Imperativos para el cultivo anaeróbico de alta densidad celular por desnitrificación: perspectivas técnicas y...

Área de la Ciencia:

• Biotecnología
• Ingeniería Microbiana
• Producción Sostenible de Alimentos

Sus antecedentes:

• La proteína unicelular (SCP) ofrece una alternativa sostenible a la agricultura tradicional para alimentos y piensos.
• El cultivo de alta densidad celular (HCDC) es crucial para una producción eficiente de SCP, pero enfrenta limitaciones de oxígeno en sistemas aeróbicos.
• Se propuso una estrategia anaeróbica que utiliza nitrato como aceptor de electrones y la alcalinización impulsada por la desnitrificación para superar las limitaciones de oxígeno.

Objetivo del estudio:

• Evaluar la viabilidad e identificar las limitaciones del HCDC anaeróbico utilizando la desnitrificación para la producción de SCP.
• Investigar los factores que restringen las tasas de crecimiento en altas densidades celulares en este sistema.
• Proporcionar información para optimizar la producción anaeróbica de SCP.

Principales métodos:

• Se utilizaron Paracoccus denitrificans y Paracoccus pantotrophus en un biorreactor de lote alimentado de 3L.
• Se empleó un sistema de pH-stat que aprovecha la alcalinización impulsada por la desnitrificación para la alimentación del sustrato.
• Se realizaron experimentos in vivo e in silico para analizar las restricciones de crecimiento.
• Se realizaron bioensayos de lotes pequeños para identificar compuestos inhibidores.

Principales resultados:

• Se lograron concentraciones de biomasa de hasta 60 g de peso seco/L y un contenido de proteínas del 75%.
• Se observaron tasas de crecimiento significativamente más bajas en cultivos de alta densidad celular en comparación con cultivos de baja densidad.
• Se identificaron un desfase dominante de CO2-pH, limitaciones de mezcla y toxicidad del nitrito como restricciones interactivas.
• Se demostró que la reducción del punto de ajuste de pH para mitigar el desfase CO2-pH intensificó la toxicidad del nitrito.

Conclusiones:

• El HCDC anaeróbico a través de la desnitrificación es un método viable para producir biomasa de SCP de alta calidad.
• El desfase CO2-pH, exacerbado por la mala mezcla y la toxicidad del nitrito, es la principal barrera para tasas de producción competitivas.
• La investigación futura debe centrarse en la ingeniería de reactores para mejorar la mezcla y la eliminación de gases, y en el desarrollo de cepas para una mayor tolerancia al estrés.