9 Parámetros cinéticos de biotransformación de AF pura .. con el sistema de células en reposo de B. megaterium. Parámetros cinéticos de biotransformación de nejayot enriquecido con AF por el sistema celular v.
INTRODUCCIÓN
Los procesos biotecnológicos brindan una alternativa en la producción de 4VG con denominación de producto natural, lo que incrementa el interés comercial en el mercado. Además, se investigaron 4 sistemas de biotransformación de AG utilizando células de Bacillus megaterium con el objetivo de seleccionar un sistema adecuado para la producción de 4VG.
ANTECEDENTES
- El Nejayote: Efluente Contaminante Generado en la Nixtamalización del
- Tratamiento Integral del Nejayote con un Sistema de Filtración por
- Compuestos de Alto Valor Contenidos en el Nejayote y su Aplicación
- Métodos de Producción del 4-vinilguayacol
- El 4-vinilguayacol y sus Aplicaciones Industriales
- Síntesis Química del 4 -vinilguayacol
- Producción Biotecnológica del 4-vinilguayacol
- Biotransformación del Ácido Ferúlico a 4-vinilguayacol
- Descarboxilación no Oxidativa del Ácido Ferúlico
- Bacillus megaterium Aislado de Nejayote: una Nueva Cepa para la
- Sistemas de Biotransformación: Células en Crecimiento y Células en
- Sistema de Biocatálisis: Células Completas
- Concentrado de Nejayote como Precursor para la Producción
El nejayote es desechado al sistema de alcantarillado urbano y contiene material orgánico e inorgánico (residuos de sales de calcio) (Gutiérrez-Uribe et al., 2010). Los sistemas de biocatálisis son ampliamente utilizados en el desarrollo de procesos industriales para la producción de moléculas de alto valor, donde se utilizan como biocatalizadores enzimas purificadas o células completas sin viabilidad (Schmid et al., 2001).
HIPÓTESIS
OBJETIVOS
MATERIALES Y MÉTODOS
Valorización de un Efluente Líquido de la Industria del Nixtamal (Nejayote)
- Obtención y Acondicionamiento de la Muestra
- Microfiltración
- Ultrafiltración
- Ósmosis Inversa (OI)
- Desempeño de las Membranas de Ultrafiltración y Ósmosis Inversa
- Sólidos disueltos totales (SDT)
- Sólidos suspendidos totales (SST)
- Azúcares reductores (AR)
- Arabinoxilanos (AX)
- Fenoles totales
- Ácido ferúlico (AF) y p-cumárico (ApC)
- Análisis Estadístico
El proceso se llevó a cabo en régimen de operación continua y la fracción clarificada obtenida luego se sometió a un proceso de ultrafiltración. El proceso se llevó a cabo a una presión constante de 100 psia y un flujo de entrada de 2 L/min, en operación discontinua, con reciclaje y concentración de la corriente rechazada. Se utilizó una membrana de poliamida aromática reticulada modelo TMG 10 (Toray Industries Inc.) con una superficie de 8 m2. El proceso se llevó a cabo a una presión constante de 50 psia y un flujo de alimentación de 2,4 L/min. en un lote con régimen de operación, con reciclaje y concentración del flujo de eyección.
El concentrado de ósmosis inversa se ajustó a pH 6 para realizar el proceso de secado por aspersión en un secador Yamato ADL311S (EE.UU.). Posteriormente, se enfriaron en un desecador hasta peso constante y se determinó el contenido de SST por diferencia de peso. La absorbancia de las muestras se leyó a 540 nm en un espectrofotómetro JBL modelo Eon One y el contenido de RA de las muestras se cuantificó con base en una curva de concentración de glucosa en un rango de 0 a 2 g/L.
El contenido de AR en las muestras se informó como g de equivalentes de glucosa/kg de materia seca. La mezcla de reacción se incubó a 40 °C durante 10 minutos en la oscuridad, luego se leyó la absorbancia de las muestras a 690 nm en un espectrofotómetro JBL modelo Eon One. El contenido de fenol total en las muestras se cuantificó con base en la curva de concentración con ácido ferúlico, en el rango de 0 a 1 mM.
Sistema de Células en Reposo y en Crecimiento de Bacillus megaterium
- Cultivo Líquido de B. megaterium
- Biotransformación de AF Puro en un Sistema de Células en Reposo
- Biotransformación de AF con Polvo Reconstituido en un Sistema de
- Biotransformación de AF con Nejayote Enriquecido en un Sistema de
- Determinaciones Analíticas
- Biomasa
- Cuantificación de AF y 4VG
- Parámetros Cinéticos
- Análisis Estadístico
Se evaluó un sistema de biotransformación con AG puro en un sistema de células en reposo según lo informado por Vyrides et al. En viales de centelleo que contenían 10 mL de solución de neujoato reconstituido, se inocularon con 0,5 mL de cultivo líquido de B. Se tomó 1 mL de muestra de biotransformación y se añadió a un tubo Eppendorf de 2 mL de peso constante.
