Efecto de la sacarosa en la producción de celulosa por Gluconacetobacter xylinus en cultivo estático

Efecto de la sacarosa en la producción de celulosa por Gluconacetobacter xylinus en cultivo estático

RESUMEN

Objetivo. Determinar el efecto de sacarosa en la productividad de BC por Gluconacetobacter xylinus IFO 13693 en condición estática. Materiales y métodos. La síntesis de celulosa bacteriana (BC) por Gluconacetobacter xylinus se llevo a cabo en un cultivo estático discontinuo a temperatura ambiente, en presencia de sacarosa como la principal fuente de carbono a concentraciones iniciales de 0.8 a 7.6 % (p/v). Las concentraciones remanentes de BC, sacarosa, glucosa y fructosa se determinaron cada semana. Para la cinética de la hidrólisis de la sacarosa y formación de celulosa y el coeficiente de rendimiento del producto se utilizo el software Microcal Origin 6.0®. Resultados. En la cuarta semana los valores de BC se encontraron entre 32.5 a 39.5 g/L para las diferentes concentraciones de sacarosa. La cinética para la hidrólisis de sacarosa se ajusta al modelo de Michaelis-Menten, con una Vmax de 0.0002 mol L-1 h-1 y Km de 0.018 M. La producción de BC se ajusta al modelo propuesto por Marx-Figini y Pion, con un valor de la pendiente (kc), entre 0.0018 y 0.0024 h-1 para las diferentes concentraciones iniciales de sacarosa. Los coeficientes de rendimiento tienen valores de 0.8 a 2.4 g de BC producida/g de sacarosa consumida. Conclusiones. La hidrólisis de sacarosa, el consumo de glucosa y fructosa se refleja en la síntesis de celulosa. La hidrólisis de sacarosa y la producción de BC se ajustan a los modelos de Michaelis-Menten y al propuesto por Marx-Figini y Pion, respectivamente. Finalmente, el rendimiento depende de la concentración de sacarosa

