Valorización de residuos de la industria olivícola como sustratos para el crecimiento de microorganismos de interés biotecnológico

Abstract

El sistema de centrifugación bifásico para la extracción del aceite de oliva, genera un único subproducto denominado alperujo que, debido a sus características fisicoquímicas se convierte en un desecho poco amigable para el medio ambiente. El sudoeste de la provincia de Buenos Aires (SOB) constituye una nueva área de producción olivícola, con importante intensificación de la actividad, que impulsa la necesidad de analizar opciones para su reutilización. En esta Tesis se plantea la reconversión del alperujo, como sustrato de bajo costo para la producción de pigmentos carotenoides. Para tal fin, se evaluaron levaduras del género Rhodotorula (Rh. mucilaginosa LPSC 638, Rh. graminis Y52 y Rh glutinis Y54). En primer lugar, se prepararon y caracterizaron diferentes medios derivados del alperujo: Extractos acuosos (EAs) de diferentes concentraciones (5, 10, 20 y 30 % p/V) y la fracción líquida del alperujo (AA). Por otra parte, se desfenolizaron los medios con mayor concentración de biofenoles (EA 30% y AA), mediante la técnica partición líquido-líquido. Todos estos medios, se utilizaron para evaluar el desarrollo y la biosíntesis de carotenoides en Rh. mucilaginosa LPSC638. Asimismo, se evaluó la influencia del inhibidor Imidazol en su vía carotenogénica. También, se estudió el metabolismo de la levadura asociado a fuentes de C y N. Al mismo tiempo, se realizaron ensayos de fitotoxicidad en EAs y AA normales y desfenolizados, sobre semillas de Lactuca sativa L. En segundo lugar, se analizó al alperujo en conjunto con el bagazo de cebada (BSG), como medios de cultivo sólidos. Finalmente, se analizó la estrategia de acoplar la producción de carotenoides con la recuperación de biofenoles desde el alperujo. Para ello, se utilizó como medio de cultivo, la fracción líquida del alperujo tratado hidrotermalmente (Sevilla, España. Patent No. US 6,849,770 B2 , 2005), para

analizar el desarrollo y producción de carotenoides en Rh. mucilaginosa LPSC 638 y dos especies aisladas desde residuos olivícolas (Rh. graminis Y52 y Rh glutinis Y54). Los resultados obtenidos fueron: Capítulo 1. Los EAs y AA ofrecen fuentes de C y N, además de un rango de pH adecuado para el desarrollo de Rh. mucilaginosa LPSC 638. La técnica de desfenolización utilizada redujo el 45% y 30% de biofenoles en EAs y AA, respectivamente. Capítulo 2: La levadura se desarrolló y sintetizó carotenoides en todas las concentraciones de EAs y AA. Metabolizó azúcares presentes y no consumió biofenoles. Los carotenoides sintetizados fueron: toruleno, torularodina, β-caroteno y γ-caroteno. Capítulo 3: La presencia de imidazol no afectó el desarrollo de Rh. mucilaginosa LPSC 638. Se obtuvo la mayor cantidad del caroteno en el medio con mayor concentración de imidazol (1000 ppm). Esta cantidad fue muy inferior respecto a la reportada en bibliografía. Capítulo 4: Rh. mucilaginosa LPSC 638 pudo desarrollarse en medios sólidos, formados por alperujo, BSG y combinación. Los carotenoides sintetizados fueron: toruleno, torularodina y β-caroteno. Capítulo 5: La fitotoxicidad sobre semillas de Lactuca sativa L., se reduce en tratamientos con medios desfenolizados y después del desarrollo de la levadura. No hay efectos fitotóxicos cuando las semillas son tratadas con medios más diluídos (EAs de 5 % y 10%). Capítulo 6: El proceso de desfenolización favorece el desarrollo y síntesis de carotenoides en Rh. mucilaginosa LPSC 638. En el AA tratado hidrotermalmente, Rh. glutinis Y54, Rh. graminis Y52 y Rh. mucilaginosa LPSC 638 producen: torularodina, toruleno, β-caroteno y γ-caroteno. Rh. glutinis Y54 y Rh. graminis Y52, se desarrollaron mejor con respecto a Rh. mucilaginosa LPSC 638. La técnica favorece la recuperación del hidroxitirosol.

