Producción de celulasas en fermentación sumergida utilizando microorganismos aislados de Moringa oleifera con potencial aplicación en procesos biotecnológicos

Abstract

RESUEN: Moringa Oleifera es una planta utilizada con múltiples propósitos a nivel mundial. El estado de Sinaloa se ha validado el cultivo intensivo de moringa en sistema de riego y temporal con excelente producción de biomasa lignocelulósica. En este trabajo se aislaron y purificaron 48 microorganismos de la biomasa aérea de moringa (41 cepas bacterianas y 7 cepas fúngicas). De las cepas purificadas, 42 presentaron actividad celulolítica y las tres con la mayor actividad fueron seleccionadas e identificadas morfológica y molecularmente como: Penicillium funiculosum FG1 (KR185322), Fusarium verticillioides FG3 (KR185323), y Cladosporium cladosporioides FC2 (KR185324). A las tres cepas de hongos filamentosos se les evaluó la capacidad de utilizar celulosa amorfa (Carboximetilcelulosa®, CMC) y cristalina (Avicel®) como fuente de carbono en fermentación sumergida. Se determinó que las tres cepas produjeron la mayor cantidad de azúcares reductores (1.18 mg/mL) en la fermentación que contenía CMC como fuente de carbono. También, se evaluaron las actividades celulolíticas en los extractos proteícos de las cepas. P. funiculosum y C. cladosporioides presentaron valores similares de endoglucanasa (606.16 U/L y 604.15 U/L respectivamente) y exoglucanasa (205.73 U/L y 200.96 U/L respectivamente) en medio Avicel, mientras que F. verticillioides mostró la máxima actividad de β-glucosidasa (663.78 U/L) en medio con CMC. De estos resultados, P. funiculosum fue seleccionado para evaluar las producción de celulasas en tres medios de cultivo (A, B y C) utilizando paja de moringa como fuente de carbono en fermentación sumergida. Las mejores actividades obtenidas fueron empleando el medio C (EnG 1,965.43, ExG 2,015.76 y BG 923.76). Adicionalmente, la paja de moringa fue sometida a un pretratamiento químico con la finalidad de incrementar la accesabilidad a la celulosa y su posterior sacarificación. Se evaluaron diferentes concentraciones de ácido sulfúrico, obteniéndose la máxima concentración de celulosa (63.66%) con 2% de H2SO4. Se realizó la hidrólisis enzimática de paja de moringa pretratada y sin pretratar, utilizando el extracto enzimático concentrado de P. funiculosum, obteniéndose la máxima cantidad de azúcares (67.93 mg/g) en el tratamiento con paja de moringa sin pretratar. ABSTRACT: Moringa oleifera is a plant used for multiple purposes worldwide. In the state of Sinaloa has been validated moringa's intensive cultivation in irrigation and temporary system with excellent production of lignocellulosic biomass. In this work, were isolated and purified 48 microorganisms of aerial biomass of moringa (41 bacterial strains and 7 fungal strains). Of the purified strains, 42 presented cellulolytic activity and the three with the highest activity were selected and identified morphologically and molecularly as: Penicillium funiculosum FG1 (KR185322), Fusarium verticillioides FG3 (KR185323), and Cladosporium cladosporioides FC2 (KR185324). To the three strains of filamentous fungi were evaluated their ability to use amorphous (Carboxymethylcellulose®, CMC) and crystalline cellulose (Avicel®) as carbon source in submerged fermentation. It was determined that the three strains produced the highest amount of reducing sugars (1.18 mg/mL) in CMC as carbon source. Also, the cellulolytic enzymatic activities were evaluated in the protein extracts generated by the three strains. P. funiculosum and C. cladosporioides presented similar values of endoglucanase (606.16 U/L and 604.15 U/L respectively) and exoglucanase (205.73 U/L and 200.96 U/L respectively) in Avicel® medium, while F. verticillioides showed the highest level of β-glucosidase activity (663.78 U/L) in medium with CMC. From these results, P. funiculosum was selected to evaluate the production of cellulases in three culture media (A, B and C) using moringa straw as a carbon source in submerged fermentation. The best activities obtained were using the medium C (EnG 1,965.43, ExG 2,015.76 and BG 923.76). Aditionally, moringa straw was subjected to a chemical pretreatment in order to increase accessibility to cellulose and its subsequent saccharification. Different concentrations of sulfuric acid were evaluated, obtaining the maximum concentration of cellulose (63.66%) with 2% of H2SO4. The enzymatic hydrolysis of moringa straw pretreated and without pretreatment was performed, using the concentrated enzymatic extract of P. funiculosum, obtaining the maximum amount of sugars (67.93 mg/g) in the treatment with moringa straw without pretreatment.