PRODUCCIÓN FERMENTATIVA DE COMPUESTOS ORGÁNICOS MEDIANTE EMPLEO DE MEDIOS QUE CONTIENEN DEXTRINA.

Producción fermentativa de compuestos orgánicos mediante empleo de medios que contienen dextrina La presente invención se refiere a la producción fermentativa de compuestos orgánicos con por lo menos 3 átomos de C o con por lo menos 2 átomos de C y por lo menos 1 átomo de N para el cultivo de microorganismos, mediante empleo de un medio que contiene dextrina, el cual incluye por lo menos una parte del componente sólido que no contiene almidón de la fuente de almidón. Los medios líquidos que contienen azúcar son una fuente básica de nutrientes para muchos métodos de fermentación; las fracciones de azúcar presentes en los medios son metabolizadas por los microorganismos empleados, con lo que se obtienen productos orgánicos valiosos. La gama de tales productos metabólicos producidos por microbios, es decir compuestos orgánicos, incluye con esto por ejemplo productos volátiles de bajo peso molecular como etanol, productos metabólicos no volátiles como aminoácidos, vitaminas y carotenoides así como una multiplicidad de otras sustancias. Para tales métodos de fermentación microbiana generalmente conocidos se emplean diferentes fuentes de carbono dependiendo de las diferentes condiciones del método. Éstas abarcan desde sacarosa pura de melaza de nabos y caña de azúcar, denominadas "melazas de alta prueba" (melaza invertida de caña de azúcar) hasta glucosa de hidrolizados de almidón. Además para la producción biotecnológica de L-lisina se mencionan ácido acético y etanol como co-sustratos que pueden ser utilizados a escala industrial (Pfefferle et al., Biotechnological Manufacture of Lysine, Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology, Vol. 79 (2003), 59-112). En base a las mencionadas fuentes de carbono se establecen diferentes métodos y procedimientos para la producción fermentativa de productos metabólicos microbianos basada en azúcar. En el ejemplo de la L-lisina se describen estos por ejemplo por Pfefferle et al. (a.a.O.) respecto al desarrollo de cepas, desarrollo de procesos y producción a escala industrial. Una fuente importante de carbono para la producción fermentativa de productos metabólicos microbianos facilitada por microorganismos, es el almidón. Antes de que éste pueda ser usado como fuente de carbono en una fermentación, tiene que primero ser licuado y sacarificado en las etapas previas de reacción. Para esto comúnmente se obtiene el almidón en forma previamente purificada de una fuente natural como patatas, yuca, cereales, por ejemplo trigo, maíz, cebada, centeno, tritical o arroz y a continuación se licúa y sacarifica enzimáticamente, para ser empleado luego en la verdadera fermentación para la producción del producto metabólico deseado. Aparte del empleo de tal fuente de almidón previamente purificada, se ha descrito también el empleo de fuentes de 30 almidón no purificadas para la producción de fuentes de carbono para la producción fermentativa de productos metabólicos microbianos. En ello, típicamente primero se desmenuzan las fuentes de almidón mediante molienda. El producto de molienda es sometido entonces a una licuefacción y sacarificación. Puesto que este producto de molienda contiene naturalmente, aparte de almidón, aún una serie de componentes que no contienen almidón, los cuales pueden influir de manera desventajosa en la fermentación, comúnmente estos componentes son separados   antes de ésta. La eliminación puede ocurrir bien sea directamente después de la molienda (WO 02/077252; JP 2001-072701; JP 56-169594; CN 1218111), después de la licuefacción (WO 02/077252; CN 1173541) o a continuación de la sacarificación (CN 1266102; Beukema et al.: Production of fermentation syrups by enzymatic hydrolysis of potatoes; potatoe saccharification to give culture medium (Conference Abstract), Symp. Biotechnol. Res. Neth. (1983), 6; NL8302229). En todas las variantes, sin embargo se emplea en la fermentación un hidrolizado de almidón altamente puro. Los nuevos métodos para la producción fermentativa de compuestos orgánicos incluyen en particular una purificación de la fuente de almidón antes de la fermentación, por ejemplo la purificación de las soluciones de almidón licuadas y sacarificadas (JP 57159500), o la puesta a disposición de métodos que deberían hacer posible la producción de medios de fermentación, a partir de recursos renovables (EP 1205557). Por el contrario, las fuentes de almidón no purificadas son empleadas en gran extensión para la producción fermentativa bioetanol. Con esto, las fuentes de almidón, comúnmente granos enteros de cereales, son primero molidas en seco y a continuación el componente de almidón de la fuente de almidón se hidroliza bajo la acción de enzimas. En esto, la hidrólisis puede ejecutarse tanto en forma discontinua, por ejemplo en recipientes con agitación, como también de modo contínuo por ejemplo en cocción por inyección. Por ejemplo las correspondientes condiciones de proceso se encuentran en "The Alcohol Textbook - A reference for the beverage, fuel and industrial alcohol industries", Jaques et al. (Hg.), Nottingham Univ. Press 1995, ISBN 1-8977676-735, capítulo 2, p. 7 a 23, y en McAloon et al., "Determining the cost of producing ethanol from corn starch and lignocellulosic feedstocks", NREL/TP-580-28893, National Renewable Energy Laboratory, octubre 2000. 