ES2333571B1 - Procedimiento para la produccion de biomasa rica en acidos grasos poliinsaturados a partir del cultivo de un thraustochytrido. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la producción de biomasa rica
en ácidos grasos poliinsaturados a partir del cultivo de un
Thraustochytrido.
Thraustochytrido.
La presente invención trata de un procedimiento
que permite el crecimiento de una cepa de Thraustochytrido
bajo condiciones suficientes de nitrógeno. Para ello y mediante un
sistema de control del pH del medio de cultivo, la cantidad de
amonio o iones derivados del amonio consumidos por el
microorganismo, que provocan una variación del pH del medio de
cultivo, es reemplazada automáticamente por dicho sistema de
control hasta que se equilibra de nuevo el pH del medio de cultivo,
permitiendo que el crecimiento de la cepa de
Thraustochytrido no se vea limitado por la fuente de amonio o
iones de amonio del medio de cultivo.
Description
Procedimiento para la producción de biomasa rica
en ácidos grasos poliinsaturados a partir del cultivo de un
Thraustochytrido.
La presente invención hace referencia a un
procedimiento que permite obtener biomasa rica en ácidos grasos
poliinsaturados, entre ellos el DHA, a partir del cultivo de un
Thraustochytrido en condiciones suficientes de nitrógeno.
Los ácidos grasos poliinsaturados, y más
concretamente los de cadena larga como son el ácido
eicosapentaenoico (22:5, n-3), el ácido
docosahexaenoico (DHA; 22:6, n-3) o el ácido
araquidonico (ARA; 20:4, n-3), son componentes
nutricionales muy importantes para el ser humano ya que permiten
prevenir afecciones cardiacas, favorecen el desarrollo neuronal, la
agudeza visual, etc... En definitiva estos ácidos grasos
poliinsaturados mejoran la calidad de vida del ser humano ya que
afectan positivamente a la salud del mismo. Asimismo estos ácidos
grasos forman parte de la dieta de distintos animales de cultivo a
los cuales este nutriente les ayuda mejorando su crecimiento y
salud.
Actualmente el DHA y el ARA se producen
comercialmente a partir de microorganismos tales como el
Crypthecodinium cohnii y la Mortierella alpina (Wynn y
Ratledge 2007).
El schizochytrium es una especie del
género Thraustochytrido capaz de producir un alto porcentaje
de ácidos grasos poliinsaturados, como el DHA
(35-40%). Sin embargo el uso de este microorganismo
como fuente de DHA está limitado por sus altos costes de producción
en relación con los precios actuales de los ácidos grasos
procedentes del pescado.
Actualmente la obtención de DHA a partir de
schizochytrium, mediante procesos industriales, se lleva a
cabo en medios de cultivo por lotes bajo condiciones limitantes de
nitrógeno, consiguiendo una biomasa final de aproximadamente 80 g/l
que puede alcanzar un nivel de ácidos poliinsaturados entre el
30-40% de los ácidos grasos totales.
Este nuevo procedimiento, que se pretende
proteger, induce el crecimiento de una cepa de
Thraustochytrido bajo condiciones suficientes de nitrógeno,
es decir, la fuente de nitrógeno del medio de cultivo estará
siempre presente para el crecimiento de dicha cepa, estando dicho
crecimiento limitado por otras variables distintas. Este
procedimiento permite aumentar la producción de biomasa con un
contenido aceptable de DHA, siendo la tasa de crecimiento dos veces
mayor que la habitualmente conseguida mediante otros
procedimientos. Así mismo, al contrario de lo aceptado, en
condiciones suficientes de nitrógeno el procedimiento permite
acumular al menos el 20% peso seco de ácidos grasos totales.
Por lo tanto la ventaja técnica aportada por
este nuevo procedimiento es el aumento de la producción de biomasa
rica en DHA y por consiguiente la reducción de costes de producción
en los procesos industriales.
La presente invención trata de un procedimiento
que permite el crecimiento de una cepa de Thraustochytrido
bajo condiciones suficientes de nitrógeno. Para ello y mediante un
sistema de control del pH del medio de cultivo, la cantidad de
amonio consumidos por el microorganismo, que provocan una variación
del pH del medio de cultivo, es reemplazada automáticamente por
dicho sistema de control hasta que se equilibra de nuevo el pH del
medio de cultivo, permitiendo que el crecimiento de la cepa de
Thraustochytrido no se vea limitado por la fuente de amonio
del medio de cultivo.
La figura 1 muestra la influencia de la
concentración inicial de glucosa sobre el crecimiento del
schizochytrium en un medio de cultivo en matraces de
agitación. Los datos representados son el valor promedio de tres
cultivos replicados.
