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

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.

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

Diagrama de la FMS micelio Soporte sólido O2O2 CO 2

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.

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

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

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

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

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.

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

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.

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.

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.

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 Fitasa Endo-Pectinasa Exo-Pectinasa Pectin Liasa Pectin Esterasa Poly Galacturonasa 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)

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;  U/10 m 3  FMS, > 5x10 4 U/g;  U/(133 bandejas)

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.

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.

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.