La melaza, un término amplio utilizado para describir soluciones concentradas de jugo de caña de azúcar o remolacha azucarera después de la eliminación de los cristales de sacarosa, es un subproducto industrial del proceso de producción de azúcar en bruto.
por Ricardo Muñiz, FAPESP
Las melazas naturales tienen composiciones variables que no se conocen del todo. Esta laguna de conocimiento es un obstáculo tanto para la investigación científica como para la industria, donde la melaza se utiliza en varios procesos, incluida la producción de etanol combustible a partir de melaza mediante fermentación con levadura de cerveza (Saccharomyces cerevisiae).
Un grupo de científicos brasileños y europeos ha formulado una melaza sintética con una composición reproducible porque se conoce plenamente. Su investigación fue publicada en la revista Scientific Reports .
«El objetivo principal era encontrar una fórmula de levadura que se comportara lo más similar posible a la levadura utilizada en el procesamiento industrial de melaza«, dijo Thiago Basso, último autor del artículo y profesor de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de São Paulo (POLI). -USP) en Brasil. Basso es asesor de tesis del primer autor Kevy Eliodório y del segundo autor Gabriel Cunha.
Los investigadores se propusieron reproducir en el laboratorio el proceso de producción de etanol, incluidas las características de la melaza de caña de azúcar como medio de cultivo de levadura, para poder determinar todos los componentes y valoraciones. La melaza es un medio de cultivo complejo cuya composición varía significativamente en circunstancias normales.
«Produjimos melaza sintética estandarizada que los investigadores de cualquier parte del mundo pueden probar como medio de cultivo para los microorganismos que estudian. Además, los resultados obtenidos en diferentes laboratorios pueden compararse más fácilmente. Eso es importante para la ciencia», afirmó Eliodório. , añadiendo como ejemplo que la formulación fue probada en el Centro Helmholtz de Investigación Ambiental en Alemania mientras él estaba allí en una pasantía de investigación doctoral.
Además de la ventaja logística que supone permitir que centros de investigación de todo el mundo lo utilicen para desarrollar bioprocesos, el medio de cultivo de laboratorio también se puede utilizar para estudiar la influencia de componentes específicos ajustando el nivel de cada uno por separado. «Ésta es una ventaja de los resultados obtenidos en nuestro estudio», afirmó Basso. «La posibilidad de ajustar componentes facilita el estudio de los efectos de los inhibidores del crecimiento o de los componentes nutricionales, por ejemplo, y el análisis cuantitativo de los flujos metabólicos, entre otros factores».
La metodología aplicada se basó en una combinación de datos reportados en la literatura e investigaciones previas de Basso, en las que formuló melaza sintética sin definir completamente su composición, debido a la presencia de peptona, sustancia cuya composición no es totalmente controlable ni totalmente conocida. . Se realizaron ajustes sistemáticos utilizando datos de muestras reales, la literatura y la composición previa.
«Cada ajuste fue evaluado probando el crecimiento de la levadura hasta llegar a una composición que condujo a un comportamiento de la levadura similar al observado en la melaza real», explicó Eliodório.
Elementos analizados por separado
Los componentes se dividieron en grupos nutricionales (sales, ácidos orgánicos, vitaminas, oligoelementos y azúcares, entre otros) y se analizaron por separado. Esta etapa implicó tanto desarrollar la composición como caracterizar los ingredientes que más influyeron en el comportamiento de la levadura. La melaza natural contiene grandes cantidades de azúcares fermentables y otros nutrientes.
Varios compuestos, incluidos factores de crecimiento, macro y micronutrientes, varían según la variedad de caña de azúcar, el suelo, el clima y las condiciones de procesamiento. Además, algunos compuestos generados durante el procesamiento de la caña de azúcar pueden inhibir el desempeño de la levadura, afectando la producción de etanol.
La etapa de validación arrojó resultados altamente satisfactorios. «También demostramos que un medio de cultivo clásico utilizado para la levadura, conocido como YPS [extracto de levadura, peptona y sacarosa], no permite una comparación fisiológica porque los valores son muy diferentes con estas características, mientras que nuestro medio imita adecuadamente la melaza real, ofreciendo importantes ventajas tanto para el uso industrial como para la investigación científica «, afirmó Basso.
Gracias a los resultados del estudio, la preparación de melazas sintéticas se ha flexibilizado, ya que se pueden ajustar las proporciones de los distintos grupos nutricionales según las necesidades. Por ejemplo, el grupo se propuso ver cómo el nitrógeno influye en la fermentación. «A menudo se dice que los niveles bajos de nitrógeno aumentan la producción de etanol. Nuestros experimentos con niveles ajustados de nitrógeno demostraron que efectivamente es así», afirmó.
«Creemos que la melaza sintética desarrollada en este estudio allanará el camino para que investigadores de varias partes del mundo desarrollen nuevos bioprocesos basados en el uso de melaza de caña de azúcar, una de las materias primas más importantes de la biotecnología industrial actual».
Los otros coautores brasileños fueron Reinaldo Giudici, profesor del POLI-USP, y Andreas Gombert, afiliado a la Facultad de Ingeniería de Alimentos de la Universidad Estadual de Campinas (FEA-Unicamp). La parte europea del equipo estaba formada por Morten Sommer, profesor de la Universidad Técnica de Dinamarca, y Felipe Lino, cofundador de la startup alemana Nosh.bio GmbH.
Más información: Kevy Pontes Eliodório et al, La fisiología de Saccharomyces cerevisiae durante el crecimiento en melaza de caña de azúcar industrial se puede reproducir en un medio sintético definido a medida, Scientific Reports (2023). DOI: 10.1038/s41598-023-37618-8