The two-phase centrifugation system for extracting olive oil generates a single by- product called alperujo. Due to its physicochemical characteristics, alperujo is a non- ecological waste. The southwest of Buenos Aires province (SOB) constitutes a new area of olive oil production, with a significant intensification of the activity, which drives the need to analyze options for its reuse. This thesis proposes the reconversion of alperujo as a low-cost substrate for producing carotenoid pigments. For this purpose, yeasts of the genus Rhodotorula (Rh. mucilaginosa LPSC 638, Rh. graminis Y52 and Rh. glutinis Y54) were evaluated. First, different alperujo-derived media were prepared and characterized: aqueous extracts (AE) of different concentrations (5, 10, 20 and 30 % w/V) and the liquid fraction of alperujo (AA). On the other hand, the media with the highest concentration of biophenols (EA 30% and AA) were dephenolized using the liquid-liquid partitioning technique. All these media were used to evaluate the development and biosynthesis of carotenoids in Rh. mucilaginosa LPSC 638. The influence of the inhibitor Imidazole on the carotenogenic pathway was also evaluated. Also, yeast metabolism associated with different C and N sources was studied. At the same time, phytotoxicity tests were performed on normal and dephenolized AE and AA on seeds of Lactuca sativa L. Secondly, alperujo was analyzed together with beer spent grain (BSG) as solid culture media. Finally, the strategy of coupling carotenoid production with biophenol recovery from alperujo was analyzed. For this purpose, the liquid fraction of hydrothermally treated alperujo (Sevilla, España. Patent No. US 6,849,770 B2, 2005), was used as a culture medium to analyze the development and production of carotenoids in Rh. mucilaginosa LPSC 638 and two species isolated from olive residues (Rh. graminis Y52 and Rh. glutinis Y54). The results obtained in each chapter were: Chapter 1. EAs and AA provide sources of C and N, as well as a suitable pH for the development of Rh. mucilaginosa LPSC 638. The dephenolization technique used reduced 45% and 30% of biophenols in EAs and AA, respectively. Chapter 2: The yeast developed and synthesized carotenoids at all concentrations of EAs and AA. It metabolized the sugars present and did not consume biophenols. The carotenoids synthesized were: torulene, torularhodin β-carotene and γ-carotene. Lycopene was found only when media contained the inhibitor imidazole. Chapter 3: The presence of imidazole did not affect the development of Rh. mucilaginosa LPSC 638. The highest amount of carotene was obtained in the medium with the highest concentration of imidazole (1000 ppm). This amount was lower than that reported in literature. Chapter 4: Rh. mucilaginosa LPSC638 can grow on solid media, consisting of alperujo, BSG and a combination of both. The carotenoids synthesized were: torulene, torularodine and β-carotene. Chapter 5: Phytotoxicity on Lactuca sativa L. seeds is reduced in treatments with dephenolized media and after yeast development. There are no phytotoxic effects when seeds are treated with more diluted media (5 % and 10 % EAs). Chapter 6: The dephenolization process favors the development and synthesis of carotenoids in Rh. mucilaginosa LPSC 638. In the dephenolized liquid fraction of hydrothermally treated alperujo, Rh. glutinis Y54, Rh. graminis Y52 and Rh. mucilaginosa LPSC 638 produce: torularhodin, torulene, β-carotene and γ-carotene. Rh. glutinis Y54 and Rh. graminis Y52 performed better than Rh. mucilaginosa LPSC 638. The technique facilitates the recovery of Hydroxytyrosol.