La figura 2 muestra los valores típicos de
producción de biomasa, glucosa residual y adición de agua de amonio
en una fermentación de schizochytrium.
La Figura 3 muestra los valores típicos de
amonio residual y el porcentaje de ácidos grasos totales producidos
en una fermentación de schizochytrium.
La Figura 4 muestra los valores típicos de
producción de DHA y ácidos grasos totales en una fermentación de
schizochytrium.
Aunque la invención se describe en términos de
una realización específica preferida, será fácilmente evidente para
los expertos en esta técnica que se pueden hacer diversas
modificaciones, redisposiciones y reemplazos. El alcance de la
invención está definido por las reivindicaciones adjuntas a la
misma.
Con el fin de demostrar mejor las
características de la invención, se describe a continuación, a
título de ejemplo y sin carácter limitativo, un modo de realización
preferido.
En primer lugar, se elaboró un medio de cultivo,
según se muestra en la tabla siguiente, en el cuál se inoculó un
inoculo de una cepa de schizochytrium para definir el rango
de concentraciones óptimas tanto de glucosa como de amonio que
permitían un crecimiento óptimo para el schizochytrium.
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Para ello se realizaron varios experimentos en
matraces en agitación utilizando como fuente de nitrógeno el
diamonio de tartrarto y como fuente de carbono el glutamato de
sodio, de esta manera se evaluaron tanto el rango de concentraciones
óptimo para el ammonio como la tolerancia a la glucosa,
respectivamente. El glutamato de sodio permitió mantener el pH del
medio constante, aproximadamente entre 6.8-6.9
durante todo el crecimiento, permitiendo comparar los distintos
tratamientos en matraces.
A raíz de los experimentos realizados en
matraces se determino que el schizochytrium crece
adecuadamente en concentraciones de amonio tan altas como 13.2 g/l
(2.4 g_{NH4}/l), Si bien el pH del medio disminuyó a 4 (ver tabla
1). El descenso del pH no se pudo controlar incluso después de
amortiguar el medio con 0.25 MOPS. El diammonio de tartrato fue
empleado en vez del (NH_{4})_{2}SO_{4} para evitar un
gran descenso del pH, sin embargo el bajo pH no afectó al
crecimiento, indicando la idoneidad de este nutriente para su
empleo en el pH-auxostato.
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La concentración máxima de glucosa que permitió
un crecimiento óptimo estuvo entre 100 y 200 g/l, como se muestra
en la figura 1. La inclusión en el medio de glutamato sódico (3
g/l) como única fuente de nitrógeno permitió mantener el pH
estable.
Una vez determinadas las concentraciones máximas
de glucosa y amonio (150 g/l y 2.4 g/l) toleradas por
schizochytrium se diseñó el sistema de fermentación a emplear
en la producción de este microorganismo, basado en el control del
pH.
El procedimiento consiste en el suministro
automático de amonio en respuesta a la variación de pH que el
consumo de este nutriente, por parte del organismo, causa en el
medio de cultivo. Se utiliza por tanto el sistema de control del pH
del fermentador para mantener la concentración de amonio dentro del
rango óptimo para el organismo, de tal forma que el crecimiento del
mismo no se ve limitado por la fuente de nitrógeno.
Mediante el control del pH del medio de cultivo,
el fermentador añadió automáticamente 135 ml/9.5% (w/v) de
NH_{4}OH a lo largo de 49 horas, proporcionando una conversión de
aproximadamente 10 g_{PCS}/g_{NH3} (PCS hace referencia a peso
celular seco), como se muestra en la figura 2. De esta forma se
mantuvieron las concentraciones óptimas de amonio y un pH de 7. La
adición de NH_{4}OH al medio de cultivo permitió que el
crecimiento del organismo se llevara a cabo bajo condiciones
suficientes de nitrógeno, consiguiéndose un cultivo de alta
densidad celular.
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La fermentación se llevó a cabo en un medio de
cultivo que comprendía de una lista de elementos al menos los
siguientes:
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La glucosa utilizada durante la fermentación,
que inicialmente era de 150 g/l, se consumió totalmente produciendo
63.3 g_{PCS}/l (=0.42 g_{PCS}/g_{glucosa}).
Como los cultivos crecieron sin ninguna
limitación de nutrientes, incluido el nitrógeno, las células
acumularon la mitad de lípidos que se obtienen durante el transcurso
de la fermentación comercial, como se muestra en la figura 3. El
total de ácidos grasos contenidos por las células permaneció sobre
el 25% durante todo el crecimiento, como muestra la figura 4.
El perfil de los ácidos grasos, según muestra la
tabla 2, permaneció aproximadamente constante durante el
crecimiento aunque hubo pequeños cambios en los niveles del ácido
palmítico (16:0) y DHA. Al final del crecimiento, a las 49 h, el
perfil de los ácidos grasos presentó cadenas largas de ácidos
grasos poliinsaturados, DHA y ácido docosapentaenoico 22:5
n-6, con porcentajes del 17 y 41%,
respectivamente.
