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

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dc.contributor.advisorGuzmán Luna, Carolina
dc.contributor.advisorCombariza Montañez, Marianny Yajaira
dc.contributor.advisorEscalante Hernández, Humberto
dc.contributor.authorMoreno Yáñez, Paalo Andrea
dc.contributor.evaluatorMedeiros Cardozo, Nilo Sergio
dc.contributor.evaluatorQuevedo Hidalgo, Balkys E.
dc.contributor.evaluatorOrtiz López, Claudia Cristina
dc.contributor.evaluatorNabarlatz, Débora Alcida
dc.contributor.evaluatorSánchez Torres, Viviana
dc.date.accessioned2022-04-01T05:16:50Z
dc.date.available2022-04-01T05:16:50Z
dc.date.created2015
dc.date.issued2015
dc.description.abstractEl 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.
dc.description.abstractenglishPolyhydroxybutyrate (PHB) is a biodegradable, biocompatible and thermoplastic biopolymer, synthesized as cytoplasmic inclusions by Gram-positive and Gram-negative bacteria. This study reports several wild-type Bacillus strains with the ability to accumulate PHB using raw glycerol from biodiesel production as the sole carbon source. Out of 15 strains from different sources, B. megaterium B2 was selected as the most promising strain for further statistical optimization of the medium composition. Plackett–Burman and central composite designs were used to establish key variables and optimal culture conditions for PHB production. Temperature and concentrations of glycerol and Na2HPO4 are the experimental variables with the most significant influence on PHB production by B2. After 14 hours of fermentation in shake flasks with optimized medium, B2 produced 0.43 g/L of PHB with a 34% accumulation in the cells. In contrast, under the same conditions, a maximum PHB concentration of 1.20 g/L in a 7.5 L bioreactor was reached at 11 hours. These values correspond to a 48% and 314% increase in PHB production compared to the initial culture conditions. Aiming for a better understanding of the process, a mathematical model that allows to describe the kinetics of microbial growth, substrate consumption, product formation and also to simulate different cultivation strategies was developed. The specific growth rate was simulated using as limiting substrates the oxygen and the carbon source according to the Monod and sigmoidal equations, respectively. The product formation was described by the Luedeking–Piret equation. Model implementation and parameter estimation were carried out in the EMSO process simulator. Key model parameters were estimated from experimental data obtained in batch and fed-batch cultivation using a 7.5 L bioreactor. The best feeding strategy in fed-batch cultures, allowed a PHB production of 2.06 g/L. This value corresponds to an increase of 72% over the batch production.
dc.description.cvlachttps://scienti.minciencias.gov.co/cvlac/visualizador/generarCurriculoCv.do?cod_rh=0001346953
dc.description.degreelevelDoctorado
dc.description.degreenameDoctor en Ingeniería Química
dc.description.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-5694-2510
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/9613
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicoquímicas
dc.publisher.programDoctorado en Ingeniería Química
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería Química
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectPolihidroxibutirato
dc.subjectBacillus sp.
dc.subjectGlicerol residuo de la industria de biodiesel
dc.subject.keywordPolyhydroxybutyrate
dc.subject.keywordBacillus sp.
dc.subject.keywordRaw Glycerol From Biodiesel Industry
dc.titleEstudio de la producción de polihidroxibutirato (PHB) por Bacillus sp. utilizando glicerol residuo de la industria del biodiesel como fuente de carbono
dc.title.englishStudy of the polyhydroxybutyrate production (PHB) by Bacillus sp. using raw glycerol from biodiesel industry as carbon source
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Doctorado
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