Aplicación de técnicas de secado a baja temperatura para la estabilización de biocatalizadores

Abstract

[ES] Las técnicas actuales de estabilización de biocatalizadores por deshidratación presentan como principal inconveniente la disminución de la viabilidad de las estructuras biológicas procesadas. Y entre estas técnicas destaca la liofilización a vacío, cuyo elevado coste de operación impide su aplicación a gran escala. Una alternativa interesante a la liofilización es el secado convectivo a baja temperatura. Sin embargo, se trata de un proceso extremadamente lento. La implementación de ultrasonidos de potencia puede considerarse una alternativa no-térmica para su intensificación. Así, el objetivo de este trabajo fue estudiar la viabilidad del secado convectivo a baja temperatura asistido por ultrasonidos de potencia en la deshidratación de levadura de panificación (Saccharomyces cerevisiae). El estudio incluye el análisis cinético de la aplicación de ultrasonidos y de su repercusión en la viabilidad celular. Para lograr este objetivo, la levadura se secó a baja temperatura (2 m/s, -10ºC) con (US, 75W) y sin (SUS) aplicación de ultrasonidos de potencia, y se liofilizó a vacío (LF). El efecto de los ultrasonidos sobre las cinéticas de secado se analizó mediante un modelo difusivo y convectivo. La viabilidad de la levadura deshidratada se determinó a través del cultivo en placa (24 h, medio YPD, 33ºC) y del recuento de Unidades Formadoras de Colonias (UFC). Por último, se llevó a cabo el análisis microestructural del producto deshidratado mediante el uso de técnicas de tinción. La aplicación de ultrasonidos de potencia aceleró el proceso de secado, alcanzándose reducciones de tiempo de hasta el 80%. El efecto de los ultrasonidos se centró principalmente en la mejora de los mecanismos de difusión. La viabilidad celular se vio afectada por todas las técnicas de deshidratación, aunque fue significativamente (p<0.05) mayor en las muestras SUS y US que en LF. Finalmente, el análisis microestructural reveló que la transición al estado de latencia y la muerte celular fueron menores en la levadura SUS y US que en LF.

[EN Current techniques for stabilizing biocatalysts by dehydration have as main drawback the viability decrease of the processed biological structures. Freeze-drying is one of the most common techniques for biocatalyst preservation but it is very costly, which prevents its use at large-scale. A novel alternative to freeze-drying is low-temperature convective drying. However, it is an extremely slow technique. The application of power ultrasound could be considered as a non-thermal way for the process intensification. Thus, the aim of this work was to determine the feasibility of low-temperature convective drying assisted by power ultrasound on baker’s yeast (Saccharomyces cerevisiae) dehydration. The study addresses not only the kinetic analysis but also how ultrasound application affects cell viability. For this purpose, yeasts were dried at low temperature (2 m/s, -10ºC) with (US, 75W) and without (SUS) power ultrasound application and freeze-dried (LF). The effect of ultrasound on drying kinetics was analyzed by using a diffusion and convective model. The viability of dried yeast was determined by plate culture (24 h, YPD medium, 33ºC) and count of Colony Forming Units (CFU). Finally, microstructural analysis of the dried product was carried out by using staining methods. The application of power ultrasound accelerated the drying process, achieving drying time reductions of up to 80%. The effect of ultrasound focused on the internal diffusion. Cell viability was affected by all the dehydration techniques, but it was significantly (p<0.05) higher on SUS and US samples than LF ones. Finally, microstructural analysis revealed that transition to dormancy and cell death were less marked in the dried yeast by SUS and US than LF.