6.7 Asymmetry Corrections and Uncertainties
6.7.2 Beam Asymmetry Correction Systematic Uncertainties
6.7.2.2 Higher-Order Beam Correction Systematic Uncertainties
Este análisis se llevó a cabo en el Laboratorio de Investigación Multidisciplinaria (LABINM) de la Facultad de Medicina Humana de la UPAO, usando un estándar de poli – (R) – 3 – polihidroxibutirato.
Figura 13: Comparación de Espectros IR entre Estándar PHA y Producto de las Biotransformaciones a 33°C, 35°C y 37°C para una Concentración de 10 g/L de
Azúcares Reductores.
Fuente: Elaboración Propia, salida del Espectrofotómetro ATR – FT - IR.
Biblioteca
de Ing.
En la Figura 13 se observa las comparaciones de los espectros obtenidos de las muestras resultantes de las fermentaciones a una concentración de azúcares reductores de 10 g/L y a las temperaturas de 33, 35 y 37 °C, las cuales tienen una gran similitud al espectro del patrón de PHB. En dichos espectros se observa que:
La banda de absorción más intensa es a 1712 cm -1 en las tres
temperaturas (33 °C, 35 °C y 37 °C), relacionada con el estiramiento del enlace carbonilo ( C=O ) de un grupo éster, típico para materiales termoplásticos.
Figura 14: Comparación de Espectros IR entre Estándar PHA y Producto de las Biotransformaciones a 33°C, 35°C y 37°C para una Concentración de 20 g/L de
Azúcares Reductores.
Fuente: Elaboración Propia, salida del Espectrofotómetro ATR – FT - IR.
Biblioteca
de Ing.
En la Figura 14 se observa las comparaciones de los espectros obtenidos de las muestras resultantes de las fermentaciones a una concentración de 20 g/L de azucares reductores a las temperaturas de 33, 35 y 37 °C, las cuales tienen una gran similitud al espectro del patrón de PHB. En dichos espectros se observa que:
La banda de absorción más intensa es a 1711 cm -1 en las tres
temperaturas (33 °C, 35 °C y 37 °C), relacionada con el estiramiento del enlace carbonilo ( C=O ) de un grupo éster, típico para materiales termoplásticos.
Figura 15: Comparación de espectros IR entre estándar PHA y producto de las biotransformaciones a 33°C, 35°C y 37°C para una concentración de 30 g/L de
azúcares reductores. Fuente: Espectrofotómetro ATR – FT - IR. Fuente: ElaboraciónPropia, salidadelEspectrofotómetroATR – FT - IR.
Biblioteca
de Ing.
En la Figura 15 se observa las comparaciones de los espectros obtenidos de las muestras resultantes de las fermentaciones a una concentración de azucares reductores de 30g/L y a las temperaturas de 33, 35 y 37 °C, las cuales tienen una gran similitud al espectro del patrón de PHB. En dichos espectros se observa que:
La banda de absorción más intensa es a 1713 cm -1 en las tres
temperaturas (33 °C, 35 °C y 37 °C), relacionada con el estiramiento del enlace carbonilo ( C=O ) de un grupo éster, típico para materiales termoplásticos.
Tanto en las Figuras 13, 14 y 15 se observan bandas entre 2900 y 3000 cm -1 que están asociadas a las vibraciones de estiración de los enlaces C-H que corresponden a los grupos metil y metileno. Asimismo se observa un pico a 1379 cm -1 que se atribuyen a la deformación asimétrica y simétrica de los
enlaces CH2. En la banda de 1040 cm -1 corresponden a las vibraciones de estiramiento de los enlaces C-O.
El estudio realizado por González Garcia et al. (2008), sobre biosíntesis y caracterización de polihidroxialcanoatos en la bacteria marina degradante de polisacáridos Saccharophagus degradans, utilizaron una concentración de glucosa de 20 g/L y una temperatura de 30°C durante 48 horas,
El estudio realizado por Kamlesh Shah (2012), se identificaron los grupos funcionales de los gránulos de PHA extraídos como grupo C = O por espectroscopía FT-IR. El análisis espectroscópico IR dio más información sobre la estructura química del polímero y refleja las unidades monoméricas. En dicho estudio, los grupos funcionales del polímero PHA se confirmaron
Biblioteca
de Ing.
