Producción Fed‑Batch de PHB a partir de Glicerol usando el Fermentador-Biorreactor LAMBDA Minifor
El poli(3-hidroxibutirato) (PHB) es un bioplástico biodegradable producido intracelularmente por diversas especies bacterianas cuando existe un exceso de carbono bajo condiciones de limitación de nitrógeno. Gracias a su biodegradabilidad y a sus propiedades materiales comparables a los plásticos convencionales, el PHB se estudia ampliamente como alternativa sostenible a los polímeros derivados del petróleo.
En un estudio reciente realizado en la Universidad Autónoma Metropolitana (México), los investigadores analizaron la producción de PHB a partir de glicerol, un subproducto principal de la producción de biodiésel, utilizando fermentación fed-batch controlada. Para garantizar cultivos reproducibles y condiciones de proceso estables, los experimentos se realizaron empleando el fermentador de laboratorio LAMBDA Minifor, lo que permitió estudiar la síntesis de PHB bajo condiciones ambientales y nutricionales bien definidas.
Referencia: León Santiesteban, H. H., Aguirre Aguilar, J., Beltrán, D. Á., Contreras Larios, J. L., Reyes Chilpa, R., García Martínez, J. C., & González Brambila, M. M. (2026). Bioplastic Production in Circular Economy Paths with Glycerol and Whey. Catalysts, 16(2), 178. https://doi.org/10.3390/catal16020178
Uso del Fermentador LAMBDA Minifor
El fermentador LAMBDA Minifor se utilizó como biorreactor principal para el cultivo de Bacillus megaterium y Bacillus subtilis, dos microorganismos conocidos por producir PHB. Cada cepa se cultivó por separado bajo condiciones idénticas de fermentación fed-batch, lo que permitió una comparación directa del rendimiento en la producción de PHB.
El Minifor permitió un control estable de los parámetros esenciales de la fermentación, incluyendo:
- Control de temperatura a 30 °C
- Cultivo aeróbico
- Mezcla suave para mantener condiciones homogéneas
- Fermentaciones fed-batchde larga duración, hasta 180 horas
- Operación bajo una alta relación carbono:nitrógeno (C:N), promoviendo la acumulación intracelular de PHB.
Estas condiciones controladas son críticas para estudiar la producción de bioplásticos, ya que la síntesis de PHB ocurre principalmente cuando el crecimiento microbiano se desacelera y el exceso de carbono se redirige hacia el almacenamiento del polímero.
Método de Fermentación
La fermentación fed-batch se realizó utilizando el fermentador de laboratorio LAMBDA Minifor con un volumen de trabajo aproximado de 1,7 L.
El medio de cultivo contenía:
• Glicerol y glucosa como fuentes de carbono
• Sulfato de amonio como fuente de nitrógeno limitante
• Una alta relación C:N (~210–220:1) para inducir la síntesis de PHB
El cultivo se llevó a cabo bajo condiciones aeróbicas controladas a 30 °C. Se realizaron fermentaciones separadas con Bacillus megaterium y Bacillus subtilis.
Se llevaron a cabo experimentos adicionales con y sin elementos traza en el medio. La limitación de elementos traza aumentó el estrés metabólico, promoviendo la producción intracelular de PHB en lugar del crecimiento continuo de biomasa.
Se tomaron muestras durante la fermentación para monitorear la concentración de biomasa, el consumo de sustrato y la producción de PHB.
Resultados
Ambas cepas bacterianas produjeron con éxito PHB bajo las condiciones controladas proporcionadas por el fermentador LAMBDA Minifor.
• Bacillus megaterium mostró la mayor productividad, alcanzando concentraciones de PHB de aproximadamente 3,1 g L⁻¹. La acumulación de PHB ocurrió principalmente durante la fase estacionaria, cuando el crecimiento microbiano disminuyó y el carbono se redirigió hacia la síntesis del polímero.
• Bacillus subtilis también produjo PHB bajo las mismas condiciones de fermentación fed-batch, aunque a concentraciones menores. Al igual que con B. megaterium, la síntesis de PHB ocurrió principalmente después de que el crecimiento activo se ralentizó.
La limitación de elementos traza incrementó la producción de PHB en ambas cepas al promover la acumulación intracelular del polímero en lugar de la formación de biomasa.
El ambiente de fermentación controlado proporcionado por el Minifor aseguró resultados reproducibles y permitió una comparación confiable entre las cepas microbianas.
Conclusión
El fermentador de laboratorio LAMBDA Minifor proporciona una plataforma confiable para la producción fed-batch de PHB, la investigación en bioplásticos y estudios de fermentación microbiana. Su capacidad para mantener temperatura, aireación y mezcla estable durante períodos prolongados de cultivo permite una producción intracelular de biopolímeros reproducible.
El sistema es ideal para aplicaciones como:
- Investigación en PHB y bioplásticos
- Desarrollo de procesos de fermentación fed-batch
- Evaluación de cepas microbianas
- Optimización de bioprocesos a escala de laboratorio
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