2   Puesto que en la producción fermentativa de bioetanol se obtiene el producto valioso mediante destilación, el empleo de la fuente de almidón a partir del proceso de molienda en seco en forma no purificada no representa un problema importante. Sin embargo, en la aplicación de un método de molienda en seco para la producción de otros metabolitos microbianos, es un problema la corriente de sustancia sólida alimentada a la solución de azúcar en la fermentación, puesto que esto puede afectar tanto negativamente la fermentación como por ejemplo respecto a la tasa de transferencia de oxígeno o bien la necesidad de oxígeno de los microorganismos empleados (ver aquí Mersmann, A. et al.: Selection and Design of Aerobic Bioreactors, Chem. Eng. Technol. 13 (1990), 357-3701, como puede también hacer más difícil de un modo no despreciable la subsiguiente elaboración. Además, ya en la producción de la suspensión que contiene almidón la viscosidad de ésta puede alcanzar un valor crítico por la alimentación de sustancia sólida, por lo que por ejemplo una suspensión con más de 30 % en peso de harina de maíz ya no es miscible de modo homogéneo en agua (Industrial Enzymology, 2ª ed., T. Godfrey, S. West, 1996). Con ello en el procedimiento convencional, se limita la concentración de glucosa. En este sentido esto no es relevante respecto a la producción fermentativa de bioetanol, puesto que de todos modos debido a la toxicidad del producto para las levaduras empleadas en la fermentación, de forma insensata podrían hacerse reaccionar elevadas concentraciones. En la producción fermentativa de otros metabolitos orgánicos como etanol es una desventaja principalmente añadir a la fermentación medios que contienen azúcar con bajas concentraciones de esta porque esto conduce a una desproporcionada dilución del caldo de fermentación y se disminuye por ello la concentración final que se puede alcanzar en el producto valioso, lo cual por un lado causa costos elevados en su extracción del medio de fermentación y reduce el rendimiento espacio-tiempo. Estas consideraciones son significativas en particular para el caso en que un hidrolizado de almidón, el cual tradicionalmente exhibe pequeñas concentraciones de azúcar o bien glucosa de hasta aproximadamente 30 o 33 % en peso, fabricado para una producción de bioetanol de alto volumen deba alimentarse parcialmente a una fermentación secundaria de pequeño volumen para la producción de otros productos químicos. Por otro lado, elevadas concentraciones de monosacáridos metabolizables en el medio de fermentación puede conducir a una inhibición de ésta o del crecimiento de microorganismos o tener como consecuencia un cambio en el metabolismo de los microorganismos empleados. Con E.coli por ejemplo una concentración muy alta de glucosa libre conduce a la formación de ácidos orgánicos (acetato), mientras que Saccharomyces cerevisae en este caso por ejemplo cambia a fermentación alcohólica, aunque en fermenteras aireadas este presente suficiente oxígeno (efecto de Crabtree). De allí que elevadas concentraciones de monosacáridos que pueden ser metabolizados, en los medios que contienen azúcar alimentados a la fermentación durante la fase de alimentación suplementaria, puede afectar de modo desventajoso la fermentación. También plantea un problema en el empleo de medios altamente concentrados en la fase de lote, es decir durante la fase de crecimiento de los microorganismos en la carga de fermentación, antes de que la fermentación... [Seguir leyendo]

