Bioproducción de derivados de d-limoneno empleando hongos terpeno-tolerantes aislados en la provincia de Misiones

Abstract

La presente tesis aborda dos problemáticas de manera interrelacionada: la extensión de la cadena de valor de productos del complejo citrícolaindustrial, y el desarrollo de nuevas tecnologías para la producción natural y sustentable de aromas y fragancias. El complejo citrícola argentino es uno de los sectores económicos e industriales más importantes del norte del país, e involucra a diversos eslabones de la cadena productiva que abarcan desde el cultivo plantas de frutas cítricas, hasta el procesamiento industrial de los cítricos para la producción de jugos concentrados, aceites esenciales y alimento balanceado para actividades ganaderas. A pesar del grado de extensión de los procesos, regionalmente en la última década se ha manifestado un constante incremento en la necesidad de producir materiales elaborados con mayor valor agregado y productividad, tanto para consumo interno como exportación. Por otra parte, los sabores y fragancias son ampliamente usados en las industrias alimenticias, cosméticas, químicas y farmacéuticas, y actualmente, la mayoría de éstos, son obtenidos por síntesis química. Sin embargo, se está incrementando la demanda de productos naturales en lugar de los sintéticos, que se evidencia especialmente en compuestos aromáticos llamados naturales o bioflavors. Considerando este escenario, el presente trabajo tuvo como objetivo general determinar las condiciones óptimas de producción de derivados terpénicos comercialmente valorados a partir de la bioconversión de dlimoneno extraído de derivados de aceites esenciales cítricos empleando hongos ascomicetes nativos de la provincia de Misiones y con base en la aplicación de micología predictiva. Se propone la aplicación de estos hongos terpeno-tolerantes como potenciales agentes reactivos para la producción αterpineol y otros alcoholes terpénicos comercialmente valorados. De un total de 29 aislamientos fúngicos pertenecientes a la colección del Laboratorio de Biotecnología Molecular del Instituto de Biotecnología Misiones “Dra. María Ebe Reca”, se seleccionó el aislamiento Aspergillus niger LBM 055, basado en el desarrollo comparativo de su biomasa, y producción de derivados de limoneno, incluyendo α-terpineol, para posteriores estudios de optimización. Una de las inferencias resultantes de los análisis del cribado y la optimización indican que la determinación de las condiciones óptimas de bioconversión requiere no sólo del criterio de mayor productividad, sino también de mayores criterios circunstanciales, como ser selección del bioproducto objetivo. En base a la selección de una condición óptima de bioconversión, se propuso un modelo de interbioconversión, una cinética aparente asociada a la bioconversión y se determinaron las constantes cinéticas aparentes de la misma. Finalmente, a partir de las ecuaciones cinéticas aparentes, se determinaron las relaciones de volúmenes requeridas para el bioproceso a escalas mayores, con fines aplicados a la cadena de valor del complejo citrícola-industrial.

This thesis addresses two particular problems of the citrus-forest production chain of the province of Misiones, which are intended to be approached in an interrelated way: the extension of the value chain of citrus-industrial complex products, and the development of new technologies for the natural and sustainable production of aromas and fragrances. The argentine citrus complex is one of the most important economic and industrial sectors in the north of the country, and involves several links in the production chain, ranging from the cultivation of citrus fruit plants to the industrial processing of concentrated juices, essential oils and balanced feed for livestock activities. Despite the degree of extension of the processes, regionally in the last decade there has been a constant increase in the need to produce materials made with greater added value and productivity, both for domestic consumption and for export. On the other hand, flavors and fragrances are widely used in the food, cosmetic, chemistry and pharmaceutical industries, and currently, most of these are obtained by chemical synthesis. However, the demand for natural products rather than synthetics is increasing. This increase is especially evident for aromatic compounds called natural or bioflavours. Considering this scenario, the general objective of the present work was to determine the optimal conditions for the production of commercially valued terpenic derivatives from the bioconversion of R-limonene extracted from of citrus essential oils using ascomycete fungi native of Misiones province and based on in the application of predictive mycology. The application of ascomycete fungi is proposed as potential reactive agents to produce αterpineol and other commercially valued terpenic alcohols. Out of a total of 29 total fungal isolates belonging to the collection of the Molecular Biotechnology Laboratory of the Institute of Biotechnology Misiones “Dra. María Ebe Reca”, Aspergillus niger LBM 055 isolate was selected, based on the comparative development of its biomass, and production of limonene derivatives, including α-terpineol, for further optimization studies. One of the inferences resulting from the screening and optimization analyzes indicates that the determination of the optimal bioconversion conditions requires not only the criterion of higher productivity, but also of greater circumstantial criteria, such as selection of the target bioproduct. Based on the selection of an optimal bioconversion condition, an interbioconversion model was proposed and an apparent kinetics associated with bioconversion, and its apparent kinetic constants were determined. Finally, from the apparent kinetic equations, the volume relationships required for the bioprocess at larger scales were determined, intended to be applied to the value chain of the citrus-industrial complex.