como grupos C = O mediante espectroscopía FT-IR. El resultado obtenido es exactamente similar al de otros investigadores (De Smet et al., 1983; Castillo et al., 1986) 2983 cm-1 (CH, CH2, CH3); 2933 cm-1 (CH, CH2, CH3); 1720 cm-1 (éster C = O valencia); 1639 cm-1 (tioéster C = O valencia); 1380 cm-1 ; 1302 cm-1 ; 1260 cm-1 (CH2-S); 1162 cm-1 (éster C-O); El espectro IR refleja ambas unidades monoméricas, además, se detectó una fuerte banda de absorción a 1639 cm-1, como se esperaba para la vibración de valencia C=O de un enlace tioéster (Colthup et al. 1964). Ya se han identificado PHAs con esqueletos modificados. Los PHA consistieron en ácido 2-metil-3- hidroxibutírico (Satho et al. 1992; Fuchtenbusch et al. 1996) o ácido 3- hidroxipivalico (Fuchtenbusch et al. 1998) y contenían uno o dos grupos metilo en el átomo de carbono.
En el estudio realizado por S. Mohapatra et al. (2015), para la producción de PHA con cepas de Bacillus aisladas de aguas residuales, utilizaron una concentración de 10 g/L de glucosa a una temperatura de 37 °C durante 48 horas. Para la identificación del PHA utilizaron la Espectrofotometría Infrarroja de Transformada de Fourier, donde obtuvieron los grupos funcionales el polímero PHA extraídos de B. Subtilis que mostraron los picos característicos del grupo metileno C-H a 2953 cm-1, el estiramiento C-H a 2766 cm-1, el estiramiento –C:C- a 2349 cm-1, el estiramiento C=O a 1711 cm-1, el estiramiento –C=C- a 1679 cm-1, el estiramiento asimétrico N-O a
1531 cm-1, y el estiramiento C-O a 1046 cm-1 y entre las bandas 500 – 1000 cm-1 los estiramientos correspondientes a OH respectivamente. Sin embargo, se obtuvo un pico alto intenso a 1711 cm-1 correspondiente a la vibración de estiramiento de éster carbonilo (C=O) de PHB.
Biblioteca
de Ing.
CONCLUSIONES
La cáscara de mandarina reportó contenido alto en celulosa y hemicelulosa, con un 26.2
% y 21 % respectivamente, lo que hace que sea una fuente ideal de sustrato para la obtención de azúcares reductores.
El porcentaje de azúcares reductores en la hidrólisis ácida débil fue del 28.30 % a una
concentración de ácido sulfúrico del 1.25% y relación de sólido-líquido del 1:8, lo que demuestra que a menor concentración de ácido la concentración de azucares aumenta.
En las pruebas para la identificación del Bacillus se concluye que tiene las características
morfológicas y bioquímicas del Bacillus sp.
Los resultados obtenidos con el programa SPSS PASW Statistics 18, utilizando las
pruebas de LEVENE (Varianza Homogénea); KOLMOGOROV – SMIRNOV (Normalidad); TUKEY Post hoc y ANOVA arrojan que la concentración de azúcares reductores afecta en la producción de PHA, asimismo la temperatura también afecta en dicha producción.
La concentración de azúcares reductores a la que se obtiene mayor producción de PHA
fue a 20 g/L.
La temperatura con la que se consiguió mayor producción de PHA fue a 35 °C.
La identificación del producto por FT-IR muestra la señal característica del PHB entre
1711 y 1713 cm
Biblioteca
-1 correspondiente al estiramiento C=O del grupo carbonilo.de Ing.
RECOMENDACIONES
En la presente investigación se trabajó con hidrólisis ácida para la obtención de
azúcares reductores, sin embargo existen otros métodos de hidrólisis como la alcalina y la enzimática. Por lo tanto es importante realizar estas hidrólisis y así comparar cuál de estas tiene un mayor aprovechamiento de las celulosas y hemicelulosas.
Realizar estudios con diferentes microorganismos productores de PHA y diferentes
residuos lignocelulósicos para determinar cuál de estas tendría mayor producción de biopolímero.
Realizar a mayor escala el proceso biotecnológico en la etapa de fermentación para
generar más biopolímero.
Realizar la fermentación por un tiempo mayor a 24 horas para determinar los tiempos
en la que el microorganismo alcanza sus diferentes etapas.
Biblioteca
de Ing.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Boluda-Aguilar, M., & López-Gómez, A. (2013). Production of bioethanol by fermentation of lemon (Citrus limon L.) peel wastes pretreated with steam explosion. Industrial crops and products, 41, 188-197. Disponible en: https://vdocuments.site/production- of-bioethanol-by-fermentation-of-lemon-citrus-limon-l-peel-wastes.html
Brandi, H., Bachofen, R., Mayer, J., & Wintermantel, E. (1995). Degradation and applications of polyhydroxyalkanoates. Canadian journal of Microbiology, 41(13), 143-153.