Las muestras se centrifugaron durante 15 minutos a 9.000 rpm (Eppendorf 5417R) y el sobrenadante se filtró con una membrana de politetrafluoroetileno (PTFE) de 0,22 µm. Se prepararon estándares de AF y 4VG (1 mg/ml) disueltos en etanol y se depositaron 0,2 - 12 µL de los estándares. Las placas se secaron en una campana extractora y la cuantificación se realizó mediante escaneo densitométrico en un escáner Camag TLC a 260 y 320 nm, y el contenido de AF y 4VG se informó en mM.
El rendimiento sustrato-producto, el porcentaje molar de consumo de AG y la productividad de los procesos de biotransformación se determinaron según las siguientes ecuaciones. P0 = concentración molar inicial de 4VG S0 = concentración molar inicial de AF S = concentración molar final de AF Prod = productividad [mM/h]. La parte lineal de la curva se tomó al inicio y al final de la fase exponencial.
Sistema de Biocatálisis con Células Completas de Bacillus megaterium para
- Obtención del Biocatalizador
- Actividad Descarboxilasa del Biocatalizador
- Efecto de la Temperatura y pH en la Actividad Descarboxilasa del
- Sistema de Biocatálisis Monofásico de Células Completas para la
- Sistema de Biocatálisis Bifásico de Células Completas para la
- Purificación Secundaria del AF Contenido en el Polvo Deshidratado para
- Parámetros Cinéticos
- Análisis Estadístico
La velocidad inicial se calculó basándose en la disminución de la absorbancia máxima de AF a una λmax de 320 nm en el tiempo de reacción estimado. Además, se evaluó la descarboxilación de los siguientes ácidos hidroxicinámicos: o-cumárico (oC), m-cumárico (mC), p-cumárico (pC), sinápico (SP), cafeico (CF) y cinámico (CN) en una concentración de 2,5 mM (0,5 g/l). El efecto de la temperatura y el pH sobre la descarboxilación de AG se realizó según lo informado por Gu et al.
La temperatura óptima para la descarboxilación de AG a una concentración de 2,5 mM se evaluó calculando la velocidad inicial en un rango de 20-70 ºC a pH 7. La descarboxilación de AG en el sistema de biocatálisis monofásico se realizó de acuerdo a lo informado por Hu et al. La descarboxilación de AF se realizó en un termomezclador (Eppendorf Confort) a una temperatura de 30 °C y 1000 rpm durante 12 h.
El consumo de AF y la producción de HPTLC 4VG se cuantificaron utilizando el método descrito en la sección 5.2.5.2. El sistema de dos fases utilizado para la descarboxilación de AF se realizó con base en lo reportado por Lee et al, la concentración inicial fue AF 100 mM purificado del polvo deshidratado y la producción de 4VG se cuantificó mediante HPTLC, según la metodología presentada. en la Sección 5.2.5.2.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Valorización de un Efluente Líquido de la Industria del Nixtamal (Nejayote)
- Composición de Nejayote
- Desempeño de la Membrana de Ultrafiltración (5 KDa)
- Desempeño de la Membrana de Ósmosis Inversa
- Sistema Integral de Filtración por Membranas
- Secado por Aspersión del Concentrado de Ósmosis Inversa
- Conclusiones
- Recomendaciones y Perspectivas
En el caso de los compuestos fenólicos, su contenido en nejayote varía dependiendo de la variedad y cantidad de maíz utilizado en el proceso de nixtamalización (López-Martínez et al., 2009). El 47% de los compuestos fenólicos restantes son de naturaleza desconocida porque no pudieron identificarse en este estudio. El desempeño de la membrana se evaluó midiendo la reducción del flujo en el permeado y el aumento en la concentración de sólidos solubles en el rechazo como se muestra en la Figura 4.
El desempeño de la membrana se evaluó midiendo la disminución del flujo de permeado y el aumento de la concentración de sólidos solubles en los residuos, como se muestra en la Figura 6. Desempeño de la membrana de poliamida en el proceso de ósmosis inversa (condiciones de operación: temperatura 25° C y 50 psia). En el caso de AX y AR no se observaron diferencias estadísticas entre su contenido en las corrientes de alimentación y el rechazo al final de la operación de concentración por ósmosis inversa.
El AF contenido en el nejayote a pH 8 puede presentar un 98,3% de disociación (debido a su proximidad a otro pKa de 8,75), favoreciendo su adsorción sobre la superficie de la membrana de poliamida (Goldberg et al., 2011). Balance de materiales en el tratamiento de nejayota con un sistema integral de filtración por membranas. Cabe señalar que luego del proceso de secado por aspersión, se observó una disminución en el contenido de fenólicos totales (27%) y AF (25%) con respecto al contenido del material de partida (Tabla 4).