La producción total de DHA, tal y como se
muestra en la figura 4, fue de 125 mg_{DHA}/l*h, que es
aproximadamente dos veces el valor obtenido empleando como
productor de DHA el microorganismo Crypthecodinium
cohnii.
Para determinar la cantidad de masa celular en
seco se centrifugó el cultivo final a 10°C durante
5-10 minutos y la biomasa obtenida fue lavada en
agua destilada dos veces antes de pesarla.
La productividad de biomasa obtenida en este
proceso fue de 1.3 g_{CDW}/l*h, siendo esta el doble de la
conseguida mediante otros procedimientos. El total de los ácidos
grasos acumulados mediante este procedimiento fue del 25% CDW, por
lo tanto mediante este procedimiento se consiguió acumular más de
la mitad del contenido de ácidos grasos de la biomasa obtenida
industrialmente a partir del schizochytrium.
Claims (10)
1. Procedimiento para la producción de biomasa a
partir de una cepa del género Thraustochytrido, entre ellos
la especie schizochytrium, que acumula ácidos grasos, entre
ellos el DHA, que comprende las siguientes fases:
a) Cultivo de una cepa del género
Thraustochytrido, entre ellos el schizochytrium, en un
medio de cultivo acuoso que comprende al menos un componente
seleccionado de una lista de nutrientes en la que se encuentra el
amonio como fuente primaria de nitrógeno para la producción de
biomasa rica en DHA.
b) Empleo de un sistema de control del pH para
regular el suministro de amonio al medio de cultivo en respuesta a
la variaciones del pH del medio de cultivo como consecuencia del
consumo de amonio del medio de cultivo por parte del microorganismo
y manteniendo así condiciones suficientes de amonio en el medio de
cultivo.
c) Recuperación de biomasa y ácidos grasos,
incluido el DHA, a partir de la especie de Thraustochytrido
seleccionada.
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2. Procedimiento según reivindicación 1, donde
el suministro de amonio permite que el crecimiento del
Thraustochytrido se lleve a cabo en condiciones suficientes
de nitrógeno.
3. Procedimiento según reivindicación 1, donde
el sistema de control de pH del medio de cultivo se realiza
suministrando amonio como solución correctora básica.
4. Procedimiento según reivindicación 1, donde
la cantidad de amonio añadida al medio de cultivo será tal que
mantenga el pH del medio entre 4 y 9, siendo preferible 7.
5. Procedimiento según reivindicación 4, donde
se pueden llevar a cabo adiciones de otros componentes del medio de
cultivo además del amonio.
6. Procedimiento según reivindicación 4, donde
la adición de amonio controla la adición de otros componentes del
medio de cultivo, encontrándose el resto de los componentes del
cultivo en la solución junto con el amonio, donde el amonio domina
el pH de dicha solución. La adición de amonio, por tanto, vendrá
asociada a la adición del resto de componentes en la solución.
7. Procedimiento según reivindicación 4, donde
la solución que incluye amonio a su vez puede incluir una fuente de
carbono, una fuente de fósforo, al menos un aminoácido, al menos
una vitamina, al menos una sal, al menos un lípido y al menos un
factor de crecimiento.
8. Procedimiento según reivindicación 1, donde
el medio de cultivo en el que se inocula la cepa contiene una
concentración inicial de glucosa mayor que 20 g/l, preferiblemente
150 g/l.
9. Procedimiento según reivindicación 1, donde
la concentración inicial de amonio en el medio de cultivo está
entre 0.1-16 g/l, preferiblemente 1.6 g/l.
10. Procedimiento según reivindicación 1, donde
la cantidad de amonio suministrada es menor que la demanda generada
por el cultivo, de tal forma que controla pero no limita el
crecimiento del organismo.
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| ES200800793A ES2333571B1 (es) | 2008-03-07 | 2008-03-07 | Procedimiento para la produccion de biomasa rica en acidos grasos poliinsaturados a partir del cultivo de un thraustochytrido. |
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| ES2333571A1 ES2333571A1 (es) | 2010-02-23 |
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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2008
- 2008-03-07 ES ES200800793A patent/ES2333571B1/es active Active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| GANUZA, E.T. et al.: "High-Cell-Density Cultivation of Schizochytrium spp. in Ammonia-pH-Auxostat Fed-Batch System", 8th International Phycological Congress, Durban, South Africa 13-19 Agosto 2005 in Phycologia, 44(4) supplement S, pp.: 35-36, (2005) ISSN 0031-8884. * |
Also Published As
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