8/10/2019 Evaluacin de La Produccin de 1,3-Propanodiol Por Cepas Nativas de Clostridium Sp. Mediante Fermentacin a P

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Evaluacin de la produccin de 1,3-propanodiol por cepas nativas de Clostridiumsp.mediante fermentacin a partir de glicerolUSP y glicerol industrial subproducto de laproduccin de biodisel

Diana Paola Crdenas, Carolina Pulido, scar Leonardo Aragn, Fabio AnczarAristizbal1, ulma !oco "urez#$ Doll$ %onto$a#

1 Departamento de Farmacia, Facultad de Ciencias, &ni'ersidad (acional deColombia, )ogot D.C, Colombia.

#*rupo de )ioprocesos $ )ioprospeccin, +nstituto de )iotecnologa, &ni'ersidad(acional de Colombia, A.A. 1-, )ogot D.C, Colombia. Fa/0 12313.

!ecibido para e'aluacin0 marzo 4 de #2

Aceptado para publicacin0 5unio 13 de #2

RESUE!

Este traba"o tuvo como propsito evaluar la produccin de 1,3 propanodiol #1,3-P$% a partir de glicerol en trece cepas nativas de Clostridium spp, aisladas desuelos colombianos.Se evaluaron dos medios de cultivo con glicerol USP #&1' y&1(% con diferentes concentraciones de P'(', biotina y )stoc*+ de minerales yun medio con glicerol industrial proveniente de la produccin del biodisel y sedetermin la productividad volumtrica de 1,3 P$ en las cepas nativas, en lostres medios En promedio se pudo observar .ue las cepas nativas presentaronuna productividad 1,/ veces superior cuando fueron cultivadas en el medio &1( yun rendimiento de 1,3-P$ #0ps% 124 mas alto con el medio &1( 5a cepa nativa6(U!13' present una productividad volumtrica 784 superior a la cepa dereferencia Clostridium but$ricum $S723 en medio &1' e increment suproductividad en un 24 en un medio con glicerol industrial #&2% 5os resultadosde este traba"o sugieren .ue el glicerol industrial sin puri9cacin podr:a ser usadopara la produccin de 1,3-P$ a nivel industrial, mediante la optimi;acin de lascondiciones de fermentacin 5a transformacin de este residuo en un productorentable, podr:a dar valor agregado a la produccin de biodisel en ES?R'6!S1,3-PR@P'!E$6@5

PR@$U

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greater volumetric productivity and a yield 124 CigCer DCen groDn in &1(medium in comparison to tCose obtained in &1' medium !ative 6(U!13' strainCad 784 greater volumetric productivity #1,3 P$F 8,8/8 mg m5-1 C-1% tCan tCeClostridium but$ricum$S723 reference strain #1,3 P$F 8838 mg m5-1C-1% andtCe same parameter Das increased by 24 in raD-glycerol medium #&2%regarding tCat obtained in &1 medium ?Cese results suggest tCat raD glycerol

obtained from tCe biodiesel process DitCout any puri9cation may be used forproducing 1,3-P$ at industrial level by optimising fermentation conditions

?ransforming tCis Daste into an added-value product sCould become pro9tabletCe biodiesel production process in

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sustratos econmicos, lo cual Ca motivado la bQs.ueda de nuevas cepascapaces de emplear subproductos con alto contenido de glicerol comofuentes de carbono para la fermentacin #12, 28, LL%

Aigura 1 Ruta de asimilacin de glicerol en Clostridium but$ricum 6 &liceroldesCidratasa 66 activador de la glicerol desCidratasa 666 1,3-P$ desCidrogenasa6> glicerol desCidrogenasa > diCidroIiacetona *inasa, Ad AerredoIina

El biodisel como fuente energtica renovable, tiene el 74 del potencialenergtico del disel #L3% y durante su proceso productivo es posible obtenerglicerol como subproducto principal en concentraciones entre 18-L84 #28%Esta condicin Ca posicionado la produccin de 1,3-P$ y 3-CidroIipropionaldeCido #3-P'% a partir de glicerol como una estrategia paradar mayor valor agregado a los subproductos durante la produccin, y deesta forma rentabili;ar el proceso #L2%

En este traba"o se presentan los resultados de la evaluacin del potencial

productor de 1,3-P$ a partir de glicerol obtenido del proceso de biodisel

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por cepas colombianas de Clostridium sp caracteri;adas molecularmentecomo relacionadas con Clostridium but$ricum#7, 2L, 33, L8%

E?@$@5@&'

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Elemento edio &1' edio &1( Rango #a% Promedio

