1. RIUdeG
  2. Tesis
  3. Doctorado
  4. CUCEI
Por favor, use este identificador para citar o enlazar este ítem: https://hdl.handle.net/20.500.12104/112538
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dc.contributor.authorSoltero Sánchez, Carlos Andrés
dc.date.accessioned2026-04-13T19:48:25Z-
dc.date.available2026-04-13T19:48:25Z-
dc.date.issued2025-11-10
dc.identifier.urihttps://wdg.biblio.udg.mx
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.12104/112538-
dc.description.abstractLa presente tesis doctoral desarrolló un proceso biotecnológico integral para la valorización de dos residuos lignocelulósicos abundantes en Jalisco, México: el lirio acuático (Eichhornia crassipes) y el bagazo de caña de azúcar. La investigación se centró en transformar estos materiales de desecho en xilooligosacáridos (XOS) con propiedades prebióticas mediante la producción de enzimas lignocelulolíticas utilizando fermentación en medio sólido. Se optimizó un protocolo de extracción alcalina para aislar las fracciones hemicelulósicas, obteniéndose rendimientos del 100% para el bagazo de caña con NaOH al 14% y del 71.02% para el lirio acuático con NaOH al 12%.
dc.description.tableofcontentsÍNDICE GENERAL .......................................................................................... i ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................... vii ÍNDICE DE TABLAS .................................................................................... xiv I. RESUMEN ............................................................................................. 1 II. INTRODUCCIÓN ................................................................................... 1 III. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ............................................................ 2 1. Biomasa vegetal y la biotecnología ..................................................... 2 1.1 Diversificación en la obtención de productos biotecnológicos a partir de la biomasa vegetal ..................................................................................... 3 1.2 Residuos lignocelulósicos en Jalisco ................................................ 5 2. Lirio acuático ...................................................................................... 6 2.1 Origen y descripción morfológica ...................................................... 6 2.2 Distribución y problemas ocasionados por el lirio acuático ............... 7 3. Bagazo de caña .................................................................................. 8 3.1 Origen del bagazo de caña ............................................................... 8 3.2 Producción y potencial de uso .......................................................... 8 4. Materia prima aprovechable y usos .................................................... 9 5. Composición de la BLC .................................................................... 10 5.1 Lignina ............................................................................................ 11 5.2 Celulosa ......................................................................................... 12 5.3 Hemicelulosa .................................................................................. 12 5.3.1 Xilanos ..................................................................................... 14 6. Degradación de BLC ........................................................................ 14 7. Estrategias implementadas para el aprovechamiento de la BLC ...... 15 7.1 Pretratamientos .............................................................................. 17 7.2 Enzimas implicadas en la degradación de BLC .............................. 19 7.3 Enzimas lignocelulolíticas ............................................................... 19 7.3.1 Ligninasas ................................................................................ 20 7.3.2 Celulasas ................................................................................. 21 7.3.3 Hemicelulasas .......................................................................... 21 7.3.3.1 Xilanasas............................................................................... 22 7.3.3.1.1 Endoxilanasas .................................................................... 24 ii 7.3.3.1.2 β-Xilosidasas ...................................................................... 24 8. Fermentaciones microbianas para la producción de enzimas lignocelulolíticas ............................................................................................... 24 8.1 Fermentación sumergida ................................................................ 25 8.2 Fermentación en medio sólido ........................................................ 26 8.3 Usos de la fermentación en medio sólido ....................................... 28 9. Microorganismos en la producción de enzimas lignocelulolíticas ...... 29 9.1. Producción de enzimas lignocelulolíticas a partir del cultivo de hongos ..................................................................................................................... 29 10. Bioproductos obtenidos a partir de la hemicelulosa de residuos lignocelulósicos ................................................................................................ 31 10.1 Estrategias para la producción de oligosacáridos ......................... 32 10.2 Oligosacáridos .............................................................................. 32 11. Composición de la microbiota intestinal ......................................... 34 11.1 Problemas de salud relacionados a un desequilibrio de la microbiota intestinal........................................................................................................ 35 11.2 Factores que ayudan a mantener una microbiota intestinal sana .. 35 11.3 Prebióticos en México ................................................................... 36 IV. JUSTIFICACIÓN .................................................................................. 