Conversión microbiana de ácido ferulico a vainillina - Aprovechamiento biotecnológico de productos agropecuarios II - Libros y Revistas - VLEX 445252194

Conversión microbiana de ácido ferulico a vainillina

Autor:De Faveri, D.; Torre, P.; Aliakbarian, B.; Domínguez, J. M.; Perego, P.; Bustos, G.; Converti, A.
Páginas:181-203
RESUMEN

La manera más adecuada de disponer los residuos, desde el punto de vista medioambiental, es su conversión en productos con alto valor añadido. Entre las posibles alternativas para aprovechar los residuos agroindustriales, se ha detectado un creciente interés en la hidrólisis de su fracción lignocelulósica para obtener disoluciones ricas en ácido ferúlico y su sucesiva bioconversión en vainillina, ... (ver resumen completo)

 
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Conversión microbiana de ácido ferúlico a vainillina
Microbial Conversion of Ferulic Acid to Vanillin
De Faveri, D.1; Torre P.1; Aliakbarian, B.1;
Domínguez, J. M.2; Perego, P.1; Bustos, G.3; Converti, A.1*
Resumen
La manera más adecuada de disponer los residuos, desde el punto de vista medioam-
biental, es su conversión en productos con alto valor añadido. Entre las posibles al-
ternativas para aprovechar los residuos agroindustriales, se ha det ectado un creciente
interés en la hidrólisis de su fracción lignocelulósica para obtener disoluciones ricas
en ácido ferúlico y su sucesiva bioconversión en vainillina, uno de los principales
compuestos aromáticos de interés para la industria alime ntaria en el mundo entero.
En vista de una futura producción industrial de vainillina a partir de esos hidro-
lizados, este trabajo fue dirigido en medios semidefinidos, para la selección, de las
mejores condiciones para realizar la transformación. Un análisis sobre cinco dife-
rentes transformantes de Escherichia coli mostró que E. coli JM109 (pBB1) aseguró
las más elevadas productividades volumétricas y específicas, así como las mayores
velocidades de conversión del ácido ferúlico. El mejor cosustrato para sostener el
metabolismo energético de esta cepa durante la bioconversión del ácido ferúlico en
vainillina fue el extracto de levadura, mientras una relación entre los volúmenes del
medio y del contenedor de 0.5 y 100 rpm fueron las mejores condiciones de agitación.
Los mayores rendimientos de producto fueron obtenidos a 30°C después de tiempos
1 Departament of Chemical and Process Engineering “G. B. Bonino”, Via Opera Pia 15, I-16145
Génova, Italia.
2 Departmento de Ingeniería Química, Universidad de Vigo (Campus Ourense), edificio Politécni-
co, As Lagoas s/n, 32004 Ourense, España.
3 Universidad Autónoma de Tamaulipas, Unidad Académica Multidisciplinaria Mante, Boulevard
E. C. Glez., 1201, col. Jardín, C.P. 89840. Cd. Mante, Tamaulipas, México.
*E-mail: converti@unige.it
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APROVECHAMIENTO BIOTECNOLÓGICO DE PRODUCTOS AGROPECUARIOS II
de bioconversión relativamente cortos (1-2 h), como necesita un proceso industrial.
Pruebas adicionales realizadas a concentraciones iniciales variables de ácido ferúlico
evidenciaron una inhibición por exceso de sustrato responsable por una disminución
exponencial de la productividad.
El reciclaje de biomasa de cuatro bioconversiones sucesivas demostró la posibilidad
de emplear este sistema de células en reposo para la producción continua de vainillina.
Entre los soportes de inmovili zación testados (poliuretano, esponja sintética y vidrio
poroso), la esponja sintética mostró ser el mejor material en términos de formación de
vainillina y de productivi dad al término de las pruebas de inmovilización. Por tanto,
ésta fue usada en bioconversiones continuas utilizando una columna de lecho fijo con
células de E. coli JM109 (pBB1) inmovilizadas. El rendimiento máximo de vainillina
(YV/F = 0.851 mol/mol) fue obtenido a una velocidad de dilución de 0.022 h-1. Con
base en estos resultados prometedores, los esfuerzos futuros serán direccionados a la
preparación y sucesiva bioconversión de disoluciones ricas en ácido ferúlico a partir
de corncobs, un subproducto del procesamiento del maíz dulce.
Abstract
The most environmentally friendly way to dispose wastes is their conversion into
high added value-products. Among the possible alternatives to exploit agroindustrial
residues, increasing interest has been paying to the hydrolysis of their lignocell u-
losic fraction to give ferulic acid-rich solutions and their successive bioconversion
to vanillin, one of the main flavouring compounds of concern for the food industry
worldwide.
In view of future industrial production of vanillin from such hydrolyzates, this work
has been addressed towards to the selection, in semi-defined media, of the best con-
ditions to perform the transformation. A screening among five different Escherichia
coli tra nsformants showed that E. coli JM109 (ppB1) ensured the highest values of
the volumetric and specific productivities as well as the highest ferulic acid conver-
sion rates. The most suitable co-substrate to sustain the energetic metabolism of this
strain during ferulic acid-to-vanillin bioconversion was yeast extract, while a ratio of
medium to vessel volume of 0.5 at 100 rpm were the best agitation conditions. The
highest product yields were obtained at 30 °C after relatively short bioconversion
times (1-2 h), as those required for an industrial process. Additional tests performed
at variable starting ferulic acid levels (So) demonstrated the occurrence of excess sub-
strate inhibition responsible for an exponentia l decrease in the specific productivity
with increasing So.
Biomass recycling from four successive bioconversion steps demonstrated the pos-
sibility of employing such a resting cell system for the continuous production of van-
illin. Among the tested immobilization supports (polyure thane, synthetic sponge and
porous glass) the synthetic sponge proved to be the best material in terms of both
vanillin formation (Cv = 0.080 g/L) and productivity (Qv = 0.019 g/L h) at the end of

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