Obtención de exopolidacáridos de interés industrial a partir del lactosuero y permeatos

Resumen

En la presente tesis doctoral se describen los procesos de producción de diferentes EPS; xantano, curdlano, succinoglucano y pululano a partir de la utilización del suero y permeatos, subproductos de la industria láctea. Empleados como sustratos de fermentación tratando de optimizar las condiciones de cultivo para el uso completo de lactosa a partir de la hidrólisis con ß-galactosidasa para la producción de biopolímeros de interés industrial. Es decir, exopolisacáridos microbianos con un amplio abanico de aplicaciones en industrias como la alimentaria, gracias a sus propiedades como emulsionantes, estabilizantes. Los estudios se centraron en el exopolisacárido producido por Xanthomomas, debido a sus enormes propiedades como agente reológico, concretamente el xantano producido por Xanthomonas campestris, gracias a sus interesantes propiedades físicas y reológicas que hacen que este exopolisacárido posea un gran potencial de aplicación en diferentes sectores. La producción de xantano, bajo condiciones de laboratorio, se realiza usualmente empleando medios de cultivo definidos, con una elevada relación carbono/nitrógeno para asegurar la máxima conversión de la fuente de carbono a la producción de exopolisacárido, se emplea habitualmente medios de carbono basados en glucosa o sacarosa. A escala industrial, se usa el mismo principio, pero por motivos económicos se emplean substratos económicos, generalmente complejos, obtenidos a partir de subproductos de actividades agrícolas. Actualmente, existe una importante problemática debido a la gran cantidad de residuos contaminantes generados por las industrias. Por ejemplo, el lactosuero son residuos generados en grandes cantidades., estos residuos pueden ser utilizados por una gran cantidad de microorganismos (biorremediación), obteniéndose por una parte la descontaminación y la obtención de productos útiles de interés industrial. Sin embargo, el empleo de desechos industriales como medios de fermentación y fuentes de carbono para la producción de los exopolisacáridos, pueden verse modificadas las propiedades de los exopolisacáridos así como su grado de pureza al compararlas con sus homólogos comerciales. La lactosa es el azúcar principal encontrado en la leche y en los sueros de quesería y su procesado por hidrólisis se hace necesario, la lactosa no puede ser empleada como fuente de carbono por bacterias como Xanthomonas campestris entre otras, por lo que se debe tratar el lactosuero para la producción de EPS de origen microbiano, mediante la acción de la ß- galactosidasa. El suero lácteo contiene aproximadamente entre un 4-5 % de lactosa, 0.8-1 % de proteínas, y una pequeña proporción de ácidos orgánicos, minerales y vitaminas. En este estudio hemos empleado la enzima beta-galactosidasa purificada de Kluyveromyces lactis y Kluyveromyces fragilis la enzima responsable de la hidrólisis de la lactosa, empleada a una concentración de 1000 ppm. Se estudio la relación entre la concentración de lactosuero y la producción entre otros parámetros para maximizar la producción de biofermentadores de 2 y 20 litros de volumen. Tras tres días de fermentación a diferentes concentraciones de lactosuero, observamos que la mayor concentración de EPS obtenido, se consiguieron a concentraciones de lactosuero comprendidas entre el 5 y 6 %, alcanzándose producciones de 4,47 g l-1 al 6% (p/v) de lactosuero, y de 7,5 g/l en medio definido YM en biofermentadores de 2 litros de volumen total con un volumen de trabajo de 1,5 litros. Los rendimientos obtenidos a escala del fermentador de 20 litros son considerables, se consiguieron unas tasas de producción de 15,43 g/l en medio YM y de 7,54 g/l en medio lactosuero tratado con biolactasa, transcurridas 96 horas de fermentación. La viscosidad se considera como el atributo industrial de mayor importancia al tratarse de los exopolisacáridos, por lo que se compararon las propiedades del xantano comercial con los obtenidos a partir de diferentes medios, presentando unas características y propiedades muy similares, pero su poder viscosizante es menor, las viscosidades de las soluciones al 1%(p/v) a 25ºC fueron mayores en el xantano comercial con un valor de 865 cp a 39,6 s-1 frente a 650 cp y 780 cp para el xantano producido a partir de lactosuero y medio YM , respectivamente, bajo las mismas condiciones. Las concentraciones de acetato y piruvato encontradas en la goma xantana comercial, son mayores, presentando diferencias de viscosidades en soluciones acuosas con goma xantana obtenida a partir de lactosuero tratado, ya que un exopolisacárido con un contenido alto en acetato y especialmente en piruvato, implican mayores aumentos en la viscosidad de soluciones acuosas al favorecer las asociaciones intermoleculares. Todas la muestras analizadas de las soluciones acuosas al 1% (p/V) mostraron un alto grado de pseudoplasticidad típico de las soluciones de xantano comercial, es una característica de vital importancia para que los EPS puedan ser empleados en la mayoría de los sistemas alimentarios. Un parámetro a tener en cuenta en los sistemas alimentarios es el color; el xantano obtenido a partir del lactosuero, presenta la particularidad de no transferir ningún tipo de color, siendo transparente en soluciones acuosas incluso a concentraciones de hasta el 4%(p/V). Los resultados muestran que el xantano obtenido empleando como medio lactosuero tratado con biolactasa es comparable desde un punto de vista industrial a los obtenidos mediante medios definidos.