Evaluación del efecto de la zeolita en el metabolismo anaerobio de diversas levaduras

Abstract

ABSTRACT: The uses of ethanol in the food industry are very wide, its use in the manufacture of flavors and as additive and raw material for the extraction of pigments, is well known. Also, nowadays ethanol is positioned as the potential replacement of the fossil fuels such as gasoline and diesel. The different technologies for ethanol production from different raw materials such as sugars, starch and lignocellulosic materials have been improved. A number of modifications to improve the yield and productivity of the alcoholic fermentation have been implemented such as immobilized microorganisms, enzyme immobilization, genetically improved strains and mixed cultures of microorganisms. In this case we apply the addition of zeolites to the process of the alcoholic fermentation to improve yield. .The concentration of zeolite used was of 200 mg/L in the case of Saccharomyces cerevisiae and of 5 g/L with Saccharomyces bayanus, and Kluyveromyces fragilis three substrates of industrial importance were used: sucrose, glucose and molasses. According the results obtained molasses were the best substrate for all three yeasts, in second place sucrose and in the last place glucose. Saccharomyces cerevisiae gave the highest yield of ethanol with a zeolite concentration of 200 mg/L. Of the different zeolite concentrations tested, 200 mg/L was the best for Saccharomyces cerevisiae and 5 g/L was the optimum for Kluyveromyces fragilis and Saccharomyces bayanus. In the experimental conditions Saccharomyces cerevisiae gave the best result, in second place the product yield of Kluyveromyces fragilis and the lower yield was that of Saccharomyces bayanus. A simple stoichiometric model for the anaerobic physiology of Saccharomyces cerevisiae was proposed. This model described the anaerobic metabolism of Saccharomyces cerevisiae by lumping four metabolic reactions, each set of reactions corresponding to one of the four important metabolic products such as: ethanol, biomass, CO2 and glycerol. The well-known stoichiometric reactions were used, applying the general equation for constant concentration of intracellular metabolites. The stoichiometry of each reaction was reformulated for the composition of each carbon atom. Micrographs of the yeasts with zeolite in the Scanning Electronic Microscope were taken, we observed a kind of adsorption of the zeolite over the yeasts cells, and a certain degree of abrasion of the yeast cell. These observations may suggest that the zeolite influences yeast metabolism at a close range.

RESUMEN: Los usos del etanol en la industria de alimentos son muy diversos y variados, su utilización en la fabricación de saborizantes, como aditivo y como materia prima en diversos procesos de extracción de colorantes, es muy conocida. Además, el etanol se encuentra actualmente posicionado como un reemplazo potencial de combustibles fósiles como la gasolina y aceite diesel. Las diferentes tecnologías para la producción de etanol a partir de diversas materias primas tanto de origen sacaroideo, almidón y material lignocelulósico se han ido mejorando. Se han propuesto diversas modificaciones para mejorar el rendimiento y productividad de la fermentación alcohólica como son sistemas de microorganismos inmovilizados, inmovilización de enzimas, mejoramiento genético de cepas y cultivos mixtos de microorganismos entre otros. En este caso se hace uso de la adición de zeolitas en la fermentación alcohólica para mejorar el rendimiento. La concentración de zeolita utilizada fue de 200 mg/L con Saccharomyces cerevisiae y de 5g/L con Saccharomyces bayanus, y Kluyveromyces fragilis. Tres substratos de importancia industrial se utilizaron: sacarosa, glucosa y melazas. De acuerdo a los resultados obtenidos las melazas son el mejor sustrato para las tres levaduras, en segundo lugar la sacarosa y en último lugar la glucosa. Saccharomyces cerevisiae da el rendimiento de etanol más alto con una concentración de zeolita de 200 mg/L. De las diferentes concentraciones de zeolita probadas, 200 mg/L fue la mejor para Saccharomyces cerevisiae y 5 g/L fue la óptima tanto para Kluyveromyces fragilis y Saccharomyces bayanus. En las condiciones experimentales estudiadas Saccharomyces cerevisiae da el mejor resultado, en segundo lugar el rendimiento de Kluyveromyces fragilis y el menor rendimiento es el de Saccharomyces bayanus. Se propuso un modelo estequiométrico simple para la fisiología anaeróbica de Saccharomyces cerevisiae. Este modelo describe el metabolismo anaeróbico agrupando cuatro reacciones metabólicas, cada grupo de reacciones corresponde a uno de los cuatro productos metabólicos importantes tales como etanol, biomasa, CO2 y glicerol. Se utilizaron las bien conocidas reacciones estequiométricas,, aplicando la ecuación general para concentración constante de metabolitos intracelulares. La estequiometria de cada reacción se reformula para la composición de cada átomo de carbono. Se obtuvieron fotomicrografías de las levaduras con zeolita en el microscopio electrónico de barrido, se observó una aparente adsorción de la zeolita sobre las células de levadura y un cierto grado de abrasión de la célula de levadura. Estas observaciones permiten sugerir que la zeolita influye en el metabolismo de la levadura de manera importante.