De la celulosa a los lípidos

Capitulo 8 libro

8 De la celulosa a los lípidos

Resumen: El interés en la producción de lípidos microbianos está aumentando con las primeras aplicaciones comerciales recientemente instaladas en las industrias de alimentos y piensos. Paralelamente, el la presión para aumentar la sostenibilidad de los procesos de bioproducción está impulsando la motivación para una mayor investigación y desarrollo en esta área. Aún quedan sin resolver interrogantes sobre el aumento de los rendimientos y el uso de materias primas que aún competir con otros procesos hasta ahora. Biomasa celulósica, incluida la materia prima a partir de materiales residuales, puede representar una alternativa a los cultivos forrajeros. Juntos con nuevas posibilidades que surgen de la ingeniería genética y el acoplamiento de bioprocesos, se puede aumentar la flexibilidad del sustrato y la integración en los ciclos de materiales regionales es simplificado.

Este capítulo tiene como objetivo resumir los esfuerzos recientes en la optimización de procesos y cepas y describe las oportunidades que existen hoy en día para utilizar competitivamente la biomasa celulósica para la producción biotecnológica de lípidos con el enfoque en oleaginosas. levaduras y microalgas heterótrofas.

8.1 Introducción

Los lípidos de fuentes microbianas, derivados de la biotransformación de células enteras, se aplican como aditivos para alimentos y piensos, pero también se consideran productos químicos finos y básicos. para diversas aplicaciones materiales y biocombustibles, en particular biodiesel. Lo natural potencial de la síntesis de lípidos son amplios ya que se utilizan como carbono y energía compuestos de almacenamiento en las células, mientras que también tienen varios roles funcionales como en la célula pared y mitocondrias. La fracción lipídica de las células consta de varios compuestos. como fosfolípidos, ácidos grasos, triacilgliceroles, esteroles y otros. todos tienen en común que se acumulan intracelularmente, mientras que por lo general no hay excreción a el entorno ocurre en células viables. En muchos organismos, los lípidos se acumulan con mayor fuerza bajo la limitación de ciertos nutrientes como el nitrógeno y el fosfato o otros estreses, pero los factores desencadenantes varían fuertemente entre los lípidos que acumulanorganismos Muy a menudo, el carbono que normalmente se consumiría y convertiría en múltiples síntesis que acompañan el crecimiento se redirige hacia la síntesis de lípidos. Entre los organismos acumuladores de lípidos más destacados se encuentran generalmente los eucariotas. organismos, especialmente las denominadas levaduras y algas oleaginosas. Mientras que los rendimientos y rendimientos de procesos basados ​​en azúcares C-5 y C-6 de recursos renovables ya permitieron la comercialización de la producción de ácidos grasos poliinsaturados (PUFA) para la aplicación de alimentos y piensos durante los últimos años, se presta cada vez más atención a materia prima alternativa como la celulosa para reducir la competencia con la agricultura producción de alimentos y piensos. Para hacer que la celulosa sea convertible por microorganismos oleaginosos, sin embargo, la modificación genética o el acoplamiento de procesos con químicos, bioquímicos o es necesario un pretratamiento térmico. Los productos degradados como glucosa y xilosa, o Los ácidos carboxílicos de cadena corta como productos de la digestión anaeróbica se alimentan luego a los microorganismos acumuladores de lípidos. El último caso también permite el uso de residuos complejos mezclas de materias primas y ofrece la posibilidad de agregar valor a través de la producción de lípidos, en comparación con otros productos finales potenciales como el metano. Sin embargo, varios se deben superar desafíos al implementar tales procesos para una circular economía para alcanzar un grado suficiente de competitividad económica y sustentabilidad.

Este capítulo tiene como objetivo proporcionar una descripción general de los productores microbianos que acumulan lípidos, incluidos los aspectos principales del metabolismo, los parámetros y los rendimientos de los bioprocesos, el posible acoplamiento del proceso con los modos de operación descritos en otros capítulos. de este libro, y la investigación reciente en el campo correspondiente.

8.2 Microorganismos acumuladores de lípidos

Microorganismos que acumulan más del 20% p/p de triacilglicéridos (TAG) o otros lípidos generalmente se consideran microorganismos oleaginosos en la literatura, por ejemplo, [1, 2], aunque no existe una definición oficialmente autorizada. Estos organismos suelen acumular ácidos carboxílicos de cadena corta (C-6) a cadena larga (C-36), saturados, monoinsaturados o poliinsaturados. Estos últimos suelen abreviarse como PUFA, que denotan moléculas con múltiples dobles enlaces en la cadena principal de carbono. Principalmente se aplican levaduras y microalgas para producir PUFA, aunque Los productores también se encuentran dentro de las bacterias y los hongos filamentosos. Estos PUFA, también conocidos como ácidos grasos omega-3, son de particular interés para la nutrición, tanto en piensos y alimentos para animales, debido a sus efectos sobre la salud [3]. Esto permite una comparativamente alto valor añadido que se puede lograr con estos productos en comparación con su uso como productos químicos básicos, que también es un área de aplicación interesante desde el punto de vista de la sostenibilidad [4]. Como uno de los principales biocombustibles para reemplazar los combustibles fósiles, el biodiesel ha ganado mucho atención en investigación y desarrollo debido a su alta densidad de energía y potencial a ser producido con energías renovables [5]. El biodiésel consiste en ésteres alquílicos de ácidos grasos y se produce por transesterificación de lípidos catalizada química o enzimáticamente, que puede derivar, además de la biotransformación de células enteras, de cultivos oleaginosos o grasas Actualmente, los aceites vegetales o los aceites de cocina usados ​​siguen siendo la principal fuente de biodiésel. producción con enzimas, pero la sostenibilidad es cuestionable debido a la intensiva uso de aceite de palma. Por lo tanto, las rutas de producción alternativas son cada vez más interesantes. El aceite de microalgas, sintetizado a partir de CO2 a través de la fotosíntesis, se encuentra entre los procesos potenciales que podrían reducir la cantidad de recursos derivados de plantas que se necesitan para ser utilizado, pero los costos de producción siguen siendo demasiado altos debido a la lenta tasa de crecimiento de microalgas sobre el CO2 y la falta de métodos de control de la contaminación. Por lo tanto, muchos microorganismos oleaginosos han sido investigados por su potencial para producir lípidos comercialmente interesantes a través de la vía de síntesis de ácidos grasos. Entre ellos está la levadura no convencional Yarrowia lipolytica, que es capaz de producir ácidos grasos de azúcares C-6 y C-5 en cantidades elevadas. Esta especie se usa actualmente de forma intensiva para la ingeniería de cepas con el fin de elevar aún más los rendimientos de lípidos, pero también para mejorar la flexibilidad de la materia prima, la solidez del proceso y una separación de lípidos más sencilla. y extracción. Los productos finales habituales de Y. lipolytica son los ácidos grasos C-16 y C-18, que podría convertirse aún más antes de cualquier aplicación comercial.

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