Optimización y escalado de la producción de biomasa de una levadura seleccionada como agente de control biológico para postcosecha de peras.

Abstract

El Alto Valle de Río Negro y Neuquén concentra el 90% de la superficie de la producción de peras y manzanas del país. Durante el periodo de almacenamiento la fruta es susceptible a ser atacada por diversos hongos fitopatógenos, los más importantes presentes en esta etapa son Botrytis cinerea y Penicillium expansum, como también en los últimos años han aparecido en la región Alternaria-Cladosporium spp. El uso de fungicidas químicos ha sido comúnmente la primera medida en el control de enfermedades postcosecha. Sin embargo, está siendo actualmente reconsiderada debido a los problemas de toxicidad que provoca. El Control Biológico resulta una alternativa para la sustitución de estos fungicidas, con ventajas para la sostenibilidad ambiental y producción de fruta orgánica. La levadura Vishniacozyma victoriae ha sido aislada y seleccionada previamente en nuestro laboratorio como agente de control biológico (ACB). En esta Tesis se optimizaron dos medios de cultivo basados en residuos agroindustriales para la producción de biomasa de la levadura. Inicialmente se utilizó suero de queso en polvo (SQP) con el objetivo de optimizar el medio de cultivo. Se realizó un diseño estadístico experimental (DEE) evaluando diferentes concentraciones de SQP, KH2PO4 y (NH4)2SO4. Con la mejor condición determinada a partir de la ecuación del modelo, se llevó a cabo la validación del medio de cultivo: SQP, 80 g/L; (NH4)2SO4 1,2 g/L; KH2PO4, 10 g/L. experimentales. Para obtener una medida cuantitativa del rendimiento del modelo, se calculan dos índices de validación: factor de precisión (Af) y factor de sesgo (Bf). Los valores obtenidos de Af y Bf fueron de 1,13 y 0,91 respectivamente, valores que permiten validar el modelo. Con este medio de cultivo optimizado, se llevó a cabo la producción de biomasa de la levadura a escala laboratorio, en reactor batch de 12 L, en reactor semicontinuo (RSC) de 27 L y a escala piloto, en reactor batch de 100 L. A escala laboratorio, el cultivo en RSC permite obtener mejor resultados que en reactor batch, ya que aumenta tres órdenes de magnitud las células viables por mL y en 1,2 veces la biomasa total obtenida. Por otro lado, a escala piloto, la producción en reactor batch supera en gran medida la producción de biomasa en el mismo tipo de reactor. Logrando duplicar el peso seco por litro y aumentando en un orden de magnitud las células viables totales y duplicar la productividad volumétrica. Se evaluó el secado de la biomasa por liofilización y secado spray. Se evaluaron distintos protectores, resultando en glutamato monosódico (GMS) 1% p/v con SQP o leche descremada en polvo (LDP) 30% p/v los mejores. Durante la liofilización se pierden dos órdenes de magnitud de viabilidad de las levaduras, mientras que, durante el secado spray redujo en siete ordenes de magnitud la viabilidad de la biomasa luego del proceso, alcanzando porcentajes de viabilidad menores al 15% durante el período de almacenamiento. Esto puede deberse a las altas temperaturas del proceso. Una segunda optimización se llevó a cabo utilizando mosto de manzana (MM), se realizó un DEE obteniendo que el mejor medio de cultivo para la producción de biomasa es: MM, 44% v/v; KH2PO4 , 7,3 g/L y urea, 2 g/L. Para la validación, el valor obtenido fue el mismo para Af y Bf de 1,12, valores que permiten validar el modelo. Con este medio de cultivo optimizado, se llevó a cabo la producción de biomasa de la levadura es escala laboratorio, en reactor batch de 12 L, en RSC de 27 L. Como ocurre con SQP, la producción en RSC permite obtener mejores resultados en cuanto a producción de biomasa que el reactor batch, ya que aumenta en seis ordenes de magnitud las células viables por mL y 2,4 veces la biomasa total obtenida. Se evaluó la formulación seca del ACB por liofilización con GMS 1% p/v como crioprotector en combinación con SQP o LDP 30% p/v como agentes protectivos. Se obtuvieron porcentajes de viabilidad entre 30 y 70% luego de 90 días de conservación. Esta metodología de secado disminuye entre uno y dos órdenes de magnitud la biomasa viable luego del proceso. La biomasa obtenida en ambos medios de cultivo optimizados en las diferentes escalas, tanto fresca como liofilizada-rehidratada, fue evaluada en ensayos a escala semicomercial. Se evaluó el agregado de CaCl2 (2% p/v) como potenciador del antagonismo y distintos tiempos de conservación en frio de la biomasa fresca antes de su aplicación. Se evaluó la incidencia natural de las enfermedades naturales causadas por P. expansum, B. cinerea y Alternaria-Cladosporium spp. Cuando se evaluó la aplicación de la levadura sola o en combinación con CaCl2, se observó que el agregado de esta sal mejora la capacidad antagónica de V. victoriae (efecto sinérgico), aumentando los porcentajes de control. Los porcentajes de control obtenidos superan el 50% y en algunos casos alcanzan el 100% de control, con la levadura fresca y rehidratada (liofilizada). Cuando la biomasa fresca es aplicada inmediatamente luego de su producción, los porcentajes de control son mayores que cuando la biomasa fresca se conserva un tiempo a 4°C. En términos generales, los ensayos mostraron que los porcentajes de incidencia provocados por los hongos fitopatógenos estudiados fueron mayores en pera que en manzanas, sin embargo, los porcentajes de control con el ACB fueron superiores en peras. En cuanto al medio utilizado para producir el ACB, un mejor nivel de biocontrol se alcanza cuando las levaduras crecen en el medio de cultivo optimizado con SQP, sin embargo, rendimientos y productividades similares se observan cuando las levaduras crecidas en el medio de cultivo optimizado con MM. El uso de V. victoriae como ACB es una herramienta con gran potencial de aplicación para controlar las enfermedades fúngicas en la producción de fruta orgánica de la zona, siendo respetuosos con el medio ambiente y sin generar efectos secundarios. Permitiendo reducir o sustituir el uso de fungicidas químicos debido a su impacto en la salud de los consumidores y el medio ambiente.