Efecto de la incorporación de un soporte inerte para la producción de poli-3-hidroxibutirato (PHB) por fermentación a partir de cascarilla de cacao

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.18537/mskn.16.01.06

Palabras clave:

Bacillus firmus, cascarilla de cacao, hidrólisis, polihidroxibutirato (PHB), soporte sólido

Resumen

Poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) can be used as substitute of non-biodegradable conventional plastics. In a context of circular economy, it is interesting the development of efficient fermentative technologies to produce these bioplastics from low-cost substrates, such as cocoa bean shell (CBS). The present research evaluates the beneficial effect of the presence of inert solid supports on PHB production by fermentation using Bacillus firmus. To this end, filtered CBS hydrolysates were employed as substrates for three different fermentations: (i) without solids, (ii) with polyester scouring sponge (PSS) and (iii) with basalt powder (BP). The best results were obtained when solid supports were added, with similar yields of around 36 mg of PHB/g of CBS in both cases. This value is ten times that obtained without solids. These results highlight the significant role that the presence of solids plays in microorganisms’ metabolism, being essential for the production of PHB from CBS.

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Métricas

Cargando métricas ...

Citas

Amir, M., Rizvi, S. F., Asif, M., Ahmad, A., Alshammari, M. B., Gupta, A., Zaheer, M. R., & Roohi, R. (2024). Polyhydroxybutyrate (PHB) bioplastic characterization from the isolate Pseudomonas stutzeri PSB1 synthized using potato peel feedstock to combat solid waste management. Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 57(Marzo), 103097. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2024.103097

Amulya, K., Reddy, M. V., Rohit, M. V., & Mohan, S. V. (2016). Aguas residuales como materia prima renovable para la producción de bioplásticos: Understanding the role of reactor microenvironment and system pH. Journal of Cleaner Production, 112, 4618-4627. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2015.08.009

Andler, R., González-Arancibia, F., Vilos, C., Sepúlveda-Verdugo, R., Castro, R., Mamani, M., Valdés, C., Arto-Paz, F., Díaz-Barrera, A., & Martínez, I. (2024). Producción de nanopartículas de poli-3-hidroxibutirato (PHB) utilizando residuos de uva como única fuente de carbono. International Journal of Biological Macromolecules, 261(enero). https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.129649

Andler, R., Valdés, C., Urtuvia, V., Andreeßen, C., & Díaz-Barrera, A. (2021). Fruit residues as a sustainable feedstock for the production of bacterial polyhydroxyalkanoates. Journal of Cleaner Production, 307(abril). https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127236

Arora, Y., Sharma, S., & Sharma, V. (2023). Microalgae in Bioplastic Production: A Comprehensive Review. Arabian Journal for Science and Engineering, 48, 7225-7241. https://doi.org/10.1007/s13369-023-07871-0

Bathgate, G. N. (2019). La influencia del procesamiento de la malta y el mosto en el carácter del espíritu: los estilos perdidos del whisky de malta escocés. Journal of the Institute of Brew, 125, 200-213. https://doi.org/10.1002/jib.556

Briassoulis, D., Tserotas, P., & Athanasoulia, I. (2021). Alternative optimization routes for improving the performance of poly (3-hydroxybutyrate) (PHB) based plastics. Journal of Cleaner Production, 318(marzo), 128555. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.128555

Díaz, A. I., Laca, A., Laca, A., & Díaz, M. (2017). Tratamiento de residuos vegetales de supermercado para su utilización como sustratos alternativos en bioprocesos. Gestión de Residuos, 67, 59-66. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2017.05.018

Dubois, M., Gilles, K., Hamilton, J. K., Rebers, P. A., & Smith, F. (1956). A colorimetric method for the determination of sugars. Analytical Chemistry, 28, 350-356. https://doi.org/10.1038/168167a0

Hamdy, S. M., Danial, A. W., Gad El-Rab, S. M. F., Shoreit, A. A. M., & Hesham, A. E. L. (2022). Production and optimization of bioplastic (Polyhydroxybutyrate) from Bacillus cereus strain SH-02 using response surface methodology. BMC Microbiology, 22(1), 1-16. https://doi.org/10.1186/s12866-022-02593-z

Hassan, M. A., Bakhiet, E. K., Hussein, H. R., & Ali, S. G. (2019). Estudios de optimización estadística para la producción de polihidroxibutirato (PHB) por el novedoso Bacillus subtilis utilizando residuos agrícolas e industriales. International Journal of Environmental Science and Technology, 16(7), 3497-3512. https://doi.org/10.1007/s13762-018-1900-y

Jaouhari, Y., Travaglia, F., Giovannelli, L., Picco, A., Oz, E., Oz, F., & Bordiga, M. (2023). From Industrial Food Waste to Bioactive Ingredients: A Review on the Sustainable Management and Transformation of Plant-Derived Food Waste. Foods, 12. https://doi.org/10.3390/foods12112183

Law, J. H., & Slepecky, R. A. (1960). Ensayo del ácido poli-β-hidroxibutírico. Journal of Bacteriology, 82, 33-36.

