G. Viniegra-González y E. Favela-Torres Universidad Autónoma Metropolitana México, D.F., MEXICO.

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1 G. Viniegra-González y E. Favela-Torres Universidad Autónoma Metropolitana México, D.F., MEXICO

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3 Gran variedad de soportes sólidos EnzimasSubstratos CelulasasResiduos Celulósicos, ensilage de sorgo dulce, coconut pith, sugar bagazo de caña. QuitinasasResiduos sólidos de crustáceos Glucosa oxidasaSalvado de trigo Glucosidasas y amilasas Harina de yuca, salvado de trigo, salvado de arroz, residuos de plátano. almidón, harina de soya Glutaminasa y glutamato oxidasa Impregnated perlitas de poliestirene, salvado de trigo, cáscara de arroz. IlunilasasSalvado de trigo, salvado de arroz, copra y harina de maíz. Lacasas y peroxidasasSalvado de trigo LipasasSalvados de trigo y arroz, copra, residuos de babazú. PectinasesSalvado de trigo, bagazo de manzana, pulpa de café, bagazo de caña con pectina, salvado de soya, poliuretano con pectina. FitasasHarinas de canola o de trigol, mostaza, habas molidas o en harina,. ProteasasSalvados de trigo y arroz, residuos de arroz. PulunasasSalvados de trigo TanasasBagazo de caña con ácido tánico, residuos forestales, poliuretano con ácido tánico. XilanasasSalvado de trigo, borra del café, pajas de arroz o trigo, pulpa de betabel y bagazo de manzana, fibras ligno celulósicas, bagazo de caña bagasse, tallos de plátano, olote de maíz, cáscaras de mango.

4 A. niger crecido en espuma de poliuretano  Espacios intersticiales llenos de aire.  El mosto se extiende en láminas delgadas, por tensión superficial.  El agua rodea a los mohos.  A/V > 100/cm Romero S. J. tesis doctoral, 2000

5 Diagrama de la FMS micelio Soporte sólido O2O2 CO 2

6 Ventajas de FMS (sólida) sobre FsM (sumergida)  Menor represión catabólica.  Mayor rendimiento de la biomasa, con menos aireación forzada.  Mayor resistencia a substratos tóxicos.  Menor actividad proteolítica en el mosto.  Mayor productividad del reactor.  Ahorro de agua y energía.

7 Menor represión catabólica de las pectinasas en PUF. A. niger on Poly-urethane foam. SSF (  ); SmF (  ). 15g/L pectin, 40g/L sucrose. Aw= 0.99 Diaz-Godinez et al. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 26: 271, 2001

8 OrganismEnzyme(s)Support Aspergillus carbonarius phytasecanola meal Aspergillus  fructo- furanosidase sugar cane bagasse Aspergillusexo-pectinasespolyurethane foam Aspergillusexopolygalacturonasepolyurethane foam Aspergilluspectinasebagasse pith Aspergilluspectinesterase and polygalacturonasesugar cane bagasse Aspergillusrecombinant laccasepolyurethane foam Aspergillustannasepolyurethante foam Aspergillus tamarixylanasewheat bran, corn cob, sugar cane bagasse Apergillusexopectinasepolyurethane foam Aspergilluspectinasescoffee pulp Bacillus coagulans  amylase wheat bran Bacillus licheniformis xylanasewheat bran Bacillus sp.xylanasewheat bran Bacillus licheniformis  amylase wheat bran Bacillus licheniformis  amylase wheat bran

9 FMS sobre soportes porosos El O 2 desciende del aire hacia el micelio El Substrato asciende del soporte al micelio SoSo SoSo O2O2 O2O2 O2O2 SoSo SoSo SoSo SoSo

10 Mayor rendimiento de biomasa en la FMSF  A. niger en PUF.  Abcisas: S o = [glucosa]  Ordenadas: Máxima biomasa, X M  FMS (  ); FsM (  ) Romero S. J. Ph. D. thesis, 2000

11 Interpretación  En PUF, A/V = 330/cm  En los matraces, A/V = 2/cm  Aunque los matraces están agitados, la transferencia de oxígeno es pobre.  En PUF, la transferencia pasiva de oxígeno es eficiente.  Si aumenta, S 0, m/  fija en PUF y creciente en FsM.

12 Menor proteólisis en la FMS Data from, Diaz-Godinez et al. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 26: 271 (2001)

13 Interpretación  Las proteasas son respuestas al estrés fisiológico (deficiencias nutricionales, falta de oxígeno, etc.)  En FMS hay menos estrés que en FsM y por ello hay menos proteasas.  Se puede aumentar las proteasas en FMS si se desequilibran las proporción C/N.

14 Productividad de la tanasa  A. niger en PUF  Ácido tánico: es un substrato tóxico.  Productividad en función del volumen del mosto.  Mosto/PUF: 20 mL/g Aguilar et al., J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 26: 296, 2001.

15 Interpretación:  El ácido tánico es menos tóxico en FMS que en FsM.  Por eso aumenta la productividad en la primera y disminuye en la segunda.

16 Títulos Enzimáticos : FsM vs. FMS* Enzyme EW(L)EW(L)ER(L)ER(L)EW(S)EW(S)ER(S)ER(S) E W ( S )/E W ( L )E R ( S )/E R ( L ) Units U/mLU/cm 3 U/mLU/cm 3 Fitasa8.16.565.3107.78.116.6 Endo-Pectinasa0.80.62.51.33.22.0 Exo-Pectinasa5.24.21.52.50.30.6 Pectin Liasa0.20.10.58.42.659.0 Pectin Esterasa0.0 0.31.431.4 Poly Galacturonasa2.01.60.58.30.25.2 E W ( L ), E W ( S ) = Títulos por L del mosto, FsM ( L ) ó FMS( S ) E R ( L ), E R ( S ) = Títulos por L del reactor, FsM ( L ) ó FMS( S ) *Recopilación: Viniegra-Gonzalez & Favela-Torres (2002)

17 Comentario:  Se pueden aislar cepas específicas para FMS que igualan o superan a las cepas para FsM.  Ejemplos publicados de  -amilasa:  FsM, > 1x10 6 U/L;  10 10 U/10 m 3  FMS, > 5x10 4 U/g;  10 10 U/(133 bandejas)

18 Limitaciones de la FMS  Problemas de transferencia de masa y calor en el substrato sólido.  Los micelios no se pueden agitar mucho porque se rompen.  Asepsia del sólido más difícil que en el mosto.  Pocos diseños de reactores industriales.

19 Ventajas prácticas de la FMS  La ausencia de agua residual reduce a la mitad los costos de las instalaciones.  Si se puede usar el producto crudo, se abate el costo principal: la recuperación del producto.  Es ventajosa la FMS para producir complejos enzimáticos que degraden bio-polímeros complejos insolubles.

20 Conclusiones:  Limitante principal: la cepa altamente productiva y especializada para FMS.  Ventaja principal de la FMS es la eliminación de la planta de tratamiento de aguas residuales.  Ventajas adicionales: complejos enzimáticos crudos recuperados como harinas o pastas con bajos costos de recuperación.