Cabrera Ayala, C. P., & Novoa Izaguirre, C. S. (2016). Influencia de la concentración y temperatura de fermentación de azúcares reductores obtenidos a partir de hidrolizado de bagazo de caña de azúcar, en la obtención de un biopolímero empleando Bacillus subtilis.
Calvo, P., & Zúñiga, D. (2010). Caracterización fisiológica de cepas de Bacillus spp. aisladas de la rizósfera de papa (Solanum tuberosum). Ecologia aplicada, 9(1), 31-39.
Chiaramonti, D. P., PRUSSI, M., FERRERO, S., ORIANI, L., OTTONELLO, P., TORRE, P., & CHERCHI, F. (2012). Revisión de los procesos de pre-tratamiento para la producción de etanol lignocelulósico, y el desarrollo de un método innovador. Biomass and Bioenergy. 5(4),1-11.
Claus D. & Berkeley R.C.W. 1986. Genus Bacillus. En Bergey's Manual of Systematic Bacteriology (Eds. P. H.Sneath, N. Mair, M. E. Sharpe and J.G. Holt, Baltimore, Williams and Wilkins, 9 na. Edición. Vol. 2.:1105–1139.
Biblioteca
de Ing.
Colthup, N. B. (1964). Daly LH, and Wiberley, S. E.," Introduction to Infrared'and Raman Spectroscopy," Academic Press Inc., New York. N. Y, 306-307.
Cuervo Lozada, J. P. (2010). Aislamiento y Caracterización de Bacillus spp como fijadores biológicos de nitrógeno y solubilizadores de fosfatos en dos muestras de
biofertilizantes comerciales (Bachelor's thesis, Facultad de Ciencias).
Cuervo, L., Folch, J. L., & Quiroz, R. E. (2009). Lignocelulosa como fuente de azúcares para la producción de etanol. BioTecnología, 13(3), 11-25.
De Almeida, A., Ruiz, J. A., López, N. I., & Pettinari, M. J. (2004). Bioplásticos: una alternativa ecológica. Química Viva, 3(3), 122-133.
Du, G., Chen, J., Yu, J., & Lun, S. (2001). Continuous production of poly-3-hydroxybutyrate by Ralstonia eutropha in a two-stage culture system. Journal of biotechnology, 88(1), 59-65.
Ehrman, T. (1996). Determination of acid-soluble lignin in biomass. National Renewable Energy Laboratory, Technical Report NREL-LAP-004, Golden, CO.
Flora, G. D., Bhatt, K., & Tuteja, U. (2010). OPTIMIZATION OF CULTURE CONDITIONS FOR POLY Â-HYDROXYBUTYRATE PRODUCTION FROM ISOLATED BACILLUS SPECIES. Journal of Cell & Tissue Research, 10(2).
Fuchtenbusch B, Fabritius D, et al (1998) Biosynthesis of novel copolyesters containing 3- hydroxypivalic acid by Rhodococcus ruber NCIMB 40126 and related bacteria. FEMS Microbiol Lett 159:85-92
Fuchtenbusch, B., Fabritius, D. et al (1996) Incorporation of 2- methyl-3-hydroxybutyric acid into polyhydroxyalkanoic acids by axenic cultures in denied media. FEMS Microbiol Lett 138: 153-160.
Biblioteca
de Ing.
García, Y. G., Reynoso, O. G., & Arellano, J. N. (2005). Potencial del bagazo de agave tequilero para la producción de biopolímeros y carbohidrasas por bacterias celulolíticas y para la obtención de compuestos fenólicos. e-Gnosis, (3), 0.
Gerena, B., F. M. (2003). Obtención de jarabes azúcarados a partir de la hidrólisis química de residuos de cáscaras de naranja (Citrus sinensis l. var valencia) y papa (Solanum tuberosum) variedad Diacol Capiro (R-12) para ser empleados como edulcorantes en la industria de alimentos (tesis pregrado). Universidad Nacional Abierta y a distancia “UNAD”, Duitama, Colombia
Ghate, B., Pandit, P., Kulkarni, C., Mungi, D. D., & Patel, T. S. (2011). PHB production using novel agro-industrial sources from different BACILLUS species. International Journal of Pharma and Bio Sciences, 2(3), 242-249.
