Summary
Descripción general del contenido del recurso.
La lovastatina es un inhibidor de la síntesis del colesterol utilizado para el tratamiento de la hipercolesterolemia. Su producción industrial está basada en la fermentación discontinua de Aspergillus terreus en reactores tanque agitado. En esta tesis se ha estudiado la obtención de lovastatina en un biorreactor de lecho fluidizado como alternativa al tradicional tanque agitado. Para ello, en primer lugar se ha tratado el efecto de la composición del medio de cultivo en la síntesis de lovastatina, con énfasis en la influencia de la disponibilidad de oxígeno y de la existencia de fenómenos de inhibición por producto. A continuación, se ha evaluado el efecto de la agitación mecánica en la productividad de lovastatina. Estas condiciones han constituido el estado de referencia para considerar la potencialidad del reactor de lecho fluidizado. Como última etapa del proceso, se ha estudiado la recuperación del producto mediante extracción, separación en columna cromatográfica y cristalización. En la optimización del medio de cultivo se ha considerado el efecto de distintas fuentes de carbono y de nitrógeno así como la influencia de la relación carbono/nitrógeno (C/N) en el intervalo 13:1 240:1 sobre el crecimiento y generación de lovastatina. La originalidad de este estudio ha sido incluir la interacción de estos nutrientes con la disponibilidad de oxígeno en la fase gaseosa, trabajando a cuatro niveles 21, 50, 80 y 100 %. La optimización se llevó a cabo mediante la metodología de superficie de respuesta concluyéndose que el factor más importante fue la concentración de oxígeno en la fase gaseosa, resultando óptimo el 80%, obteniéndose un aumento del 300 % respecto de la productividad inicial de lovastatina. Asimismo se ha estudiado la existencia de inhibición por producto en el rango de 50 a 250 mg·L-1 de lovastatina, comprobándose que la presencia de lovastatina inhibe su síntesis ralentizando su generación en el intervalo de concentraciones ensayado. Mediante experimentos en un biorreactor tipo tanque agitado a diferentes velocidades de agitación, 300 800 rpm, se encontró que la producción de lovastatina está relacionada con la morfología de los pellets, al tiempo que los caracteres morfológicos están determinados por la velocidad de agitación. Asimismo, las propiedades reológicas del cultivo resultaron ser función de los caracteres morfológicos de los pellets. En este sentido, se demostró que grados de agitación elevados, que conducen a una erosión superficial de los pellets, disminuyen la producción de lovastatina. Por otro lado, se corroboró el aumento en la síntesis de lovastatina al incrementarse la concentración de oxígeno en la fase gaseosa. Seguidamente se abordó el diseño, construcción y caracterización de un biorreactor de lecho fluidizado al considerarse que este tipo de sistemas, por su capacidad de transferencia de materia y la suavidad de las condiciones hidrodinámicas que se establecen, podría resultar particularmente apto para la producción de lovastatina a partir de A. terreus. Se construyó un biorreactor de 20 L y una relación altura/diámetro de 6, analizándose la influencia de la concentración de oxígeno en la corriente de aireación. Los experimentos demostraron la viabilidad y estabilidad del biorreactor de lecho fluidizado para la producción de lovastatina, obteniéndose productividades específicas más altas que las medidas en el biorreactor tipo tanque agitado, concretamente, 494,1 mg (g nitrógeno)-1, equivalente a la estimada por el modelo obtenido por superficie de respuesta, 502,2 mg (g nitrógeno)-1. La etapa final del proceso de obtención de lovastatina fue la recuperación del metabolito a partir del caldo de fermentación mediante extracción con acetato de etilo, posterior separación en columna cromatográfica empleando hexano:acetato de etilo 40:60 como fase móvil y cristalización en etanol, obteniéndose un rendimiento final del 50,5%.
