Aplicación de la superficie de respuesta en la optimización de la producción microbiológica de zeaxantina

El carotenoide zeaxantina es un pigmento vegetal de gran importancia comercial debido a la diversidad de aplicaciones en la industria de los alimentos, incluyendo a la avicultura, la farmacéutica, los lácteos, y la panificación. En el campo de la salud humana se obtienen grandes beneficios del pigmento, como elevar la calidad de vida debido sus cualidades antioxidantes, por lo cual es necesario el estudio de la producción microbiológica del colorante zeaxantina a efecto de mejorar dicho proceso. Para lograr la optimización de la producción microbiológica de la zeaxantina se utilizó la cepa ATCC No. 21588 de Flavobacterium sp., la cual se llevó a cabo mediante la técnica de fermentación de cultivo sumergido con células en suspensión en una relación inoculo: medio de cultivo de 5 a 10 porciento, en un reactor de tanque agitado de 14 l . Se utilizó un diseño central compuesto de Box-Beknhen (15 tratamientos) para investigar los efectos de los niveles de aireación, mezclado y el de inoculo/medio de fermentación. Los nutrientes en el medio de cultivo fueron: fuente de carbono (licor de remojo de maíz), nitrógeno (NH4Cl), fósforo (KH2PO4), manteniendo constante una concentración de magnesio de 1.5 g/l y oligoelementos de 0.5 ml/l y las condiciones de operación: temperatura (27°C), pH (7), mezclado (200 ¿ 400 rpm) y flujo de aire (0.6 ¿ 0.9 vvm). El análisis de varianza y las gráficas de superficie de respuesta de los datos obtenidos muestran que los factores más significativos son: aireación y mezclado, con un nivel de confianza del 95%. El análisis estadístico permitió encontrar las condiciones óptimas para la producción de zeaxantina en un tiempo relativamente corto; los valores fueron: aireación = 0.680 vvm, mezclado = 264 rpm, obteniendo con esta información un valor óptimo de 56.865 ppm, con una productividad de 1.420 mg/ [(l)/ (h)] en un tiempo de 40 horas de haber iniciado la fermentación y con un porciento de inoculo/medio de cultivo = 7.590. Un análisis estadístico posterior, considerando solamente los factores de aireación y mezclado, predice que la concentración óptima de zeaxantina será de de 82.336 ppm. La concentración promedio de zeaxantina lograda en este trabajo fue de 1.018 mg/ml con el empleo de licor de remojo de maíz como fuente de carbono que mejora el nivel de producción del carotenoide.

The carotenoid zeaxanthin is a plant pigment of great commercial importance due to the diversity of applications in the food industry, including poultry, pharmaceuticals, dairy, and bakery. In the field of human health is highly profitable, and improving the quality of life because of its antioxidant qualities, so it is necessary to study the microbial production of zeaxanthin to improve the production process. To achieve the optimization of microbial production of zeaxanthin was used strain ATCC No. 21588 of Flavobacterium sp., which was carried out using the technique of submerged culture fermentation with cells suspended in a relationship inoculum: culture 5 to 10% in a stirred tank reactor of 14 lt. A central composite design of Box-Beknhen (15 treatments) was used to investigate the effects of levels of aeration, mixing and the percentage of inoculum / fermentation medium. The nutrients in the culture medium were: carbon source (corn steep liquor), nitrogen (NH4SO), phosphorus (KH2PO4), holding a constant magnesium concentration of 1.5 g / l and trace elements 0.5 ml / l and the following process conditions : temperature (27 ° C), pH (7), mixing (200 - 400 rpm) and airflow (0.6 - 0.9 vvm). The analysis of variance and response surface plots of the data obtained show that the most significant factors are: aeration and mixing, with a confidence level of 95%. The statistical analysis allowed to find the optimal conditions for production of zeaxanthin in a relatively short time, the values were: aeration = 0.680 vvm, mixing = 264 rpm, obtaining with this information an optimal value of 56.865 ppm with a productivity of 1.420 mg / [(l)/ (h)] in a time of 40 hours of starting fermentation and with a percentage of inoculum / culture medium = 7.590. A subsequent statistical analysis, considering only the factors of aeration and mixing, predicts that the optimal concentration of zeaxanthin will be 82.336 ppm. The average concentration of zeaxanthin achieved in this study was 1.018 mg / ml with the use of corn steep liquor as a carbon source that enhances the level of carotenoid production.