G #g5% 8,71J 8,71J 8,82 -1,7J1 8,33L

n #g5% 1,1 I18-L /,J I18-7 3,3 I18-7- 7,7 I18-7 L,L I18-7

'R6'! $S188

RESU5?'$@S0$6S

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crecimiento, la productividad y la reproducibilidad de la fermentacin,debido a .ue los microorganismos asumen de manera Ceterognea lasOuctuaciones de p y las condiciones de estrs .ue representa el cambio demedio dependiendo de sus estados 9siolgicos asociados a su crecimiento#23, 27% 'dicionalmente, es conocido .ue en Clostridium la solventognesis

se dispara diferente dependiendo de la edad del inculo 5as cepas nativas6(U! 22', 6(U! /L', 6(U! 127< y la cepa patrn Clostridium but$ricum $S723 fueron seleccionadas para determinar la edad del inculo En estetraba"o, los resultados mostraron .ue la me"or fase para inocular es la faseeIponencial #?2%, puesto .ue en todas las cepas present la mayor tasa decrecimiento y una mayor produccin de 1,3-propanodiol en el medio &1' Enla 9gura 2, se observa este comportamiento para la cepa nativa 6(U! 22 ',inoculada en las tres diferentes fases del crecimiento Estos resultadosconcuerdan con lo enunciado por 'bbad-'ndaloussiy col,y Saint 'mans et

al #3, 3K%, .uienes sugirieron .ue el 1,3-P$ puede considerarse unmetabolito primario al estar asociado al crecimiento

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Aigura 2

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$S 2LJ 8,81 8,817 8,38 8,83L

'?

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condicin no se presenta la inCibicin por sustrato .ue suele ser uno de losprincipales factores .ue limitan la productividad del 1,3-P$, segQn loreportado por

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En la 9gura 3 se presentan los per9les de produccin de Ncido actico de lacepa 6(U!13' en los dos medios evaluados &1' y &1( 6nicialmentepresent un aumento de la concentracin con un valor mNIimo a las L Corasde fermentacin y posteriormente una disminucin acelerada En las Corassiguientes la concentracin se mantuvo por deba"o del nivel de deteccin

del mtodo anal:tico 'l cambiar a medio &1( el per9l de formacin deacetato fue variable y dependiendo el tiempo de fermentacin fue producidoo consumido, aun.ue mantuvo una tendencia creciente de la concentracinneta Este comportamiento puede estar asociado con la actividad deen;imas involucradas en la s:ntesis del Ncido actico, la cual puede serreversible, abriendo la posibilidad de .ue sea reasimilado dependiendo delas relaciones de acetil-

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#% (iomasa, #% 1,3-propanodiol, #% acetato, #% (utirato, #% &licerol residual, #%p

Aigura 3 Per9les de fermentacin para la cepa 13' en el medio &1' #derecCa% y&1( #i;.uierda% en glicerol

Aermentacin en el medio de cultivo &2 #glicerol industrial%= la cepa 13' fuecultivada ba"o las mismas condiciones del medio &1', pero la fuente decarbono fue glicerol industrial proveniente de la produccin de biodisel apartir de aceite de palma, sin ningQn tratamiento de puri9cacin (13) 5osresultados obtenidos muestran una reduccin del 124 en el rendimientomolar de 1,3-propanodiol, aun.ue la productividad obtenida con la mismacepa se increment en 2,34 con respecto al medio &1' #tabla L% ?ambin

present mayor generacin de Ncido actico y la concentracin de Ncidobut:rico se mantuvo constante Este resultado concuerda con lo reportadopor diferentes autores .uienes a9rman .ue el glicerol crudo es un sustratoconveniente para la produccin biotecnolgica de 1,3-P$

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Ainalmente se con9rmo .ue el inculo en medio R

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J A (arbirato, P Soucaille, ' (ories, PCysiologic mecCanisms involved inaccumulation of 3-CydroIypropionaldeCyde during fermentation ofglycerol by 8nterobacter agglomerans, Applied 8n'ironmental%icrobiolog$, /2,LL87 #1KK/%

A (arbirato, E assan,?

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1K asconcelos, Production of 1,3-

propanediol by Clostridium but$ricum >P6 32// using a syntCeticmedium and raD glycerol 9ournal o7 +ndustrial %icrobiolog$ and)iotec:nolog$, 31, LL2 #288L%

21 &on;Nle;-Pa"uelo, Z

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cCemostat culture, Applied %icrobiolog$ and )iotec:nolog$, 77, 22/#2881%

38 G en;el, 'P eng, B$ $ec*Der, igC concentration andproductivity of 1,3-propanodiol from continuous fermentation of glycerol

by 6lebsiella pneumoniae, 8nz$me %icrobial P6 32// groDn onglucose-glycerol miItures,9ournal o7 )acteriolog$, JJ, 1K1#2881%

L8 SuNre;, (

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multivariate data analysis= Strategy for describing a neD species+Proceedings of tCe 17tCS& eeting BarDic* University England#288/%

L1 US;eD;y*, ? &riebe, SStra*er, PolyuretCanes EIpo 1KKK=