Insights into Agitated Bacterial Cellulose Production with Microbial Consortia and Agro-Industrial Wastes
María Augusta Páez,
Mary Casa-Villegas,
Miguel Aldas,
Maribel Luna,
Daniel Cabrera-Valle,
Orestes López,
Danae Fernández,
María Alejandra Cruz,
Omar Flor-Unda,
Mario D. García,
Liliana Cerda-Mejía
Affiliations
María Augusta Páez
Departamento de Ciencia de Alimentos y Biotecnología, Facultad de Ingeniería Química y Agroindustria, Escuela Politécnica Nacional, Quito 170517, Ecuador
Mary Casa-Villegas
Departamento de Ciencia de Alimentos y Biotecnología, Facultad de Ingeniería Química y Agroindustria, Escuela Politécnica Nacional, Quito 170517, Ecuador
Miguel Aldas
Departamento de Ciencia de Alimentos y Biotecnología, Facultad de Ingeniería Química y Agroindustria, Escuela Politécnica Nacional, Quito 170517, Ecuador
Maribel Luna
Departamento de Ciencias Nucleares, Facultad de Ingeniería Química y Agroindustria, Escuela Politécnica Nacional, Quito 170525, Ecuador
Daniel Cabrera-Valle
Carrera de Biotecnología, Facultad de Ciencia e Ingeniería en Alimentos y Biotecnología, Universidad Técnica de Ambato, Ambato 180206, Ecuador
Orestes López
Carrera de Biotecnología, Facultad de Ciencia e Ingeniería en Alimentos y Biotecnología, Universidad Técnica de Ambato, Ambato 180206, Ecuador
Danae Fernández
Carrera de Biotecnología, Facultad de Ciencia e Ingeniería en Alimentos y Biotecnología, Universidad Técnica de Ambato, Ambato 180206, Ecuador
María Alejandra Cruz
Ingeniería en Biotecnología, Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, Universidad de las Américas, Quito 170125, Ecuador
Omar Flor-Unda
Ingeniería Industrial, Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, Universidad de las Américas, Quito 170125, Ecuador
Mario D. García
Carrera de Biotecnología, Facultad de Ciencia e Ingeniería en Alimentos y Biotecnología, Universidad Técnica de Ambato, Ambato 180206, Ecuador
Liliana Cerda-Mejía
Carrera de Alimentos, Facultad de Ciencia e Ingeniería en Alimentos y Biotecnología, Universidad Técnica de Ambato, Ambato 180206, Ecuador
Bacterial cellulose (BC) is emerging as an attractive large-scale polymer due to its superior properties. The dominant static culture for BC fermentation by bacteria or microbial consortium results in low productivity. Agitated culture, as an industrially projected technique, has been widely investigated but exclusively for cellulose-producing bacterial strains. Addressing this concern and evaluating the potential of residues as feedstock, this study highlights the utilization of microbial consortium BA2 and seven agro-industrial wastes including cocoa husks, sugarcane bagasse and others. Remarkably, rice bran (RB) appears as a promising substrate, achieving 2.14 g/L (dry basis) and outperforming the traditional HS medium, evident from a 15-day fermentation. A complex interplay between oxygen availability, glucose consumption and BC yield was revealed; while orbital and magnetic stirring with forced air ventilation (AFV) showed low BC yields and early biomass saturation, 4.07 g/L (dry basis) was targeted by magnetic stirring at 100 rpm from the start using only headspace air. However, beyond controlled operating conditions, mechanical agitation and favorable cellulose adhesion to metal in the stirred tank bioreactor negatively affect BC yield. This pattern uncovers the need for a further approach to the design of bioreactors when the microbial consortium is considered.