1. Bielecki S, Krystynowicz A, Turkiewicz M, Kalinowska H. Bacterial Cellulose. In: Alexander Steinbüchel A. and Sang Ki Rhee S.K., editors. Polysaccharides and Polyamides in the Food Industry: Properties, Production, and Patents. Vol 1. Weinheim: Wiley-VCH Verlag; 2005.
3. Yasutake Y, Kawano S, Tajima K, Yao M, Satoh Y, Munekata M, Tanaka I. Structural characterization of the Acetobacter xylinum endo-beta-1,4-glucanase CMCax required for cellulose biosynthesis. Proteins 2006; 64(4):1069-1077. http://dx.doi.org/10.1002/prot.21052
5. Chavez-Pacheco JL, Martinez-Yee S, Contreras ML, Gomez-Manzo S, MembrilloHernandez J, Escamilla JE. Partial bioenergetic characterization of Gluconacetobacter xylinum cells released from cellulose pellicles by a novel methodology. J Appl Microbiol 2005; 99(5):1130-1140. http://dx.doi.org/10.1111/j.1365-2672.2005.02708.x
7. Chawla PR, Bajaj IB, Shrikant A, Survase SA, Singhal RS. Microbial Cellulose: Fermentative Production and Applications. Food Technol Biotechnol 2009; 47(2):107–124.
9. Heo M-S, Son H-J. Development of an optimized, simple chemically defined medium for bacterial cellulose production by Acetobacter sp. A9 in shaking cultures. Biotechnol Appl Biochem 2002; 36(Pt 1):41-45.
11. Ramana KV, Tomar A, Singh L. Effect of various carbon and nitrogen sources on cellulose synthesis by Acetobacter xylinum. J Microbiol Biotechnol 2000; 16:245-248. http://dx.doi.org/10.1023/A:1008958014270
13. Noro N, Sungano Y, Shoja M. Utilization of the buffering capacity of corn steep liquor in bacterial cellulose production by Acetobacter xylinum. Appl Microbiol Biotechnol 2004; 64:199-205. http://dx.doi.org/10.1007/s00253-003-1457-6
15. Bae SO, Shoda M. Production of bacterial cellulose by Acetobacter xylinum BPR2001 using molasses medium in a jar fermentor. Appl Microbiol Biotechnol 2005; 67(1):45-51. http://dx.doi.org/10.1007/s00253-004-1723-2
17. Krystynowicz A, Czaja W, Wiktorowska-J A, Gonçalves-MM, Turkiewicz M, Bielecki S. Factors affecting the yield and properties of bacterial cellulose. J Ind Microbiol Biotechnol 2002; 29:189-195. http://dx.doi.org/10.1038/sj.jim.7000303
19. Chao Y, Sugano Y, Shoda M. Bacterial cellulose production under oxygen-enriched air at different fructose concentrations in a 50-liter, internal-loop airlift reactor. Appl Microbiol Biotechnol 2001; 55:673-679. http://dx.doi.org/10.1007/s002530000503
21. Moon S-H, Park J-M, Chun H-Y, Kim S-J. Comparisons of physical properties of bacterial celluloses produced in different culture conditions using saccharified food wastes. Biotechnol Bioproc Eng 2006; 11:21-31.
23. Cheng HP, Wang PM, Chen JW, Wu WT. Cultivation of Acetobacter xylinum for bacterial cellulose production in a modified airlift reactor. Biotechnol Appl Biochem 2002; 35:125-132. http://dx.doi.org/10.1042/BA20010066
25. Serafica G, Mormino R, Bungay H. Inclusion of solid particles in bacterial cellulose. Appl Microbiol Biotechnol 2002; 58:756-760. http://dx.doi.org/10.1007/s00253-002-0978-8
27. Shoda M, Sugano Y. Recent advances in bacterial cellulose production. Biotechnol Bioprocess Eng 2005; 10(1):1-8. http://dx.doi.org/10.1007/BF02931175
29. Phunsri A, Tammarate P, Krusong W, Tantratian S. The liquid/air interface area and depth of liquid medium suitable for cellulose production from Acetobacter TISTR 975. J Sci Res Chula Univ 2003; 28(1):35-43.
31. Caicedo LA, De França FP, Lopez L. Factores para el escalado del proceso de producción de celulosa por fermentación estática. Rev Col Quím 2001; 30(2):155-162.
33. Verschuren P, Cardona T, Nout M, De Gooijer K, Van Den Heuvel J. Location and limitation of cellulose production by Acetobacter xylinum established from oxygen profiles. J Biosci Bioeng 2000; 89(5):414-419. http://dx.doi.org/10.1016/S1389-1723(00)89089-1
35. Jung JY, Khan T, Park JK, Joong K, Chang HN. Production of bacterial cellulose by Gluconacetobacter hansenii using a novel bioreactor equipped with a spin filter. Korean J Chem Eng 2007; 24(2):265-271. http://dx.doi.org/10.1007/s11814-007-5058-4
37. Taylor MA. A kinetic study of bacterial cellulose production by a bath process [Thesis Ms]. Ontario, Canada: University of Western Ontario, Faculty of Engineering Science, Department of Chemical and Biochemical Engineering; 1999.
39. Pourramezan GZ, Roayaei AM, Qezelbash QR. Optimization of culture conditions for bacterial cellulose production by Acetobacter sp. 4B-2. Biotechnology 2009; 8(1):150-154.
41. Taylor KACC. A Colorimetric Fructose Assay. Appl Biochem Biotechnol 1995; 53(3):215-227. http://dx.doi.org/10.1007/BF02783497
43. Moonmangmee S, Kawabata K, Tanaka S, Toyama H, Adachi O, Matsushita K. A novel polysaccharide involved in the pellicle formation of Acetobacter aceti. J Biosci Bioeng 2002; 93(2):192-200. http://dx.doi.org/10.1016/S1389-1723(02)80013-5
45. Missen RW, Mims CA, Saville BA. Introduction to Chemical Reaction Engineering and Kinetics. New York: John Wiley & Sons, Inc; 1999.
47. Marx-Figini M, Pion BG. Kinetic Investigations on Biosynthesis of Cellulose by Acetobacter xylinum. Biochim Biophys Acta 1974; 338:382-393. http://dx.doi.org/10.1016/0304-4165(74)90299-2
49. Ross P, Mayer R, Benziman M. Biochemistry of cellulose synthesis in Acetobacter xylinum. In: Haigler CH, Weiner PJ, editors. Biosynthesis and Biodegradation of Cellulose. New York: Marcel Dekker, Inc.; 1991.
51. Hornung M, Ludwig M, Gerrard AM, Schmauder H-P. Optimizing the Production of Bacterial Cellulose in Surface Culture: Evaluation of Substrate Mass Transfer Influences on the Bioreaction (Part 1). Eng Life Sci 2006; 6(6):537–545. http://dx.doi.org/10.1002/elsc.200620163
52. http://dx.doi.org/10.1002/elsc.200620162
54. Benziman M, Rivetz B. Factors affecting hexose phosphorilation in Acetobacter xylinum. J Bacteriol 1972; 111(2):325-333.
56. Mazover A, Benziman M. The glucose dehydrogenase activity of the NAD-linked glucose 6-phosphate dehydrogenase from Acetobacter xylinum. FEBS Lett 1973; 36(2):203-206. http://dx.doi.org/10.1016/0014-5793(73)80369-2