acumular PHB utilizando glicerol residuo de la industria de biodiesel como fuente de carbono. De 15 Bacillus aislados, B. megaterium B2 fue seleccionado para la posterior optimización estadística. Los diseños Plackett-Burman y central compuesto fueron utilizados para encontrar las variables clave y las condiciones óptimas en la producción de PHB. La temperatura y las concentraciones de glicerol y Na2HPO4 son las variables experimentales con mayor influencia en la producción de PHB por B2. Después de 14 horas de fermentación en matraz con las condiciones óptimas, B2 produce 0.43g/L de PHB con un 34% de acumulación intracelular. En un biorreactor de 7.5 L bajo las mismas condiciones se alcanzó una concentración máxima de 1.20g/L en 11 horas. Estos valores corresponden a un incremento del 48% y 314% de la producción de PHB con respecto a las condiciones iniciales de cultivo. Para lograr un mejor entendimiento del proceso, se desarrolló un modelo matemático que permite describir el crecimiento del microorganismo, el consumo de sustratos, la formación de producto y simular diferentes estrategias de cultivo. La velocidad de crecimiento del microorganismo se simuló teniendo como sustratos limitantes el oxígeno y el glicerol de acuerdo con las ecuaciones Monod y sigmoidal, respectivamente. Para describir la producción de PHB se utilizó la ecuación de Luedeking-Piret. La simulación y la estimación de parámetros se llevaron a cabo utilizando el software EMSO. Los parámetros se estimaron utilizando los datos obtenidos en fermentaciones batch y fed-batch realizadas en un biorreactor de 7.5 L. La mejor estrategia de alimentación en fed-batch, permitió una producción de PHB de 2.06g/L. Este valor corresponde a un incremento del 72% con respecto a la producción en batch.