1. Método para la producción de por lo menos un compuesto orgánico con por lo menos 3 átomos de C o con por lo menos 2 átomos de C y por lo menos 1 átomo de N mediante fermentación, que incluye los siguientes pasos: a1) molienda de una fuente de almidón, donde se obtiene un material molido el cual contiene por lo menos una parte del componente sólido que no contiene almidón de la fuente de almidón; a2) suspensión del material molido con un líquido acuoso y licuefacción del material molido presente, en el líquido acuoso en presencia de por lo menos una enzima que licúa el almidón, donde se obtiene un medio (1) acuoso que contiene dextrina, el cual incluye por lo menos una parte del componente sólido que no contiene almidón de la fuente de almidón; y b) empleo del medio acuoso (1) que contiene dextrina en una fermentación para cultivar un microorganismo, el cual es capaz de hacer sobreproducción del compuesto orgánico y el cual es elegido de entre microorganismos que producen enzimas, las cuales hidrolizan las dextrinas hasta monosacáridos donde no se añaden enzimas que hidrolizan las dextrinas hasta monosacáridos, o se añaden en una cantidad inferior a 0,001 % en peso, referida al peso total de la fuente empleada de almidón. 2. Método según la reivindicación 1, donde se calienta la suspensión del material molido en el líquido acuoso a una temperatura por encima de la temperatura de gelatinización del almidón presente en la fuente de almidón. 3. Método según la reivindicación 2, donde el calentamiento ocurre en presencia de una enzima que licúa el almidón. 4. Método según una de las reivindicaciones precedentes donde se añade continuamente o de modo discontinuo al líquido acuoso, por lo menos una cantidad parcial del material molido en el transcurso de la licuefacción. 5. Método según una de las reivindicaciones precedentes, donde se suspende el material molido en una cantidad tal del líquido acuoso y se licúa este, de modo que el medio (1) acuoso obtenido que contiene dextrina exhibe un contenido de masa seca de por lo menos 50 % en peso, referido al peso total del medio (1). 6. Método según una de las reivindicaciones precedentes, donde se suspende el material molido en una cantidad tal del líquido acuoso y se licúa este, de modo que el medio (1) acuoso obtenido que contiene dextrina exhibe una concentración equivalente de glucosa de por lo menos 40 % en peso, referido al peso total del medio (1). 7. Método según una de las reivindicaciones precedentes, que incluye adicionalmente las siguientes etapas: b1) cultivo en un medio acuoso de fermentación (2) del microorganismo que es capaz de hacer sobreproducción del compuesto orgánico; y b2) adición del medio (1) que contiene dextrina al medio de fermentación (2), en el cual las dextrinas presentes en el medio (1) son metabolizadas por el microorganismo que hace la sobreproducción del compuesto orgánico. 8. Método según la reivindicación 7, donde el medio de fermentación (2) en la etapa b1) incluye esencialmente el medio (1), los microorganismos capaces de hacer la sobreproducción del compuesto orgánico, componentes comunes del medio y, dado el caso, el agua para la dilución. 9. Método según las reivindicaciones 7 u 8, donde en la etapa b1) se emplea una cantidad tal del medio (1) para formular el medio de fermentación (2), de modo que la concentración total de azúcar en el medio de fermentación (2) esta en el rango de 6 a 30 % en peso, calculado como equivalente de glucosa y referido al peso total del medio de fermentación (2). 10. Método según una de las reivindicaciones precedentes, donde en la etapa a1) se emplean como fuente de almidón granos de cereales. 11. Método según una de las reivindicaciones precedentes, donde el material molido incluye por lo menos 20 % en peso de la totalidad del componente sólido que no contiene almidón de la fuente de almidón. 12. Método según una de las reivindicaciones precedentes, donde el compuesto orgánico producido es elegido dado el caso de entre ácidos mono-, di- y tricarboxílicos con 3 a 10 átomos de C, que portan grupos hidroxilo, aminoácidos 37   proteinógenos y no proteinógenos, bases de purina, bases de pirimidina; nucleósidos, nucleótidos, lípidos; ácidos grasos saturados e insaturados; dioles con 4 a 10 átomos de C, alcoholes polivalentes con 3 o más grupos hidroxilo, alcoholes de cadena larga con por lo menos 4 átomos de C, hidratos de carbono, compuestos aromáticos, vitaminas, provitaminas, cofactores, nutracéuticos, proteínas, carotenoides, cetonas con 3 a 10 átomos de C, lactonas, biopolímeros y ciclodextrinas. 13. Método según una de las reivindicaciones precedentes, donde por lo menos un compuesto metabólico microbiano se reduce en concentración o se aísla del caldo de fermentación y a continuación se eliminan ampliamente los componentes volátiles del caldo de fermentación, donde se obtiene una composición de proteína sólida o semisólida. 14. Método según una de las reivindicaciones 1 a 12, donde por lo menos parcialmente se eliminan los componentes volátiles del caldo de fermentación, sin aislamiento o descenso en la concentración previos de un producto metabólico microbiano no volátil, y donde dado el caso sin separación previa de componentes sólidos, se obtiene una formulación sólida de un producto metabólico microbiano no volátil. 38