Desarrollo de biocatalizadores inmovilizados y su aplicación en la industria alimentaria y ambiental

Una tesis doctoral reporta avances científicos y tecnológicos de novedad e impacto para la comunidad. Para cumplir este propósito nos embarcamos en una experiencia con pretensiones de conocimiento, el cual deberá ser respaldado por un título para tener validez en el contexto académico. Al llegar a este momento, en el que todo el proceso se condensa en el presente informe y en el que la obtención del título es aquello que por su valor simbólico suele llenar de satisfacción, me resulta imperativo expresar –así parezca obvio-, que estos cinco años de estudio de doctorado me condujeron a otras reflexiones tan necesarias y valiosas como las científicas, porque atravesaron profundamente mi condición como ciudadana y me llevaron a problematizar asuntos de la cultura y la historia de América Latina, a llenar de argumentos la crítica y a desarrollar habilidades para identificar, comprender y regular emociones propias a la luz de las diferentes dificultades que iban surgiendo en cada curva del camino.Fil: Ramírez Tapias, Yuly Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; Argentin

Kombucha fermentation in yerba mate: Cellulose production, films formulation and its characterisation

The production of Kombucha fermented beverage generates a side-stream composed of bacterial cellulose, a source of biopolymer to develop food contact materials. This work aims to study Kombucha fermentation in yerba mate infusion to maximise cellulose production and its processing for film formulation. Yerba mate infusion with sucrose resulted in an extraordinary substrate for Kombucha fermentation with an optimised cellulose production of 19.4 g/l and 0.29 g/g of yield. Filmogenic dispersions were analysed in terms of rheology and particle size distribution. Microscopic characterisation of films exhibited homogeneous surfaces. The addition of glycerol, as well as the solids from the fermented broth, resulted in a significant increase in hydration and a reduction in elastic modulus, ultimate tensile strength and glass transition temperature of the films. The results revealed that the formulation containing the Kombucha fermented media showed similar properties to the glycerol plasticised material. This could be considered a novel result as it may replace the use of traditional plasticisers. Bioactive compounds from yerba mate provided an antioxidant activity greater than 95% of ABTS radical inhibition to cellulosic material, demonstrating that natural bioactive cellulose-based films are materials that potentially protect food products against oxidation.Fil: Ramírez Tapias, Yuly Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Di Monte, Maria Victoria. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Peltzer, Mercedes Ana. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Salvay, Andrés Gerardo. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; Argentin

Biobased materials from microbial biomass and its derivatives

There is a strong public concern about plastic waste, which promotes the development of new biobased materials. The benefit of using microbial biomass for new developments is that it is a completely renewable source of polymers, which is not limited to climate conditions or may cause deforestation, as biopolymers come from vegetal biomass. The present review is focused on the use of microbial biomass and its derivatives as sources of biopolymers to form new materials. Yeast and fungal biomass are low-cost and abundant sources of biopolymers with high promising properties for the development of biodegradable materials, while milk and water kefir grains, composed by kefiran and dextran, respectively, produce films with very good optical and mechanical properties. The reasons for considering microbial cellulose as an attractive biobased material are the conformational structure and enhanced properties compared to plant cellulose. Kombucha tea, a probiotic fermented sparkling beverage, produces a floating membrane that has been identified as bacterial cellulose as a side stream during this fermentation. The results shown in this review demonstrated the good performance of microbial biomass to form new materials, with enhanced functional properties for different applications.Fil: Cottet, Agustina Celeste. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; Argentina. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas; ArgentinaFil: Ramírez Tapias, Yuly Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Delgado, Juan Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: de la Osa, Orlando. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Salvay, Andrés Gerardo. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Peltzer, Mercedes Ana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; Argentin

Celulosa bacteriana de kombucha: producción, caracterización y obtención de películas naturales y procesadas

