Producción de ácido succínico por vía fermentativa

in StemSocial3 months ago
Hola estimados amigos.

El ácido succínico, o también ácido butanodico según la nomenclatura IUPAC, es un ácido carboxílico de formula molecular C4H6O4, y en la actualidad es un compuesto químico muy demandado en diferentes industrias, ya que se utiliza como bloque de construcción y como precursor para una gran gama de productos importantes para las industrias química, cosmética, farmacéutica y alimenticia entre otras; por ejemplo, es aplicado como aditivo alimenticio para mejorar sabores, para elaborar tintes y lacas, y como reactivo para la elaboración de bioplásticos. Y aunque se obtiene vía petroquímica, también puede encontrarse en la naturaleza, esta presente en frutas maduras y también se produce por la fermentación de almidón y azucares.

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El ácido succínico es una materia prima muy demandada y se puede obtener de fuentes renovables. Fuente: @emiliomoron, la imagen de biomasa y la estrcutura del ácido succínico son de dominio público.

Ácido succínico

El ácido succínico es un ácido dicarboxílico de cuatro carbonos que forma cristales incoloros e inodoros y un sabor ácido característico. Es soluble en agua y forma disoluciones produciendo iones succinato, también es ligeramente soluble en etanol, éter, acetona y glicerol. Y su nombre proviene del latín succinum, que quiere decir “ámbar”, una resina de origen vegetal, ya que fue descubierto en 1546 mediante la destilación al vació del ámbar.

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El ácido succíno se encontró a partir de la destilación seca del ambar. Fuente: @emiliomoron, la imagen del ambar y la estructura del ácido son de dominio público.

Este compuesto se ha descrito como una plataforma química, debido a su potencial como bloque de construcción para compuestos de C4, debido a que sus grupos carboxilos terminales facilitan la síntesis de otros compuestos, como el polímero succinato de polibuteno, el tetrahidrofurano o el 1,4-butanodiol, lo que lo ha hecho indispensable para la fabricación de resinas, polímetros, detergentes, herbicidas y diferentes productos farmacéuticos.

La mayor parte del ácido succínico se produce por vía petroquímica, a partir de n-butano mediante oxidación a anhídrido maleico e hidrogenación catalítica en el producto final.

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Esquema de la producción petroquímica del ácido succínico. Fuente: @emiliomoron, la imagen de la refineria y las estructuras del anhídrido maleico y del ácido succínico son de dominio público.

Pero en la última década la producción biotecnológica de este ácido ha tomado mayor interés debido a aspectos tanto económicos como ambientales, incrementando su producción por vías más sustentables, como mediante la fermentación de sustratos renovables, ya que el ácido succínico también se puede obtener por fermentación aeróbica de almidones y azucares de C5 a C6. Y mientras que la producción petroquímica de una tonelada de ácido succínico genera aproximadamente 7 toneladas de gases de efecto invernadero, la vía fermentativa tiene cero emisiones y consume 60% menos energía

Ácido succínico de base biológica

El ácido succínico se puede obtener como un intermediario en el ciclo del ácido tricarboxílico (TCA), y constituye uno de los productos finales del metabolismo anaeróbico que ocurre durante la fermentación con una serie de microorganismos.
La vía de producción fermentativa ha sido bien estudiada, realizándose muchos aportes para mejorar el proceso, seleccionando y estudiando varios microorganismos que pueden producir ácido succínico, como hongos, levaduras y bacterias Gram-positivas, entre los que se pueden mencionar Actinobaciluus succinogenes, Anaerobiospirillum succiniciproducens, Aspergillus niger, A. fumigatus, Byssochlamys nívea y E. coli.

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Esquema de producción vía biologíca de ácido succínico. Fuente: @emiliomoron, las imágenes de biomasa, glucosa, sacarosa y ácido succínico son de dominio público.

Se ha reportado que A. succinogenes es capaz de utilizar una gran variedad de azucares como fuente de carbón, como fructosa, galactosa, glucosa, matosa, entre otros; pudiendo degradar sustratos complejos como la caña de azúcar, rastrojo de maíz o el glicerol. Igualmente está bien documentado que la ruta metabólica para la biosíntesis del ácido succínico se producen dos ácidos de cuatro carbonos por cada molécula de glucosa empleada mediante la reacción de carboxilación de la fosfoenolpiruvato carboxilasa.

Sin embargo estos métodos anaerobios tienen sus limitaciones para llevar la aplicación a escala industrial, principalmente debidos a su alta sensibilidad al oxígeno y a sus tasas de crecimiento relativamente lentas.

Pero la producción de ácido succínico de base biológica tiene importantes ventajas frente a la vía petroquímica, especialmente lo que respecta a la sustentabilidad de los materiales y el ahorro de energía, por lo que una mayor implementación de este método de obtención a gran escala puede ser impulsado por la optimización del proceso fermentativo.

Bueno amigos, esperemos que el interés actual por reducir la contaminación y la explotación de combustibles fósiles sigue impulsando la investigación sobre el uso de microorganismos y fuentes de materia prima sustentable para obtener compuestos químicos de gran valor para la industria.


Espero les haya gustado la información. ¡Hasta la próxima!


Referencias

Eduardo Hernández Correa (2018). Producción de ácido succínico por Actinobacillus succinogenes a partir de hidrolizado de la fracción orgánica de residuos sólidos urbanos mediante electrosíntesis microbiana. tesis en línea

M. Papagianni, Organic Acid. In Comprehensive Biotechnology (Second Edition), 2011, Pages 109-120

José M.Pinazo (2015). Sustainability metrics for succinic acid production: A comparison between biomass-based and petrochemical routes. Catalysis Today, Volume 239, Pages 17-24.

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