Sistema de Células en Reposo y en Crecimiento de Bacillus megaterium
- Biotransformación de AF Puro en un Sistema de Células en Reposo
- Biotransformación de AF con Polvo Reconstituido y Nejayote Clarificadoen
- Biotransformación de Nejayote Clarificado, Enriquecido con AF en un
- Conclusiones
- Recomendaciones y Perspectivas
2016), logró una productividad de 0,02 mM/h utilizando la cepa Bacillus aryabhattai con una concentración inicial de 5 mM FA. Estos resultados indican que concentraciones cercanas a 4,7-4,9 mM de 4VG provocan la inhibición del producto en el sistema de biotransformación celular inactivo. Parámetros cinéticos de biotransformación de AF pura por un sistema de células B inactivo.
Se observó un aumento en la concentración de 4VG hasta un límite máximo de producción de 4,9 mM de 4VG con una concentración de 10 mM AF (p<0,05). Se comparó el sistema de biotransformación de células en crecimiento en una solución reconstituida de nejayote en polvo a una concentración de 5,9 mM AF y nejayote clarificado a una concentración de 5,3 mM AF. Mientras que en el sistema de células creciendo en la solución de polvo de nejayote reconstituido no se observó consumo ni producción de 4VG (Figura 10A), en el sistema con nejayote clarificado se obtuvo una concentración de 4VG 2.13 mM (Figura 10B). muestra el consumo de AF.
B-8 con concentración de AF 1 mM y fase estacionaria se alcanzó después de 20 h de cultivo. El sistema de células en reposo de Bacillus megaterium fue más eficiente en la bioconversión a 4VG con una concentración inicial de 5 mM de FA puro. Asimismo, las células en crecimiento mostraron una mayor eficiencia de biotransformación con nejayote clarificado enriquecido a una concentración de FA 25 mM.
Sistema de Biocatálisis con Células Completas de B. megaterium para la
- Descarboxilación del AF en un Sistema de Biocatálisis con Células
- Selección de Parámetros Óptimos de Temperatura y pH para la
- Sistema de Biocatálisis Monofásico de Células Completas con AF Puro y
- Sistema de Biocatálisis Bifásico de Células Completas con Nejayote
- Producción de 4VG a partir de AF Parcialmente Purificado de Polvo
- Conclusión
- Recomendaciones y Perspectivas
Descarboxilación de AF para la producción de 4VG en un sistema de biocatálisis de células completas de Bacillus megaterium. Como se muestra en la Figura 16, de los siete HA evaluados en el presente estudio, solo AF (1), pC (2), CF (3) y SP (4) presentan un grupo hidroxilo en la posición para de la estructura. anillo de benceno. Con el objetivo de desarrollar un sistema adecuado para la descarboxilación de AG, se evaluó el efecto de la temperatura y el pH sobre la actividad descarboxilasa de células enteras de Bacillus megaterium.
Aunque se determinó que la temperatura óptima para la actividad descarboxilasa era 40 °C (Fig. 18A), al evaluar la termoestabilidad a esta temperatura, hubo una disminución gradual de la actividad, con una t de ½ hora (Fi Fig. 18B). Los parámetros cinéticos de la descarboxilación de FA se analizaron y compararon entre diferentes concentraciones de FA, como se muestra en la Figura 20. Este fenómeno fue informado por Lee et al. 1998) quienes observaron una drástica disminución lineal en la actividad descarboxilasa de Bacillus pumilus como consecuencia de la acumulación de 4VG (1,66 mM) en un sistema de biocatálisis monofásico.
Se observó una disminución del 20% en la actividad descarboxilasa del biocatalizador en el sistema monofásico después de 30 min de incubación, y esto se mantuvo constante hasta el final de la incubación (4 h). Por el contrario, con el sistema bifásico hubo un aumento del 50% en la actividad residual después de 4 horas de incubación del biocatalizador. Se puede observar como al implementar un sistema de biocatálisis bifásico hubo un aumento en la producción de 4VG (p<0.05).
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
The activity of ferulic and gallic acids in the prevention and control of pathogenic bacteria against biofilms. High yield production of vanillin from ferulic acid by a coenzyme-independent decarboxylase/oxygenase two-step process. Vanillin bioconversion and bioengineering of the most popular plant flavor and its de novo biosynthesis in the vanilla orchid.
Rapid degradation of ferulic acid via 4-vinylguaiacol and vanillin by a newly isolated strain of Bacillus coagulans. Characterization of the key aroma compounds in two Bavarian wheat beers by means of the sensomic approach. Decarboxylation of ferulic acid to 4-vinylguaiacol by Bacillus pumilus in aqueous-organic solvent two-phase systems.
Transformation of ferulic acid to vanillin using a two-phase partitioning solid-liquid batch bioreactor. A topical antioxidant solution containing vitamins C and E stabilized by ferulic acid provides protection for human skin against damage caused by ultraviolet radiation. Purification of dissolved ferulic acid from agroindustrial waste and further conversion to 4-vinyl guaiacol by Streptomyces setonii using solid-state fermentation.