Obtención de 2,3-butanodiol a partir del hidrolizado enzimático de bagazo de Agave cupreata usando la cepa silvestre Klebsiella oxytoca UM2-17

Abstract

The 2,3-butanediol is a chemical component with wide industrial applications, such as biofuels and chemical precursors. It is usually obtained through chemical synthesis, but in recent years there has been a growing interest on its biological production from renewable substrates due to its environmental and economic benefits. The present work describes the isolation of an agave bagasse native strain capable of producing 2,3-butanediol from the fermentation of the enzymatic hydrolysate of Agave cupreata bagasse. The wild strain, identified as Klebsiella oxytoca UM2-17, produced 2,3-butanediol efficiently in mineral medium with glucose, xylose and a mixture of both sugars. They were obtained 29.36 g L-1 of 2,3-butanediol and a yield of 0.29 g g-1 in medium with 100 g L-1 of glucose, while a mixture of 50 g L-1 of glucose and 50 g L-1 of xylose reached 25.9 g L-1 of 2,3-butanediol and a yield of 0.26 g g-1. On the other hand, the hydrolysate obtained had a mixture of glucose, xylose and arabinose equivalent to 25.8 g L-1 of sugar, corresponding to a 52.5% of material conversion. The batch fermentation of the hydrolysate with K. oxytoca UM2-17 showed glucose and xylose total depletion with a production of 10.3 g L-1 of 2,3-butanediol and 0.28 g L-1 of ethanol, corresponding to a yield of 0.40 g g-1. These results demonstrated that A. cupreata bagasse is a sustainable raw material to produce 2,3-butanediol using the wild strain Klebsiella oxytoca UM2-17. To the authors’ knowledge no work has been reported evaluating 2,3-butanediol production by K. oxytoca using agave bagasse.

El 2,3-butanodiol es un compuesto químico con una alta demanda en el mercado actual, esto se debe a que tiene una amplia gama de aplicaciones industriales, tales como los combustibles y diferentes precursores químicos. El 2,3-butanodiol se obtiene convencionalmente por síntesis química, sin embargo, en los últimos años se ha generado un creciente interés en producirlo biotecnológicamente a partir de sustratos renovables, esto debido a las ventajas ambientales y económicas que el proceso trae consigo. El presente trabajo describe el aislamiento de una cepa nativa de bagazo de agave capaz de producir 2,3-butanodiol a partir de la fermentación del hidrolizado enzimático de dicho residuo. La cepa silvestre, identificada como Klebsiella oxytoca UM2-17, produjo 2,3-butanodiol de manera eficiente en medio mineral, tanto con glucosa o xilosa pura, como con la mezcla de ambos azúcares. Cuando se utilizaron 100 g L-1 de glucosa como fuente de carbono se obtuvieron 29.36 g L-1 de 2,3-butanodiol y un rendimiento de 0.29 g g-1, mientras que cuando se empleó una mezcla de 50 g L-1 de glucosa y 50 g L-1 de xilosa se alcanzaron 25.9 g L-1 del diol y un rendimiento de 0.26 g g-1. Por otro lado, se obtuvo un hidrolizado enzimático del bagazo de Agave cupreata que contenía una mezcla de glucosa, xilosa y arabinosa, equivalente a 25.8 g L-1 de azúcar, lo que correspondió a una conversión del 52.5% del material. La fermentación batch de este hidrolizado con la cepa K. oxytoca UM2-17 mostró el consumo total de la glucosa y la xilosa, con una producción máxima de 2,3-butanodiol de 10.3 g L-1 y 0.28 g L-1 de etanol, correspondiente a un rendimiento de 0.40 g g-1. Estos resultados indicaron que el bagazo de A. cupreata es un sustrato adecuado para producir 2,3-butanodiol utilizando la cepa silvestre K. oxytoca UM2-17, y hasta donde se sabe, no existen reportes que evalúen la producción de 2,3-butanodiol con K. oxytoca utilizando bagazo de agave.