“Tras la preocupación por los efectos del uso de combustibles fósiles en el ambiente y la creciente demanda de energía sustentable, las levaduras se postulan como una de las principales herramientas biológicas para el desarrollo de un futuro energético sostenible, debido a su capacidad de convertir azúcares en biocombustibles mediante procesos de fermentación”

De la tradición a la vanguardia

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Desde la antigüedad, los seres humanos han hecho uso de microorganismos para la elaboración de alimentos y bebidas fermentadas. Entre estos microorganismos encontramos las levaduras, organismos unicelulares que presentan una gran diversidad fisiológica y que pueden crecer en un amplio rango de hábitats.

Dentro de las  aplicaciones que se le han dado a estos hongos unicelulares se destaca la producción de alcohol por vía fermentativa tras la conversión de glucosa (azúcar) en etanol. Aunque el producto obtenido de este proceso bioquímico se ha utilizado para la elaboración de bebidas alcohólicas, recientemente el interés por encontrar una nueva fuente de energía que mitigue el impacto ambiental causado por el uso de combustibles fósiles, ha volcado la investigación el desarrollo y producción de biocombustibles a partir de materia orgánica como los  residuos  agrícolas  que son degradados a partir de la actividad metabólica de diferentes microorganismos entre los que se destaca la levadura Saccharomyces cerevisiae.

Pensando en el cuidado y preservación del ambiente, el semillero de investigación BIOTEC  del Centro de Gestión Industrial, Regional  Distrito Capital -SENA ha venido trabajando en el desarrollo de estrategias para la producción de biocombustibles mediante el empleo de microorganismos, en este caso el uso de levaduras.

Nuestras favoritas

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Como parte de los proyectos de formación de los aprendices SENA y tras la aplicación de procesos biotecnológicos para la elaboración de bebidas fermentadas, el semillero BIOTEC ha venido conservando una colección de levaduras procedentes de diferentes cereales, frutas y tubérculos (Maracuyá, Piña, Cebada, Maíz, Uva, Remolacha, Sandía, Papa, entre otros), las cuales se tomaron como base de partida para la búsqueda de aquellos aislamientos  con potencial para  transformar residuos orgánicos en etanol.

Inicialmente en la colección se encontraban 54 aislamientos de los cuales se seleccionaron y recuperaron  15 para evaluar su tolerancia al etanol a diferentes concentraciones (1%, 2%, 3% y 5%) y la fermentación de azúcares (Arabinosa, Galactosa, Glucosa, Lactosa, Maltosa, Manitol y Sacarosa) durante un periodo de 24 y 48 horas.

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Evaluando los aislamientos de la colección

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En las pruebas de tolerancia al etanol se evidencio que 14 aislamientos  toleraron hasta el 3% de etanol y uno solamente toleró el 1% de etanol uno de los aislamientos (6.7%) creció a una concentración del 1%. Los aislamientos restantes (93.3%) crecieron en medios que contenían etanol al 1, 2 y 3%, luego de las primeras 24 horas.

Transcurridas 48 horas, seis (40%) de las cepas fueron tolerantes al 1, 2 y 3% de etanol, por otro lado, las nueve muestras restantes (60%) crecieron tanto en las concentraciones anteriores como al 5 % de etanol.

En cuanto a los resultados obtenidos en las pruebas de fermentación de azúcares se tuvieron en cuenta criterios como crecimiento y formación de CO2.

Después de 24 horas, se evidenció que tres de los 15 aislamientos crecieron en el medio que contenía glucosa y solo nueve de los 15 cepas lograron fermentar.  En cambio, dos de las levaduras crecieron en glucosa y sacarosa, mientras que solo una fue capaz de fermentar ambos azúcares.

A las 48 horas, con respecto a los medios que contenían glucosa, dos de las tres cepas mantuvieron sus mismas condiciones de crecimiento, lo cual se evidencia en el incremento del número de aislamientos, contando con un total de diez que asimilaron este azúcar. En cuanto a las muestras restantes, sólo dos cepas fueron capaces de fermentar los medios que contenían glucosa y sacarosa. Mientras que solo un aislamiento, logró asimilar glucosa, maltosa y sacarosa.

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Sometiendo las levaduras a stress

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Aunque las levaduras son ampliamente utilizadas en procesos de fermentación alcohólica, su resistencia y/o viabilidad se ve disminuida a medida que el etanol se acumula durante este proceso. Por esta razón, para reducir la toxicidad que tiene en el metabolismo de estos microorganismos, se han venido desarrollando cepas mutantes que sean capaces de tolerar el etanol. Entre los métodos básicos empleados para lograr esta característica de tolerancia al etanol se encuentra la radiación UV, la cual de acuerdo con estudios realizados por Victor Revin y colaboradores en el año del 2018, demostraron la eficiencia de este método al mejorar la tolerancia a etanol en cepas sometidas a radiación UV. De este modo, de los 15 aislamientos evaluados se tomaron 11 (60%) muestras que crecieron en etanol al 5% y asimilaron azúcar (glucosa y/o sacarosa) se irradiaron durante un periodo de 5 y 10 minutos. Posteriormente, se evaluó tolerancia al etanol (7% y 10%) y fermentación de azúcares.

Como resultado de estos ensayos se observó que solo un aislamiento (6.7%) tuvo la capacidad de crecer en los medios que contenían etanol  al 7% y 10% luego de 24 y 48 H. En cuanto al ensayo de fermentación de azúcar algunas de las cepas fueron capaces de asimilar azúcar que previo al ensayo de estrés no eran aptas.

Probando las levaduras en un proceso de fermentación a escala de laboratorio.

Con base a los resultados obtenidos en los ensayos anteriores,  se  seleccionaron  cinco cepas de levaduras para iniciar el proceso de fermentación  en 100 mL  de un medio  de cultivo  que contenía glucosa, extracto de levadura y  sales, durante un periodo de 78 horas a 27ºC y 150 rpm. Posteriormente, el producto obtenido de la fermentación fue sometido a un proceso de destilación simple y a continuación se determinó el contenido de alcohol producido por los aislamientos.

Acorde con los resultados obtenidos se encontró que una de las cepas de levadura, aislada previamente de piña fue capaz de producir un porcentaje mayor del 10% de etanol, mientras que el contenido de alcohol generado por los otros aislamientos estuvo en un rango de 6.41 y 7.98%.