Li, M., & Wilkins, M. R. (2020). Avances recientes en la producción de polihidroxialcanoato: Feedstocks, strains and process developments. International Journal of Biological Macromolecules, 156, 691-703. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.04.082

Mariatti, F., Gunjević, V., Boffa, L., & Cravotto, G. (2021). Process intensification technologies for the recovery of valuable compounds from cocoa by-products. Innovative Food Science and Emerging Technologies, 68. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2021.102601

Miller, G. L. (1959). Uso del reactivo de ácido dinitrosalicílico para la determinación del azúcar reductor. Analytical Chemistry, 31(3), 426-428.

Mishra, P., & Panda, B. (2023). Polyhydroxybutyrate (PHB) accumulation by a mangrove isolated cyanobacteria Limnothrix planktonica using fruit waste. International Journal of Biological Macromolecules, 252(abril), 126503. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.126503

Nath, P. C., Sharma, R., Debnath, S., Nayak, P. K., Roy, R., Sharma, M., Inbaraj, B. S., & Sridhar, K. (2024). Recent advances in production of sustainable and biodegradable polymers from agro-food waste: Applications in tissue engineering and regenerative medicines. International Journal of Biological Macromolecules, 259(P1), 129129. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.129129

OCDE. (2022). Perspectivas mundiales de los plásticos: Policy Scenarios to 2060. https://doi.org/10.1787/de747aef-en

Okiyama, D. C. G., Navarro, S. L. B., & Rodrigues, C. E. C. (2017). Cáscara de cacao y sus compuestos: Aplicaciones en la industria alimentaria. Trends in Food Science and Technology, 63, 103-112. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2017.03.007

Panda, P. K., & Dash, P. (2023). Preparation, Characterization, and Evaluation of Antibacterial Properties of Poly(3-Hydroxybutarate-Co-3-Hydroxyvalerate) (PHBV)-Based Films and Coatings. En Biopolymer-Based Films and Coatings.

Pereira, J. R., Araújo, D., Freitas, P., Marques, A. C., Alves, V. D., Sevrin, C., Grandfils, C., Fortunato, E., Reis, M. A. M., & Freitas, F. (2021). Producción de polihidroxialcanoatos de longitud de cadena media por Pseudomonas chlororaphis subsp. aurantiaca: Cultivo en residuos de pulpa de fruta y caracterización del polímero. International Journal of Biological Macromolecules, 167, 85-92. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.11.162

Quintero-Silva, M. J., Suárez-Rodríguez, S. J., Gamboa-Suárez, M. A., Blanco-Tirado, C., & Combariza, M. Y. (2024). Producción de Polihidroxialcanoatos a partir de Residuos Líquidos de Fruta de Cacao Utilizando una Cepa Nativa de Bacillus megaterium: Estudio Preliminar. Journal of Polymers and the Environment, 32(3), 1289-1303. https://doi.org/10.1007/s10924-023-03018-2

Ramos, L. H., Cisneros-Yupanqui, M., Santisteban Soto, D. V., Lante, A., Favaro, L., Casella, S., & Basaglia, M. (2023). Exploitation of Cocoa Pod Residues for the Production of Antioxidants, Polyhydroxyalkanoates, and Ethanol. Fermentation, 9(9). https://doi.org/10.3390/fermentation9090843

Rebocho, A. T., Pereira, J. R., Freitas, F., Neves, L. A., Alves, V. D., Sevrin, C., Grandfils, C., & Reis, M. A. M. (2019). Producción de polihidroxialcanoatos de longitud de cadena media por Pseudomonas citronellolis cultivada en residuos de pulpa de manzana. Applied Food Biotechnology, 6(1), 71-82. https://doi.org/10.22037/afb.v6i1.21793

Ruiz, S. P., Martinez, C. O., Noce, A. S., Sampaio, A. R., Baesso, M. L., & Matioli, G. (2015). Biosíntesis de succinoglicano por Agrobacterium radiobacter NBRC 12665 inmovilizado en esponja loofa y cultivado en melaza de caña de azúcar. Caracterización estructural y reológica del biopolímero. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 122, 15-28. https://doi.org/10.1016/j.molcatb.2015.08.016

Sánchez, M., Bernal, T., Laca, A., Laca, A., & Díaz, M. (2024). Hidrólisis Hidrotérmica de la Cáscara del Grano de Cacao para la Obtención de Compuestos Bioactivos. Processes, 12(956).