Grothe, E., Moo-Young, M., & Chisti, Y. (1999). Fermentation optimization for the production of poly (β-hydroxybutyric acid) microbial thermoplastic. Enzyme and Microbial Technology, 25(1-2), 132-141.
GUTIERREZ, M. G. G. (2008). Producción de poli-hidroxialcanoatos por bacterias del género Bacillus de origen marino.
Guzmán, C., Hurtado, A., Carreño, C., & Casos, I. (2017). Producción de polihidroxialcanoatos por bacterias halófilas nativas utilizando almidón de cáscaras de Solanum tuberosum L. Scientia Agropecuaria, 8(2), 109-118.
Hall, B. G., Acar, H., Nandipati, A., & Barlow, M. (2013). Growth rates made easy.
Molecular biology and evolution, 31(1), 232-238.
Health Protection Agency (HPA). 2004. National Standard Method: Identification of Bacillus species. Inglaterra. pp. 7
Biblioteca
de Ing.
Honorato, J. A., & Hernández, J. (1998). Determinación de componentes químicos de la madera de cinco especies de encino del estado de Puebla. Madera y Bosques, 4(2), 79-93.
Horwitz, W. (2010). Official methods of analysis of AOAC International. Volume I, agricultural chemicals, contaminants, drugs/edited by William Horwitz. Gaithersburg (Maryland): AOAC International, 1997. Disponible en: https://law.resource.org/pub/us/cfr/ibr/002/aoac.methods.1.1990.pdf
Law, J. H., & Slepecky, R. A. (1961). Assay of poly-β-hydroxybutyric acid. Journal of bacteriology, 82(1), 33-36.
Leitão de Carvalho, Rui Nuno. (2009). Dilute acid and enzymatic hydrolysis of sugarcane bagasse for biogas production. . Instituto Superior Tecnico. Universidad Tecnica de Lisboa.
Lennette E.H. 1987. Manual de Microbiología Clínica. Editorial médica panamericana. Buenos Aires (Argentina)
López-Jácome, L., Hernández-Durán, M., Colín-Castro, C., Ortega-Peña, S., Cerón- González, G., & Franco-Cendejas, R. (2015). Las tinciones básicas en el laboratorio de microbiología.
Madison LL & Huisman GW (1999) Metabolic Engineering of Poly(3-Hydroxyalkanoates): From DNA to Plastic. Microbiology and Molecular Biology Reviews.
Maughan, H., & Van der Auwera, G. (2011). Bacillus taxonomy in the genomic era finds phenotypes to be essential though often misleading. Infection, Genetics and Evolution, 11(5), 789-797.
Biblioteca
de Ing.
Miller, G.L. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Analytical Chemistry. Vol.31. 426-428.
Ministerio de Agricultura y Riego del Perú. (2014). La mandarina Peruana. Un producto de
Enorme Potencial Exportador. Recuperado de
http://siea.minag.gob.pe/siea/sites/default/files/boletin_madarina2014_0.pdf
Mohapatra, S., Mohanta, P. R., Sarkar, B., Daware, A., Kumar, C., & Samantaray, D. P. (2017). Production of polyhydroxyalkanoates (PHAs) by Bacillus strain isolated from waste water and its biochemical characterization. Proceedings of the National Academy of Sciences, India Section B: Biological Sciences, 87(2), 459-466.
Mussato, SI. Dragone,G. Teixeira, J.A. y Roberto, I.C.(2008) Total Reuse of Brewer´s Spent Grain in Chemical and Biotechnological Processes for Production of Added-Value Compounds. Bioenergy: challenges and opportunities.1:1-6. Recuperado de
Naranjo Vasco, J. M. (2010). Producción de Polihidroxibutirato a partir de residuos Agroindustriales (Doctoral dissertation, Universidad Nacional de Colombia-Sede Manizales).
Nitayapat, N., Prakarnsombut, N., Lee, S. J., & Boonsupthip, W. (2015). Bioconversion of tangerine residues by solid-state fermentation with Lentinus polychrous and drying the final products. LWT-Food Science and Technology, 63(1), 773-779
Nollet L.M.L. (1996): Handbook of Food Analysis. Vol. 1. Dekker, New York
Núñez-Caraballo, A., Carrera-Bocourt, E., Fernández-Santisteban, M. T., Bell-García, A., & Michelena-Álvarez, G. (2012). Selección de una cepa bacteriana y un medio de cultivo industrial para la producción de poli 3-hidroxibutirato. ICIDCA. Sobre los Derivados de la Caña de Azúcar, 46(2), 49-54.
