Producción de etanol por Zymomonas spp

2. Resumen
3. Introducción y antecedentes
4. Zymomonas spp en la síntesis de etanol
5. Material y métodos
7. Resultados y discusión
8. Literatura citada

Resumen

La síntesis de etanol vía microbiana convencionalmente es por levaduras, sin embargo el género bacteriano Zymomonas spp tiene un especial capacidad para producir etanol, que en la actualidad es una alternativa interesante, para la actual demanda mundial de combustibles derivados del petróleo. Los objetivos de este trabajo fueron: i) aislar Zymomonas spp de fuentes naturales productoras de etanol y/ o levano ii) seleccionar aquellas mejores productoras de etanol y/ o levano.

Los resultados confirman su amplia distribución en fuentes naturales y su potencial para producir de etanol. Se concluye que este género sujeto a un exhaustiva trabajo de selección por vía natural o ingeniería genética puede ser una alternativa para la solución de la crisis mundial de energéticos, puesto que el etanol sintetizado por vía biológica no causa contaminación ambiental.

Palabras clave. Etanol, Zymomonas, frutas, combustión, ambiente.

Introducción y antecedentes.

En áreas tropicales de América, Asia y África, se consumen bebidas alcohólicas de jugos de frutas por fermentación mixta con bacterias como Zymomonas sp y levaduras. La fermentación de azucares de estas bebidas es un arte antiguo (9,11). En Babilonia y Sumaria 6000 años A.C., ya se conocía que las levaduras producían etanol en la cerveza. En el siglo XIV D C, en China y Medio Oriente se elaboraban bebidas alcohólicas de granos fermentados. Cagniard de la Tour en Francia, Schwann y Kutsing en Alemania, antes que Pasteur, plantearon que los productos de la fermentación: el etanol y bióxido de carbono provenían de la actividad de seres microscópicos. Pasteur en 1891 investigo en la enfermedad de los vinos causada por bacterias anaeróbicas y hubo progreso en el conocimiento de la fermentación de frutos y granos vegetales (10,12). En 1891 Barrer y Hillier aislaron el género Zymomonas spp como responsable de la baja acidez en sidra del suroeste de Inglaterra. Entre 1923-1924 Lindner en México estudió la fermentación del aguamiel o jugo azucarado del agave durante la fabricación de pulque, una bebida alcohólica con un 4 a 6% de etanol, de la cual aisló una bacteria llamda Termobacterium mobile (2,4,5). En 1931 Kluyver y Hoppenbrowers, la denominaron Pseudomonas lindneri por sus semejanzas bioquímicas con la familia Pseudomonadaceae, pero en 1936 Kluyer y Van Nielr le señalaron como Zymomonas mobile por sus diferencias mas que similitudes con esta familia (5,7).

En 1937 Shimwell aisló Zymomonassp durante la primera etapa de la fermentación de la cebada al elaborar cerveza, así como en los suelos de la cervecería, en los cepillos de lavado de las cubas de fermentación, y le dio el nombre provisional de Achromobacter anaerobium. En 1950 se sugirió el nombre de Saccharomonas sp, por que se le considero una contaminante de la cerveza, se le denomino como Zymomonas anaerobia (8,12,13). En 1956 ya había reportado como: A. anaerobium y T. mobile está ultima fermenta la sacarosa y produce un levano un polímero de fructosa de diversos usos en la industria.

En el manual de Bacteriología Determinativa de Bergey’s del 2000) (1), se clasifica de la siguiente forma: según Barrer y Hillier 1912 bacteria responsable de la enfermedad de la sidra. Zymomonas mobilis (Lindner) Kluyver y Van Niel 1936 Termobacterium mobile Lindner 1928, Pseudomonas lindneri Kluyver y Hoppenbrowers 1931 Zymomonas mobile (Lindner) Kluyver y Van Niel 1936 Saccharomonas lindneri (Kluyver y Hoppenbrowers) Shimwell 1950. Zymomonas anaerobia (Shimwell) Kluyver 1957, Achromobacter anaerobium (Shimwell) 1937, Saccharomonas anaerobia Shimwell 1959. En general Zymomonas mobili, es un bacilo o diplobacilo Gram Negativo, corto y con extremos redondeados, móvil por flagelos lófotricos, sin capsula, ni esporas, heterótrofo, anaeróbico facultativo, fermenta de glucosa, la fructosa, la sacarosa a etanol con producción de gas (14-17), por la vía de Entner-Doudorof con un pH y temperatura óptimas de crecimiento de 5.0 y 30°C respectivamente, no produce oxidasa, indol, no reduce nitratos, no hidroliza la urea, ni la gelatina, pero si catalasa y ac. sulfhídrico, Z. mobilis existe en fuentes naturales como frutos vegetales, asociada a levaduras, es parte de la microbiota del vino de palma, es cosmopolita pues se reporta en: Indonesia, Lejano Oriente, India, África, Brasil. Java, México, etc (18-20) En el vino de palma es la principal bacteria tolerante del alto contenido en glucosa, fructosa, sacarosa y en consecuencia concentración alcohólica, al igual que en el jugo de caña de azúcar en Brasil y en la miel de abeja (18).

Zymomonas spp en la síntesis de etanol.

Z. mobilis en cultivos batch, fermenta glucosa, fructosa y sacarosa a etanol, 120g/L en cultivo continuo, mejorada por mutagensis con luz ultravioleta y nitrosoguanidina (14). En 1977 Swings y De Ley , reportaron un rendimiento de 1.5 moles de etanol/mol de glucosa fermentada, lo que supera a Saccharomycesque sintetiza de glucosa el 49% de etanol, con la ventaja de que Z. mobilissegún la composición del medio de cultivo es homo o heterofermentador, usa una mínima parte del azúcar como fuente de carbono, y fermenta el 98%, mientras que solo emplea el 2% en su crecimiento, pero exclusivamente en anaerobiosis, en aerobiosis genera un mol de etanol/ mol de glucosa fermentada, por ello Z. mobilis se emplea en la fabricación de bebidas de melazas y leche enriquecida con azúcares fermentables, en especial en la industrialización de bebidas tradicionales como el pulque (18,20,21).

Z. mobilis tiene ventaja en la producción de etanol, respecto a Saccharomyces sp como las siguientes (14-17): a) tolera elevada concentración de glucosa y fermenta a etanol a nivel mayor que una levadura, especialmente en cultivo continuo en la que produce una elevada concentración de etanol, b) genera una elevado nivel de etanol, pero bajo en biomasa en comparación con una levadura, Zymomonas sp crece en anaerobiosis a diferencia de una levadura y no necesita control del oxígeno para mantener su viabilidad en cultivo continuo.

Zymomonas spp tiene una alta tolerancia al etanol de 70 a 80 g/L comparada con Saccharomyces cerevisiae en cultivo continuo y de más de 120g/L en batch. Por ello es interesante obtener aislados silvestres de este género de jugos y bebidas fermentadas naturalmente, como el pulque y explotar esa capacidad de generar etanol. En México el pulque se consumen en el centro y sur de la república del cual se aisla Zymomonas spp (4-8), ya que se reporta que Z. mobilis sintetiza 1.8 moles de etanol y 1.9 moles de bióxido de carbono/mol de glucosa fermentada (5,10). Los objetivos de este trabajo fueron: i) aislar Zymomonas productoras de etanol y/o levano, ii) seleccionar Zymomonasspp con elevada capacidad de síntesis de etanol y/o levano.