Sánchez, M., Laca, A., Laca, A., & Díaz, M. (2022). Hacia la economía circular alimentaria: tratamiento hidrotérmico de residuos vegetales y frutales mezclados para la obtención de azúcares fermentables y compuestos bioactivos. Environmental Science and Pollution Research, 30, 3901-3917. https://doi.org/10.1007/s11356-022-22486-y

Sánchez, M., Laca, A., Laca, A., & Díaz, M. (2023a). Cáscara de Grano de Cacao : Un Subproducto con Alto Potencial para Aplicaciones Nutricionales y Biotecnológicas. Antioxidants, 12(1028). https://doi.org/10.3390/ antiox12051028

Sánchez, M., Laca, A., Laca, A., & Díaz, M. (2023b). Cáscara de haba de cacao como materia prima prometedora para la producción de poli(3-hidroxibutirato) (PHB). Ciencias Aplicadas, 13(975).

Saratale, R. G., Cho, S. K., Saratale, G. D., Ghodake, G. S., Bharagava, R. N., Kim, D. S., Nair, S., & Shin, H. S. (2021). Efficient bioconversion of sugarcane bagasse into polyhydroxybutyrate (PHB) by Lysinibacillus sp. and its characterization. Bioresource Technology, 324(enero), 124673. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.124673

Sirohi, R. (2021). Sustainable utilization of food waste: Producción y caracterización de polihidroxibutirato (PHB) a partir de granos de trigo dañados. Environmental Technology and Innovation, 23. https://doi.org/10.1016/j.eti.2021.101715

Sirohi, R., Prakash Pandey, J., Kumar Gaur, V., Gnansounou, E., & Sindhu, R. (2020). Critical overview of biomass feedstocks as sustainable substrates for the production of polyhydroxybutyrate (PHB). En Bioresource Technology (Vol. 311). Elsevier Ltd. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.123536

Sohn, Y. J., Kim, H. T., Baritugo, K. A., Jo, S. Y., Song, H. M., Park, S. Y., Park, S. K., Pyo, J., Cha, H. G., Kim, H., Na, J. G., Park, C., Choi, J. Il, Joo, J. C., & Park, S. J. (2020). Recent Advances in Sustainable Plastic Upcycling and Biopolymers. Biotechnology Journal, 15(6), 1-16. https://doi.org/10.1002/biot.201900489

Soni, S., Chhokar, V., Beniwal, V., Kumar, R., Badgujjar, H., Chauhan, R., Dudeja, S., & Kumar, A. (2023). Cost effective media optimization for PHB production by Bacillus badius MTCC 13004 using the statistical approach. International Journal of Biological Macromolecules, 233(Noviembre 2022), 123575. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.123575

Departamento de búsqueda de Statista. (2024, 16 de julio). Producción mundial de plástico 1950-2022. https://www.statista.com/

Viju, N., Punitha, S. M. J., & Satheesh, S. (2020). Antibiofilm activity of symbiotic Bacillus species associated with marine gastropods. Annals of Microbiology, 70(1). https://doi.org/10.1186/s13213-020-01554-z

Yanti, N. A., Sembiring, L., Margino, S., & Ahmad, S. W. (2021). Bacterial Production of Poly-b-hydroxybutyrate (PHB): Converting Starch into Bioplastics. En Bioplastics for Sustainable Development. https://doi.org/10.1007/978-981-16-1823-9

Zhu, M. L., Wang, Y. H., Dai, Y., Wu, X. Q., & Ye, J. R. (2020). Effects of Different Culture Conditions on the Biofilm Formation of Bacillus pumilus HR10. Current Microbiology, 77(8), 1405-1411. https://doi.org/10.1007/s00284-020-01944-1

Publicado

2025-06-30

Cómo citar

Sánchez Suárez-Otero, M., Farelo , M., Laca, A., & Laca, A. (2025). Efecto de la incorporación de un soporte inerte para la producción de poli-3-hidroxibutirato (PHB) por fermentación a partir de cascarilla de cacao. Maskana, 16(1), 91–103. https://doi.org/10.18537/mskn.16.01.06

Número

Sección

Artículos científicos