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Tesis

Process development for matinol production by lactic acid bateriaDesarrollo del proceso para la producción de matinol a partir de baterías ácido láctico

Resumen

El D-manitol (en el trabajo, manitol) es un alcohol de azúcar (o poliol) natural con seis átomos de carbono. Es solamente la mitad de dulce que la sacarosa. Sin embargo, el manitol y otros alcoholes de azúcar exhiben valores calóricos reducidos comparados con el valor respectivo de la mayoría de los azúcares, lo cual los hace aplicables como endulzantes en los alimentos “ligeros”. Además, los alcoholes de azúcar son metabolizados independientemente de la insulina, y por ello también son aplicables a productos alimenticios para diabéticos. Además de las aplicaciones en la industria de alimentos, el manitol también se usa en la industria farmacéutica. En medicina, el manitol se usa para disminuir el edema celular (acumulación excesiva de fluidos), y aumenta la salida de orina.
En esta tesis doctoral sedescribe el desarrollo de un nuevo bioproceso para la producción de manitol. Para este propósito, se estudian aspectos tales como la selección de cepas, elección del método de proceso, optimización de parámetros de proceso, escalado, así como ingeniería metabólica. Hasta el presente (al menos hasta el 2002), el manitol se producía comercialmente por medio de hidrogenación catalítica de sirupes (jarabes) con contenido de fructosa. Los métodos de producción química existente están caracterizados, sin embargo, por varios inconvenientes. El mayor de éstos es la baja conversión de la fructosa catalíticamente hidrogenada en manitol (50%), convirtiéndose el resto en sorbitol. Adicionalmente, se requieren materias primas ultra puras, muy costosas (fructosa y gas hidrógeno) para una conversión eficiente. Cuando se emplean materias primas más económicas (jarabes de fructosa-glucosa) como material de partida para hidrogenación catalítica, el principal producto es sorbitol, y el manitol se forma como subproducto. De aquí que la producción de manitol se vuelva muy dependiente de la demanda en el mercado de sorbitol; además, el manitol es relativamente difícil de purificar a partir del sorbitol, y se requiere intercambio iónico para remover el catalizador metálico de la solución producida. Todo esto resulta en unos costos de producción elevados y rendimientos bajos.
El proceso de producción microbiano de manitol descrito en esta tesis está basado en los cultivos de alta densidad de células de bacterias de ácido láctico heterofermentativas de bajo crecimiento. La bioconversión de fructosa a manitol fue llevada a cabo en un biorreactor de reciclo de células de membrana, agitado lentamente, equipado con control de temperatura y pH. No se requirió ni aireación ni purga de nitrógeno en el medio de bioconversión, lo cual diminuyó drásticamente los costos de inversión de planta. Un detalle importante en el nuevo bioproceso fue la reutilización de biomasa de células en las conversiones sucesivas. En un experimento de producción semicontinua, la biomasa inicial de células proporcionaba productividades y rendimientos estables de manitol para al menos 14 cochadas (batches) consecutivos. Además, usando un protocolo de purificación simple que comprendía la cristalización en frío de una solución supersaturada y recuperación de cristales mediante una centrifugación de tambor, se obtuvieron altos rendimientos de alta pureza (>98%) de cristales de manitol. Además, en ensayos de escalado, el proceso microbiano de producción de manitol se llevó a cabo exitosamente a escala piloto pequeña (100 L)

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