Actualmente, el desarrollo de la industria alimentaria exige minimizar la demanda de recursos no renovables y priorizar el uso de tecnologías sustentables. En este sentido, el uso de materiales biobasados de bajo costo y de fuentes renovables representa una medida estratégica para reducir el impacto nocivo en el medio ambiente.Durante la fermentación del té de Kombucha, una bebida obtenida a partir de hojas de té, azúcar, y la fermentación producida por una comunidad simbiótica de bacterias y levaduras, se obtiene un subproducto constituido principalmente por celulosa bacteriana. Este material polimérico consiste en una matriz de capas múltiples formadas por una red de nano y microfibras celulósicas, y es empleado en aplicaciones biomédicas y farmacéuticas.El objetivo de este trabajo fue obtener y caracterizar las películas usando la biomasa integral del subproducto de la bebida de Kombucha y comparar el material natural con el material obtenido a partir de una suspensión filmogénica procesada. El propósito del procesamiento del material es evaluar su potencial para el escalado y estandarización del proceso y posterior formulación para el desarrollo de diferentes productos para el envasado de alimentos.Este nuevo enfoque para el desarrollo de materiales contribuye a un proceso más eficiente y con menos residuos, y permite explotar las propiedades de toda la biomasa.Fil: Ramírez Tapias, Yuly Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Laboratorio de Investigación en Biotecnología Sustentable; ArgentinaFil: Di Monte, Maria Victoria. Universidad Nacional de Quilmes; ArgentinaFil: Delgado, Juan Francisco. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Tecnología en Polímeros y Nanotecnología. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería. Instituto de Tecnología en Polímeros y Nanotecnología; ArgentinaFil: Peltzer, Mercedes Ana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes; ArgentinaFil: Salvay, Andrés G.. Universidad Nacional de Quilmes; ArgentinaIV Workshop de Polímeros Biodegradables y BiocompuestosMar del PlataArgentinaUniversidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiale

Kombucha Tea By-product as Source of Novel Materials: Formulation and Characterization of Films

The development of biodegradable materials from microbial exopolysaccharides has extraordinary potential to be applied in food packaging. Kombucha tea is a fermented drink produced by a symbiotic community of bacteria and yeasts, where a by-product based on bacterial cellulose is generated at the surface of the beverage. In this work, novel materials based on the integral kombucha tea by-product were developed from the floating and the intentionally submerged discs of biomass. Each disc was dispersed in water and subjected to ultrasonic homogenization. Films obtained by casting exhibited high homogeneity without cracks with a microstructure composed by a homogeneous and continuous cellulosic matrix of ribbon-shaped nanofibers. Infrared spectroscopy and thermogravimetric analyses indicated the further presence of low and high molecular weight compounds. The increase in glycerol content in the film decreased glass transition temperature and increased flexibility, hydration, and water vapor permeability. Films obtained from submerged discs had an additional plasticization given by substances incorporated during the immersion in the culture medium. Both types of films made from the floating and the submerged disc had a natural and remarkable antioxidant activity of 69 ± 2% and 72 ± 2% of radical inhibition, respectively, probably due to polyphenols or other compounds from the culture medium. Results revealed that using the integral cellulosic by-product of kombucha tea to prepare films could be advantageous due to the cost-effective process (no separation, no purification), interesting physical-chemical properties, and the retention of natural bioactive substances.Fil: Ramírez Tapias, Yuly Andrea. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Peltzer, Mercedes Ana. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Delgado, Juan Francisco. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Salvay, Andrés Gerardo. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; Argentin

Alkaline and thermostable polygalacturonase from Streptomyces halstedii ATCC 10897 with applications in waste waters

Pectin degrading enzymes with polygalacturonase (PG) activity hydrolyze α-(1,4) glycosidic bonds of polysaccharides present in higher plants. In the current study one hundred bacterial strains were screened for extracellular PG activity using an inductive culture medium. Optimization of fermentation conditions for Streptomyces halstedii ATCC 10897 was conducted using experimental designs. The maximum enzymatic activity obtained was 3.489. U/mL and 98.0% of viscosity reduction after 12. h of fermentation using soy peptone as unique source of carbon and nitrogen. PG from S. halstedii ATCC 10897 showed high thermal stability, an approximate molecular weight of 48. kDa and its optimum conditions for catalytic reaction were 50. °C and pH 12.0. This study reveals that alkaline PG is a useful enzyme for depectinization in alkaline pulping mill and papermaking waste waters. halstedii produces extremely alkalophilic polygalacturonase (48kDa) at 12h.Fil: Ramírez Tapias, Yuly Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Laboratorio de Investigación en Biotecnología Sustentable; ArgentinaFil: Rivero, Cintia Wanda. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Laboratorio de Investigación en Biotecnología Sustentable; ArgentinaFil: Britos, Claudia Noelia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Laboratorio de Investigación en Biotecnología Sustentable; ArgentinaFil: Trelles, Jorge Abel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Laboratorio de Investigación en Biotecnología Sustentable; Argentin

