2,3-butanediol production by Pantoea agglomerans from soybean hull acid hydrolysate in submerged batch bioreactors

Abstract

Production of 2,3-butanediol (2,3-BD) by Pantoea agglomerans strain BL1 was investigated using as substrate in batch reactors. The cultivation media consisted of a mixture of xylose, arabinose, and glucose, obtained from the hemicellulosic fraction of this biomass. The influence of oxygen supply, pH control, and media supplementation on the kinetics of growth of the microorganism was evaluated. P. agglomerans BL1 was able to simultaneously metabolize all three monosaccharides present in the broth, with average conversions after 48 h of culture corresponding to 74.85 %. The different aeration conditions employed demonstrated the mixed acid pathway of 2,3-BD formation by enterobacteria. Better results of 2,3-BD production were obtained under the highest oxygen supply conditions, contrasting with some reports in the literature. Setting aeration at 2 vvm led to 14.02 g∙L-1 of 2.3-BD in 12 h of cultivation, which corresponds to yield of 0.53 g∙g-1 and productivity of 1.17 g∙L-1∙h-1. These results demonstrate the great production potential of 2,3-BD by P. agglomerans BL1, strain isolated from an environmental consortium. The present work proposes a solution for the usage of the hemicellulosic fraction of agroindustrial biomasses, carbohydrates whose utilization are not commonly addressed in bioprocess.

Nesta pesquisa, foi investigada a produção de 2,3-butanodiol (2,3-BD) pela bactéria Pantoea agglomerans linhagem BL1 a partir de hidrolisado ácido de casca de soja em reatores submersos operando em modo batelada. O substrato utilizado nos cultivos consistiu em uma mistura de xilose, arabinose e glicose, proveniente da fração hemicelulósica da casca de soja. Foi avaliada a influência do suprimento de oxigênio, controle de pH e adição de agentes exógenos sobre a cinética de crescimento do microrganismo. P. agglomerans BL1 foi capaz de metabolizar simultaneamente os três monossacarídeos do meio, sendo a conversão média após 48 h de cultivo correspondente a 74.85 %. As diferentes condições de aeração empregadas demonstraram a via ácida mista de formação de 2,3-BD por enterobactérias. Foram observados melhores resultados nas condições de maior suprimento de oxigênio, contrastando com alguns trabalhos da literatura. Fixando-se a aeração em 2 vvm, obteve-se 14,02 g∙L-1 de 2,3-BD em 12 h de cultivo, o que corresponde a conversão de 0,53 g∙g-1 e produtividade de 1,17 g∙L-1∙h-1. Este resultado demonstra o grande potencial de produção de 2,3-BD por P. agglomerans BL1, linhagem isolada de um consórcio ambiental, a partir de hidrolisado ácido de casca de soja. Assim, o presente trabalho aponta uma solução para a utilização da fração hemicelulósica da biomassa agroindustrial, carboidratos cuja utilização não é comumente visada em bioprocessos.