Evaluación de un sistema in situ para la producción de xilanasa y xilooligosacáridos en pichia pastoris recombinante utilizando como materia prima xilano extraído de rastrojos de trigo

Abstract

La gran cantidad de desechos en la industria agroindustrial y el enfoque actual de utilizar residuos como materia prima para generar productos de alto valor han llevado a considerar el uso de biomasa para la producción de xilooligosacáridos (XOS) que son de alto interés debido a sus efectos prebióticos. Los XOS se producen a partir de la hidrólisis del xilano presente en la hemicelulosa de la biomasa utilizando xilanasa y enzimas auxiliares como la arabinofuranosidasa. El proceso tradicional (en este trabajo denominado "ex situ") consta de tres etapas, producción de la enzima, extracción del sustrato xilano e hidrólisis. En la tesis presente se explora un método alternativo consistente en la producción de enzima y producto (XOS) simultáneamente, denominado in situ. El objetivo general de esta tesis es evaluar la producción de XOS y xilanasa en el sistema in situ con P. pastoris y xilano extraído de rastrojos de trigo. Para ello se estudiaron distintos medios de crecimiento e inducción de la producción de la proteína recombinante. Se logró observar que los medios diseñados para abaratar costos (JCG y JCM) tienen el mismo rendimiento en la producción de XOS que los medios tradicionales (BMGY y BMMY). Además, los medios diseñados producen una mayor cantidad de enzima en comparación con los medios tradicionales, alrededor de 7 [U/ml] versus 4 [U/ml]. Al estudiar la producción de XOS con los medios diseñados se observó que hay una disminución en el rendimiento de la producción de XOS al aumentar la concentración de xilano comercial, alrededor de un 10 % a 7 % para una concentración de 0,5 % y 1,5 % de sustrato. En cuanto al xilano de rastrojo de trigo utilizado como sustrato (con una composición de xilano de aproximadamente 30 %, tanto para la extracción con 2 % y 12 % de NaOH), se observó el mismo efecto, disminuyendo el rendimiento de producción de XOS de 8 % a 2 % al aumentar la concentración del sustrato de 0,5 % a 2,5 %. El sistema in situ y ex situ logran tener la misma producción de XOS a las 24 horas, por lo que se logra concluir la viabilidad del sistema in situ. En cuanto al estudio de inhibición por producto no fue posible encontrar que la xilobiosa y xilotriosa inhiban a la xilanasa utilizada. Además, se determinó que el xilano residual del sistema in situ se puede continuar hidrolizando con xilanasa al agregar arabinofuranosidasa, por lo que el sistema in situ podría mejorarse con la producción de enzimas auxiliares que ayuden con la hidrólisis de los residuos del xilano.