Bacterial cellulose films production by Kombucha symbiotic community cultured on different herbal infusions

The symbiotic community of bacteria and yeast (SCOBY) of Kombucha beverage produces a floating film composed of bacterial cellulose, a distinctive biobased material. In this work, Kombucha fermentation was carried out in six different herbal infusions, where SCOBY was able to synthesise cellulosic films. Infusions of black and green tea, yerba mate, lavender, oregano and fennel added with sucrose (100 g/l) were used as culture media. In all cultures, film production resulted in a maximum after 21 days. Yield conversion, process productivity and antioxidant activity were quantified. Macroscopic and microscopic features of films were determined based on electronic microscopy, calorimetric and mechanical properties and hydration behaviour. Native films from yerba mate had a remarkable antioxidant activity of 93 ± 4% of radical inhibition due to plant polyphenols, which could prevent food oxidation. Results revealed that films retained natural bioactive substances preserving important physicochemical properties, essential for developing active materials.Fil: Ramírez Tapias, Yuly Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Di Monte, Maria Victoria. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Peltzer, Mercedes Ana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Salvay, Andrés Gerardo. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; Argentin

Stabilization by multipoint covalent attachment of a biocatalyst with polygalacturonase activity used for juice clarification

Derivatized-agarose supports are suitable for enzyme immobilization by different methods, taking advantage of different physical, chemical and biological conditions of the protein and the support. In this study, agarose particles were modified with MANAE, PEI and glyoxyl groups and evaluated to stabilize polygalacturonase from Streptomyces halstedii ATCC 10897. A new immobilized biocatalyst was developed using glyoxyl-agarose as support; it exhibited high performance in degrading polygalacturonic acid and releasing oligogalacturonides. Maximal enzyme activity was detected at 5 h of reaction using 0.05 g/mL of immobilized biocatalyst, which released 3 mg/mL of reducing sugars and allowed the highest product yield conversion and increased stability. These results are very favorable for pectin degradation with reusability up to 18 successive reactions (90 h) and application in juice clarification. Plum (4.7 °Bx) and grape (10.6 °Bx) juices were successfully clarified, increasing reducing sugars content and markedly decreasing turbidity and viscosity.Fil: Ramírez Tapias, Yuly Andrea. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Laboratorio de Investigación en Biotecnología Sustentable; ArgentinaFil: Rivero, Cintia Wanda. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Laboratorio de Investigación en Biotecnología Sustentable; ArgentinaFil: Gallego, Fernando López. Heterogeneous Biocatalysis Group; España. Ikerbasque; EspañaFil: Guisán, José M.. Institute of Catalysis and Petrochemistry; EspañaFil: Trelles, Jorge Abel. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Laboratorio de Investigación en Biotecnología Sustentable; Argentin

Saccharification of citrus wastes by immobilized polygalacturonase in an improved alginate matrix

Enzyme immobilization using hydrogels is a low-cost and effective system for the degradation of bulk pectin derived from orange industry residues. Polygalacturonases obtained from four different bacterial strains of Streptomyces genus were immobilized in alginate gel and assayed for pectin hydrolysis. The enzyme from Streptomyces halstedii ATCC 10897 proved to be superior and more stable within the alginate matrix. Furthermore, a new strategy to improve alginate bead stability using a mixture of calcium and strontium is reported; this technique allowed enhancing the mechanical properties by combining different amounts of these cations for ionotropic gelation. The developed biocatalyst showed maximum hydrolysis at 2 h, generating 1.54 mg/mL of reducing sugars and decreasing the viscosity of polygalacturonic acid by 98.9%. Reusability up to 29 successive reactions (58 h) demonstrated a very stable performance. The heterogeneous biocatalyst was used in the enzymatic saccharification of orange peel albedo (2.23 mg/mL) for adding value to this agro-waste by industrial exploitation.Fil: Ramírez Tapias, Yuly Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Laboratorio de Investigación en Biotecnología Sustentable; ArgentinaFil: Lapasset Laumann, Aldana S.. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Laboratorio de Investigación en Biotecnología Sustentable; ArgentinaFil: Britos, Claudia Noelia. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Laboratorio de Investigación en Biotecnología Sustentable; ArgentinaFil: Rivero, Cintia Wanda. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Laboratorio de Investigación en Biotecnología Sustentable; ArgentinaFil: Trelles, Jorge Abel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología. Laboratorio de Investigación en Biotecnología Sustentable; Argentin