Bioconversión de la cascarilla de cacao por Aspergillus niger para la obtención de quitosano

Abstract

En Venezuela, entre los desechos emanados en grandes volúmenes, se encuentran los producidos por la industria del cacao. De estos, tan sólo la cascarilla obtenida luego del tostado y molienda de los granos de cacao, corresponde a 2270 ton/año. Este residuo está compuesto principalmente por minerales y carbohidratos complejos representados por fibras lignocelulolíticas, sin uso alguno. En este sentido, este trabajo tuvo como finalidad, la bioconversión de la cascarilla de cacao por Aspergillus niger para la obtención de enzimas xilanasas y biomasa microbiana para su posterior transformación en quitosano. Para ello, en primer lugar, se procedió a realizar la selección de un aislado de Aspergillus niger con alta capacidad degradativa. Se empleó un diseño un diseño completamente aleatorizado en bloques con 2 tratamientos, concentración de sustrato (T1=30g/l,T2=2,5g/l) a diferentes niveles (0,12,24,48 horas). Se utilizaron 2 aislados, los cuales fueron aislados a partir de granos de maíz (ANM-1) y girasol (ANG) y representaron los bloques. Las variables respuestas fueron la actividad enzimática de las xilanasa y proteína microbiana. Posteriormente, se procedió a optimizar la producción enzimática de las xilanasas y la biomasa microbiana utilizando el aislado seleccionado. Para ello, se empleo la metodología de superficie de respuesta con la aplicación de un diseño factorial 26 fraccionado para estudiar el efecto de la concentración de sustrato (cáscara de cacao) (X1), temperatura (X2), agitación (X3), urea (X4), glucosa (X5) y residuos de papa (X6). A partir de la biomasa microbiana obtenida en condiciones optimizadas se procedió a extraer la quitina de las paredes celulares y posteriormente fue transformada en quitosano, el cual se caracterizó de forma preliminar. Los resultados demostraron que la actividad enzimática xilanasa fue significativamente (p<0,05) superior en el aislado ANM-1. En cuanto a la proteína, el análisis de varianza reveló diferencias estadísticamente significativas (p<0,05), en cuanto a la biomasa microbiana producida para el aislado ANM-1 con respecto a la obtenida por ANG. Se obtuvo un incremento de 9,46% de proteína durante la fermentación. Por su parte, el uso de 2,5 g/l de sustrato en el medio de cultivo (T2) resultó altamente significativo (p<0,01) en relación al resultado obtenido con T1. El tiempo de fermentación seleccionado fue de 24 horas debido a que el máximo nivel de crecimiento se produjo en dicho tiempo. Por su parte, el estudio de los factores para la optimización del proceso resultó no significativo obteniendo un R2 de 0,331 y 0,041 para la actividad enzimática de las xilanasas y la biomasa microbiana respectivamente. Basado en estos resultados se procedió a diseñar y desarrollar un nuevo ensayo, se consideraron la concentración de sustrato y la agitación como las variables regresoras debido a que mostraron ser las más influyentes. Realizado el estudio estadístico, se mostró que hay diferencias significativas entre los tratamientos, y la regresión evidenció que el modelo presentó un buen ajuste, con un factor determinístico (R2) de 0,964 y 0,955 para la producción de biomasa microbiana y actividad enzimática de las xilanasas, respectivamente. Sin embargo, para las variables en estudio el punto crítico fue un punto de silla. Por tal razón, se procedió a realizar el análisis de Ridge. Los resultados revelaron que el valor más elevado de la biomasa microbiana dentro de los límites de la región estudiada fue de 26,58% de proteína y 946,29 BXU/ml de actividad enzimática de las xilanasa con una concentración de sustrato de 2,5g/l. Una vez obtenidas las condiciones óptimas de cultivo, se procedió a realizar el cultivo en un fermentador de 4 litros. Se determinó que el rendimiento de quitosano fue de 1,05%. Basado en las propiedades fisicoquímicas del quitosano obtenido el cual presentó un alto grado de desacetilación (86,64%), bajo contenido de cenizas (1,06%) y bajo contenido de materia insoluble (3,5%), algunos autores proponen su uso en la industria de alimentos, tratamientos de aguas, industria farmacéutica, entre otros. Por su parte, es necesario en investigaciones posteriores, la purificación y estudio de las propiedades de las enzimas xilanasas obtenidas