38 V. HIPÓTESIS.......................................................................................... 39 VI. OBJETIVOS......................................................................................... 39 General .................................................................................................... 39 6 Específicos ............................................................................................ 39 VII. METODOLOGÍA .................................................................................. 41 7.1 Lirio acuático y bagazo de caña ......................................................... 42 7.1.1 Recolección ..................................................................................... 42 7.1.2 Lavado y preparación ...................................................................... 42 7.1.3 Determinación de celulosa, hemicelulosa y lignina .......................... 42 7.2 Hongos filamentosos .......................................................................... 42 7.2.1 Selección......................................................................................... 42 7.2.2 Identificación morfológica y taxonómica .......................................... 43 7.2.3 Velocidad de crecimiento radial ....................................................... 44 7.2.4 Conservación y tratamiento de las cepas fúngicas .......................... 44 7.3 Fermentaciones en medio sólido ........................................................ 44 iii 7.3.1 Preparación del inóculo ................................................................... 44 7.3.2 Montaje de la Fermentación en Medio Sólido .................................. 45 7.4 Preparación de los extractos enzimáticos .......................................... 46 7.4.1 Obtención ........................................................................................ 46 7.4.2 Medición de actividad enzimática .................................................... 46 7.4.3 Medición de proteínas ..................................................................... 47 7.4.4 Medición de proteasas .................................................................... 48 7.4.5 Determinación de humedad, materia seca y pH durante cinéticas de fermentación ..................................................................................................... 49 7.4.6 Caracterización de las xilanasas producidas ................................... 50 7.5 Hemicelulosa de los residuos lignocelulósicos ................................... 50 7.5.1 Extracción ....................................................................................... 50 7.5.2 Caracterización de la fracción de hemicelulosa con FTIR ............... 51 7.5.3 Caracterización de la fracción de hemicelulosa con TGA ................ 51 7.6 Hidrólisis enzimática de los extractos enzimáticos de hongos con los xilanos de lirio acuático y bagazo de caña ........................................................ 52 7.6.1 Reacción de hidrólisis ..................................................................... 52 7.6.2 Cromatografía en capa fina ............................................................. 52 7.6.3 Cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) ............................ 53 7.8 Identificación de oligosacáridos .......................................................... 53 7.9 Fermentación in vitro de los oligosacáridos por las bacterias probióticas ......................................................................................................................... 53 7.7 Purificación de extracto enzimático .................................................... 54 7.7.1 Selección de cepa con mayor actividad ........................................... 54 7.7.2 Preparación del extracto enzimático para la cromatografía ............. 55 7.7.3 Cromatografía líquida de proteínas a alta velocidad (FPLC) ........... 55 7.7.3.1 Cromatografía de intercambio iónico (fuerte) ............................ 56 7.7.3.2 Cromatografía de interacción hidrofóbica.................................. 56 7.7.4 Electroforesis en gel de poliacrilamida (SDS PAGE) al 12 % .......... 57 7.10 Caracterización de la enzima pura ................................................ 58 7.10 Análisis estadístico ........................................................................... 60 VIII. RESULTADOS Y DISCUSIÓN............................................................. 61 8.1 Determinación de las fracciones lignocelulósicas de lirio acuático y bagazo de caña ................................................................................................ 61 iv 8.2 Aislamiento de la hemicelulosa de lirio acuático y bagazo de caña .... 62 8.3 Identificación de las hemicelulosas aisladas de lirio acuático y bagazo de caña ............................................................................................................ 63 8.3.1 Espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) ..... 64 8.3.2 Análisis termogravimétrico (TGA) ................................................ 65 8.4 Reactivación e identificación morfológica de las cepas de hongos filamentosos ..................................................................................................... 67 8.4.1 Crecimiento radial de las cepas de hongos filamentosos ............. 69 8.5 Cinéticas de producción de xilanasas en fermentación en medio sólido ......................................................................................................................... 70 8.5.1 Pruebas preliminares de la producción de xilanasas y celulasas, y de la variación de pH y proteínas durante el cultivo (lirio acuático y bagazo de caña sin pretratamiento ácido-térmico). ........................................................ 70 8.5.1.1 Producción de xilanasas ........................................................... 70 8.5.1.2 Producción de celulasas ........................................................... 71 8.5.1.3 pH de las fermentaciones ......................................................... 72 8.5.1.4 Producción de proteínas durante las fermentaciones................ 