EVALUACION DE LA PRODUCCION DE HIDROGENO Y ETANOL POR ESCHERICHIA COLI A PARTIR DE ALMIDÓN

Abstract

"Más del 90% del hidrógeno (H2) producido para fines industriales y comerciales proviene del gas natural y del petróleo cuyos procesos de refinamiento son altamente contaminantes. Por el contrario, la mayor cantidad de etanol se obtiene por procesos fermentativos usando principalmente levaduras. Sin embargo, a través de la ingeniería de vías metabólicas y la sacarificación-fermentación simultánea (SFS) y con el uso de microorganismos como Escherichia coli es posible producir simultáneamente biohidrógeno (bioH2) y bioetanol a partir de distintos tipos de biomasa y residuos agroindustriales. E. coli WDHFP/pAIDA_AmyA es una cepa modificada genéticamente capaz de producir bioH2 y bioetanol a partir de almidón. La finalidad de este trabajo fue encontrar las condiciones óptimas de fermentación como son la concentración de sustrato, el pH y la temperatura para la coproducción de bioH2 y bioetanol por la cepa E. coli WDHFP/pAIDA_AmyA como biocatalizador de célula completa a través de un diseño experimental de superficie de respuesta tipo Box-Behnken. El modelo matemático propone como condiciones óptimas para producción y rendimiento de biohidrógeno: 18 g/Lalmidón, pH de 8.1 y temperatura de 36.8°C en donde se predice una producción de 2,331.4 mL/L y un rendimiento de 132.4 mLH2/galmidón. Estas condiciones son muy cercanas a los puntos centrales del diseño experimental. El modelo propone como condiciones óptimas para producción y rendimiento de bioetanol: 25g/Lalmidón, pH de 7.9 y temperatura de 34.5°C. En estas condiciones se obtienen 7.1g/L de producción de bioetanol y un rendimiento de 0.28g/galmidón. Estos valores de producción y rendimiento también son correspondientes a los resultados del modelo experimental."

"Over 90% of the current hydrogen (H2) production for industrial and commercial purposes becomes from natural gas and oil, whose refining processes are highly polluting. Whereas the ethanol is mainly produced by fermentation processes using yeasts. However, through metabolic engineering and simultaneous saccharification- fermentation (SFS), and using microorganisms such as Escherichia coli, it has become possible to produce biohydrogen (bioH2) and bioethanol from different types of biomass and agroindustrial wastes. E. coli WDHFP/pAIDA_AmyA is a genetically engineered strain that produces bioH2 and bioethanol from starch. The goal of this work was to optimize the operational conditions of fermentation such as substrate concentration, pH and temperature for the co-production of bioH2 and bioethanol by E. coli WDHFP/pAIDA_AmyA as a whole-cell biocatalyst using a Box-Behnken response surface experimental design. The mathematical model proposes as optimal conditions for biohydrogen production and yield: 18 g/Lstarch, pH of 8.1 and temperature of 36.8° C where a production of 2,331.4 mL/L and a yield of 132.4 mLH2/gstarch are predicted. These conditions are remarkably close to the central points of the experimental design. The model proposes as optimal conditions for bioethanol production and yield: 25g/Lstarch, pH of 7.9 and temperature of 34.5° C. Under these conditions 7.1g/L of bioethanol production are obtained, and a yield of 0.28g/gstarch. These predictions are consistent with the experimental results."