Escalamiento de producción de enzima lacasa en fermentación sumergida

Abstract

El presente trabajo aborda el escalamiento de la producción de Lacasa, una enzima ligninolítica producida por el hongo de pudrición blanca Trametes versicolor. Esta enzima tiene una variedad de aplicaciones industriales, destacándose por su capacidad de degradar compuestos complejos como la lignina. Sin embargo, su producción industrial enfrenta desafíos asociados a altos costos de producción, largos tiempos de fermentación y la necesidad de optimizar variables operacionales para maximizar su rendimiento. En ese sentido, se han realizado estudios que validan la producción de Lacasa utilizando pasta de tomate, pero en ensayos de laboratorio, por lo que se vuelve imprescindible aumentar la producción y mejorar su eficiencia. El objetivo principal de este estudio fue diseñar un proceso preliminar de producción de Lacasa en un fermentador a escala laboratorio de 1,5 L operado en condiciones batch, evaluando los efectos del método de preincubación del inóculo, oxígeno disuelto (OD), pH y consumo de nutrientes. Para esto, se realizaron fermentaciones experimentales a diferentes condiciones operacionales, utilizando la cepa Trametes versicolor al 10% v/v en un medio de cultivo sumergido compuesto por pasta de tomate al 15% v/v y 400 μM de sulfato de cobre como inductor. Los resultados muestran que el método de preincubación de 48 h utilizando micelio fue el que obtuvo mejores resultados, logrando una mayor cantidad de células activas al inicio de la fermentación, lo que significó un aumento en la tasa de consumo de glucosa de 38% y en un incremento en la actividad enzimática de 3,7 veces con respecto al caso base, alcanzando 1.818 U/L al sexto día de fermentación. En comparación, otros métodos, como la inoculación directa del pre-inóculo, resultaron menos adecuados debido a la baja adaptación del microorganismo a las condiciones del medio y a la cantidad de células que fueron transferidas al fermentador. En cuanto al OD, se encontró que su control tiene un impacto directo en la actividad enzimática y el consumo de nutrientes, donde las fermentaciones con control de OD alcanzaron niveles enzimáticos más altos en comparación con aquellas sin control. Sin embargo, el fermentador presentó limitaciones para mantener un punto de ajuste elevado de OD durante los primeros días de fermentación, lo cual afectó parcialmente los resultados. El pH también es un factor que se ve afectado a lo largo de la fermentación. Aunque no se pudo probar experimentalmente que el control de pH maximiza la producción de Lacasa, cuando no se controló, el incremento gradual de esta variable permitió obtener altos niveles de actividad enzimática, pese a que el pH óptimo para la producción de Lacasa se encuentra en un rango ácido. En conclusión, este trabajo sugiere que el método de preincubación, el control del OD y la estabilización del pH son variables que afectan en la producción de Lacasa. De esta manera, los resultados proporcionan una base de cómo se debería realizar la producción de Lacasa a mayor escala, sin embargo, se necesitan realizar réplicas de todas las fermentaciones, con sus respectivas variables, dado que los resultados presentados solo contemplan una franja de operación.