Biblioteca
de Ing.
Rahmani, M., & Hodges, A. W. (2012). Economic Impacts of the Florida Citrus Industry in 2007-2008
Riaño, J. Y. S. (2010). Polihidroxialcanoatos (PHAs): Biopolímeros producidos por microorganismos.: Una solución frente a la contaminación del medio ambiente. Teoría y praxis investigativa, 5(2), 79-84.
Rowell, R., et al. (2005) Cell Wall Chemistry. Handbook of Wood Chemestry and Wood Composites. Taylor & Francis Group.
Santimano, M. C., Prabhu, N. N., & Garg, S. (2009). PHA Production Using Low—Cost Agro—Industrial Wastes by Bacillus sp. Strain COLl/Afi. Research Journal of Microbiology, 4(3), 89-96.
Satho, H Mino T et al. (1992) Uptake of organic substrates and accumulation of polyhydroxyalkanoates linked with glycolysis of intracellular carbonhydrates under anaerobic conditions in the biological excess phosphate removal process. Water Sci Technol. 26: 933+942.
Saval, S. (2012). Aprovechamiento de residuos agroindustriales: Pasado, presente y futuro. Revista de la Sociedad Mexicana de Biotecnología y Bioingeniería, AC, 14- 46
Shah, K. (2012). FTIR analysis of polyhydroxyalkanoates by a locally isolated novel Bacillus sp. AS 3-2 from soil of Kadi region, North Gujarat, India. Journal of Biochemical Technology, 3(4), 380-383.
Shamala, T. R., Chandrashekar, A., Vijayendra, S. V. N., & Kshama, L. (2003). Identification of polyhydroxyalkanoate (PHA)‐producing Bacillus spp. using the polymerase chain reaction (PCR). Journal of Applied Microbiology, 94(3), 369-374.
Biblioteca
de Ing.
Singh, G., Mittal, A., Kumari, A., Goel, V., Aggarwal, N. K., & Yadav, A. (2011). Optimization of poly-B-hydroxybutyrate production from Bacillus species. European Journal of Biological Sciences, 3(4), 112-116.
Singh, M., Patel, S., Kalia, V. (2009). Bacillus subtilis as potencial producer for polyhydroxyalkanoates. Microbial Cell Factories. BioMed Central Ltd.3-5.
Sun Y & Cheng J (2002) Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: a review. Bioresour. Technol.83: 1–11
TAPPI, T. (2006). 222 om-22. Acid-Insoluble Lignin in Wood and Pul. Tappi Test Methods. Atlanta, GA: Technical Association of the Pulp and Paper Industry, 1-14.
TAPPI, T. (2009). 203 cm-99 Alpha-, beta-and gamma-cellulose in pulp. Tappi Test Methods, 20 (2), 1-5.
Tejeda, L., Marimón, W., & Medina, M. M. (2014). Evaluación del potencial de las cáscaras de frutas en la obtención de bioetanol. Hechos Microbiológicos, 5(1), 4-9.
Vaclavik, V. (2002). Fundamentos de la ciencia de los alimentos. Editorial Acribia SA. Zaragoza.
Valappil, S. et al (2006) Biomedical applications of polyhydroxyalkanoates, an overview of animal testing and vivo respones. Expert Review of Medical Devices. 3(6)
Wang, W., et al. (2014). Connecting lignin-degradation pathway with pre-treatment inhibitor sensitivity of Cupriavidus necátor. Frontiers in Microbiology, 5. Recuperado de https://doi.org/10.3389/fmicb.2014.00247
Williams, S. et al. (1998) PHA applications: adressing the Price performance issue I. Tissue engineering. International Journal of Biological Macromoleculas. Vol 25.111-121
Biblioteca
de Ing.
Wu, Q., Huang, H., Hu, G., Chen, J., Ho, K. P., & Chen, G. Q. (2001). Production of poly- 3-hydroxybutyrate by Bacillus sp. JMa5 cultivated in molasses media. Antonie van Leeuwenhoek, 80(2), 111-118.
Yepes, Milena, et al (2008). Valorización de residuos agroindustriales–frutas–en Medellín y el Sur del Valle del Aburrá, Colombia. Rev. Fac. Nal. Agr. Medellìn, 61(1), 4422- 4431.
Biblioteca
de Ing.
ANEXOS
ANEXO I
RESULTADOS DE LA CARACTERIZACIÓN QUÍMICA DE LA CÁSCARA DE MANDARINA