Bioproceso para obtener ácido cítrico, a partir de un material lignocelulósico

Abstract

El propósito de este estudio fue desarrollar un proceso biotecnológico para producir ácido cítrico, mediante la biorreacción de residuos de Opuntia ficus indica, como materia prima, a partir del Residuo Agroindustrial generado en la Alcaldía Milpa Alta, Ciudad de México. Los hongos Pycnoporus cinnabarinus y Aspergillus niger realizaron los procesos de biorreacción en biorreactores homogéneos. La eficiencia de la deslignificación con Pycnoporus cinnabarinus se midió bajo diferentes condiciones de operación: pH de 4 y 6, temperaturas de 30° C y 50° C; y tamaño de partículas de 0.074 mm y 0.25 mm, y la eficiencia de la biotransformación con Aspergillus niger se midió bajo diferentes condiciones de operación: pH de 2 y 4, 20 g/L y 30 g/L de celulosa, y concentraciones altas y bajas de metales traza: Cobre (Cu), Manganeso (Mn) y Zinc (Zn). La deslignificación y la producción de ácido cítrico se evaluó mediante espectroscopía IR y los efectos de los factores y sus interacciones se evaluaron mediante el análisis de varianza (ANOVA). Además, durante las biorreacciones se mantuvo bajo control el pH, el oxígeno disuelto (OD) y el potencial de óxido reducción (ORP), así como las concentraciones de biomasa y de carbohidratos reductores totales, para su determinación se utilizaron los métodos de Bradford y del ácido 3,5-Dinitrosalicílico (DNS) respectivamente. Mediante el análisis de la espectroscopía IR se midieron los porcentajes de deslignificación, logrando alrededor del 67 % de deslignificación durante las biorreacciones. La cantidad máxima de ácido cítrico obtenida fue de 6.2 g/L en las condiciones de operación optimizadas, a partir de 20 g de celulosa, y los valores de las constantes asociadas a la formación de producto fueron α de 2.91, β de 4.28, μm de 0.1362 d-¹, ks de 0.603 g sustrato/l, kd de 0.0102.

The purpose of this study was to develop a biotechnological process to produce citric acid, through the bioreaction of Opuntia ficus indica residues, as raw material, from Agroindustrial Residue generated in the Milpa Alta Delegation, Mexico City. The microorganisms Pycnoporus cinnabarinus and Aspergillus niger performed the bioreactions process in homogeneous bioreactors. The efficiency of the deslignification with Pycnoporus cinnabarinus was measured under different operating conditions: 4 and 6 pH levels, 30° C and 50° C temperatures; and 0.074 mm and 0.25 mm particle size, and the efficiency of the biotransformation with Aspergillus niger was measured under different operating conditions: 2 and 4 pH levels, 20 g/L and 30 g/L of cellulose, and high and low concentrations of trace elements: Copper (Cu), Manganese (Mn) and Zinc (Zn). The deslignification and citric acid production was evaluated by IR spectroscopy and the effects of the factors and their interactions were evaluated through the analysis of variance (ANOVA). Moreover the pH, dissolved oxygen (DO) and the oxide-reduction potential (ORP) were monitored during the bioreactions, as well as the concentrations of biomass and total reducing carbohydrates, using the methods of Bradford and 3,5-Dinitrosalicylic acid (DNS) respectively. Using analysis of IR spectroscopy percentages of deslignification were observed around 67% during bioreactions. The maximum citric acid amount obtained was 6.2 g/L at the optimized operation conditions, from 20 g of cellulose, and the values of the constants associated with product formation were α of 2.91, β of 4.28, μm of 0.1362 d-¹, ks of 0.603 g substrate/l, kd of 0.0102.