Producción de etanol por Zymomonas spp

2. Resumen
3. Introducción y antecedentes
4. Zymomonas
   spp en la síntesis de etanol
5. Material y métodos
7. Resultados y
   discusión
8. Literatura citada

Resumen

La síntesis
de etanol vía microbiana convencionalmente es por
levaduras, sin embargo el género
bacteriano Zymomonas spp tiene un especial capacidad para
producir etanol, que en la actualidad es una alternativa
interesante, para la actual demanda
mundial de combustibles derivados del petróleo. Los objetivos de
este trabajo
fueron: i) aislar Zymomonas spp de fuentes
naturales productoras de etanol y/ o levano ii) seleccionar
aquellas mejores productoras de etanol y/ o levano.

Los resultados
confirman su amplia distribución en fuentes naturales y su
potencial para producir de etanol. Se concluye que este
género sujeto a un exhaustiva trabajo de selección
por vía natural o ingeniería
genética puede ser una alternativa para la
solución de la crisis mundial
de energéticos, puesto que el etanol sintetizado por
vía biológica no causa contaminación ambiental.

Palabras
clave. Etanol, Zymomonas, frutas, combustión, ambiente.

Introducción y
antecedentes.

En áreas
tropicales de América, Asia y
África, se consumen bebidas alcohólicas de jugos de
frutas por fermentación mixta con bacterias como
Zymomonas sp y levaduras. La fermentación de
azucares de estas bebidas es un arte antiguo
(9,11). En Babilonia y Sumaria 6000 años A.C., ya se
conocía que las levaduras producían etanol en la
cerveza. En el
siglo XIV D C, en China y Medio
Oriente se elaboraban bebidas alcohólicas de granos
fermentados. Cagniard de la Tour en Francia,
Schwann y Kutsing en Alemania,
antes que Pasteur, plantearon que los productos de
la fermentación: el etanol y bióxido de carbono
provenían de la actividad de seres microscópicos.
Pasteur en 1891 investigo en la enfermedad de los vinos causada
por bacterias anaeróbicas y hubo progreso en el
conocimiento de la fermentación de frutos y granos
vegetales (10,12). En 1891 Barrer y Hillier aislaron el
género Zymomonas spp como responsable de la baja
acidez en sidra del suroeste de Inglaterra. Entre
1923-1924 Lindner en México
estudió la fermentación del aguamiel o jugo
azucarado del agave durante la fabricación de pulque, una
bebida alcohólica con un 4 a 6% de etanol, de la cual
aisló una bacteria llamda Termobacterium mobile
(2,4,5). En 1931 Kluyver y Hoppenbrowers, la denominaron
Pseudomonas lindneri por sus semejanzas bioquímicas
con la familia
Pseudomonadaceae, pero en 1936 Kluyer y Van Nielr le
señalaron como Zymomonas mobile por sus diferencias
mas que similitudes con esta familia
(5,7).

En 1937 Shimwell
aisló Zymomonassp durante la primera etapa
de la fermentación de la cebada al elaborar cerveza,
así como en los suelos de la
cervecería, en los cepillos de lavado de las cubas de
fermentación, y le dio el nombre provisional de
Achromobacter anaerobium. En 1950 se sugirió el
nombre de Saccharomonas sp, por que se le considero una
contaminante de la cerveza, se le denomino como Zymomonas
anaerobia (8,12,13). En 1956 ya había reportado como:
A. anaerobium y T. mobile está ultima
fermenta la sacarosa y produce un levano un polímero de
fructosa de diversos usos en la industria.

En el manual de
Bacteriología Determinativa de Bergey’s del 2000)
(1), se clasifica de la siguiente forma: según Barrer y
Hillier 1912 bacteria responsable de la enfermedad de la sidra.
Zymomonas mobilis (Lindner) Kluyver y Van Niel 1936
Termobacterium mobile Lindner 1928, Pseudomonas
lindneri Kluyver y Hoppenbrowers 1931 Zymomonas mobile
(Lindner) Kluyver y Van Niel 1936 Saccharomonas lindneri
(Kluyver y Hoppenbrowers) Shimwell 1950. Zymomonas
anaerobia (Shimwell) Kluyver 1957, Achromobacter
anaerobium (Shimwell) 1937, Saccharomonas anaerobia
Shimwell 1959. En general Zymomonas mobili, es un
bacilo o diplobacilo Gram Negativo, corto y con extremos
redondeados, móvil por flagelos lófotricos, sin
capsula, ni esporas, heterótrofo, anaeróbico
facultativo, fermenta de glucosa, la
fructosa, la sacarosa a etanol con producción de gas (14-17), por
la vía de Entner-Doudorof con un pH y temperatura
óptimas de crecimiento de 5.0 y 30°C respectivamente,
no produce oxidasa, indol, no reduce nitratos, no hidroliza la
urea, ni la gelatina, pero si catalasa y ac. sulfhídrico,
Z. mobilis existe en fuentes naturales como frutos
vegetales, asociada a levaduras, es parte de la microbiota del
vino de palma, es cosmopolita pues se reporta en: Indonesia,
Lejano Oriente, India,
África, Brasil. Java,
México, etc (18-20) En el vino de palma es la principal
bacteria tolerante del alto contenido en glucosa, fructosa,
sacarosa y en consecuencia concentración
alcohólica, al igual que en el jugo de caña de
azúcar
en Brasil y en la miel de abeja (18).

Zymomonas spp en la síntesis
de etanol.

Z. mobilis
en cultivos batch, fermenta glucosa, fructosa y sacarosa a
etanol, 120g/L en cultivo continuo, mejorada por mutagensis con
luz
ultravioleta y nitrosoguanidina (14). En 1977 Swings y De
Ley ,
reportaron un rendimiento de 1.5 moles de etanol/mol de glucosa
fermentada, lo que supera a Saccharomycesque sintetiza de
glucosa el 49% de etanol, con la ventaja de que Z.
mobilissegún la composición del medio de
cultivo es homo o heterofermentador, usa una mínima parte
del azúcar como fuente de carbono, y fermenta el 98%,
mientras que solo emplea el 2% en su crecimiento, pero
exclusivamente en anaerobiosis, en aerobiosis genera un mol de
etanol/ mol de glucosa fermentada, por ello Z. mobilis se
emplea en la fabricación de bebidas de melazas y leche
enriquecida con azúcares fermentables, en especial en la
industrialización de bebidas tradicionales como el pulque
(18,20,21).

Z. mobilis
tiene ventaja en la producción de etanol, respecto a
Saccharomyces sp como las siguientes (14-17): a) tolera
elevada concentración de glucosa y fermenta a etanol a
nivel mayor que una levadura, especialmente en cultivo continuo
en la que produce una elevada concentración de etanol, b)
genera una elevado nivel de etanol, pero bajo en biomasa en
comparación con una levadura, Zymomonas sp crece en
anaerobiosis a diferencia de una levadura y no necesita control del
oxígeno
para mantener su viabilidad en cultivo continuo.

Zymomonas
spp tiene una alta tolerancia al
etanol de 70 a 80 g/L comparada con Saccharomyces
cerevisiae en cultivo continuo y de más de 120g/L
en batch. Por ello es interesante obtener aislados silvestres de
este género de jugos y bebidas fermentadas naturalmente,
como el pulque y explotar esa capacidad de generar etanol. En
México el pulque se consumen en el centro y sur de la
república del cual se aisla Zymomonas spp (4-8), ya
que se reporta que Z. mobilis sintetiza 1.8 moles de
etanol y 1.9 moles de bióxido de carbono/mol de glucosa
fermentada (5,10). Los objetivos de este trabajo fueron: i)
aislar Zymomonas productoras de etanol y/o levano, ii)
seleccionar Zymomonasspp con elevada capacidad de
síntesis de etanol y/o levano.