73 8.5.2 Efecto de las fuentes de carbono y nitrógeno y la concentración de sales en la producción de xilanasas en A. austwickii ........................................ 74 8.5.2.1 Evaluación de pH ......................................................................... 76 8.5.3 Producción de xilanasas por fermentación en medio sólido de los hongos filamentosos, variando el residuo lignocelulósico, la fuente de nitrógeno y la aplicación de un pretratamiento ácido térmico al residuo lignocelulósico. ..... 77 8.5.3.1 Cepa Penicillium crustosum ...................................................... 78 8.5.3.2 Cepa B5 .................................................................................... 79 8.5.3.3 Cepa B1 .................................................................................... 80 8.5.3.4 Cepa Aspergillus austwickii ....................................................... 81 8.5.3.5 Cepa Trichoderma harzianum ................................................... 82 8.5.3.6 Cepa 1C ................................................................................... 83 8.5.3.7 Cepa 2A .................................................................................... 84 8.5.3.8 Cepa 7C ................................................................................... 85 8.5.3.9 Cepa S2 .................................................................................... 86 8.5.4 Comparación de los contenidos de proteína y pH en las fermentaciones realizadas en las mejores condiciones y tiempos de incubación para obtener las máximas producciones en xilanasas .................................. 88 v 8.5.5 Comparación entre actividades enzimáticas máximos de las cepas.89 8.6 Determinación de la actividad β-xilosidasa en los extractos enzimáticos crudos. ............................................................................................................. 91 8.7 Estabilidad de los extractos enzimáticos ............................................ 93 8.8 Efecto de la temperatura y el pH sobre la actividad enzimática .......... 94 8.8.1 Efecto de la temperatura .............................................................. 94 8.8.2 Efecto del pH ............................................................................... 96 8.9 Reacción de hidrólisis de xilano comercial y hemicelulosas de lirio acuático y bagazo de caña empleando los extractos enzimáticos con mayor actividad xilanasa. ............................................................................................ 97 8.9.1 Hidrólisis de xilano comercial ....................................................... 97 8.9.2 Hidrólisis de la hemicelulosa de bagazo de caña ......................... 98 8.9.3 Hidrólisis de la hemicelulosa de lirio acuático ............................ 100 8.10 Análisis por cromatografía de capa fina (TLC) de los extractos enzimáticos producidos por FMS .................................................................... 101 8.10.1 TLC de la reacción de hidrólisis, empleando el extracto enzimático de la cepa P. crustosum .............................................................................. 102 8.10.2 TLC de la cepa A. austwickii .................................................... 102 8.10.3 TLC de la cepa T. harzianum ................................................... 103 8.10.4 TLC de cepa 1C ....................................................................... 104 8.10.5 TLC de cepa S2 ....................................................................... 105 8.11 Cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) ......................... 106 8.12 Fermentación de prebióticos ....................................................... 108 8.12.1 Densidad óptica ....................................................................... 108 8.12.2 Recuento de células viables .................................................... 111 8.13 Purificación de la endoxilanasa de Trichoderma harzianum ........ 114 8.13.1 Precipitación de proteínas........................................................ 114 8.13.2 Primera fase: Intercambio iónico .............................................. 115 8.13.3 Segunda etapa de purificación: Interacción hidrofóbica ........... 116 8.14 Análisis por electroforesis ............................................................ 117 8.14.1 Perfil de purificación................................................................. 118 8.14.2 Cálculo del peso molecular de la proteína ............................... 119 8.15 Caracterización bioquímica de la endoxilanasa pura de Trichoderma harzianum 120 vi 8.15.1 Temperatura óptima de catálisis .............................................. 120 8.15.2 Estabilidad térmica de la endoxilanasa pura ............................ 121 8.15.3 pH óptimo de catálisis .............................................................. 122 8.15.4 Efecto de iones metálicos en la actividad enzimática ............... 123 8.15.5 Efecto de inhibidores y solventes en la actividad enzimática ... 124 8.15.6 Cálculo de los parámetros cinéticos de la endoxilanasa pura .. 125 IX. CONCLUSIONES .............................................................................. 127 X. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................... 128
dc.formatapplication/PDF
dc.language.isospa
dc.publisherBiblioteca Digital wdg.biblio
dc.publisherUniversidad de Guadalajara
dc.rights.urihttps://www.riudg.udg.mx/info/politicas.jsp
dc.subjectObtencion De Oligosacaridos Con Propiedades Prebioticas
dc.titleOBTENCIÓN DE OLIGOSACÁRIDOS CON PROPIEDADES PREBIÓTICAS, A PARTIR DE LA HIDRÓLISIS PARCIAL DE LA BIOMASA DE LIRIO ACUÁTICO Y BAGAZO DE CAÑA, MEDIANTE XILANASAS FÚNGICAS
dc.typeTesis de Doctorado
dc.rights.holderUniversidad de Guadalajara
dc.rights.holderSoltero Sánchez, Carlos Andrés
dc.coverageGUADALAJARA, JALISCO
dc.type.conacytdoctoralThesis
dc.degree.nameDOCTORADO EN CIENCIAS EN PROCESOS BIOTECNOLOGICOS
dc.degree.departmentCUCEI
dc.degree.grantorUniversidad de Guadalajara
dc.rights.accessopenAccess
dc.degree.creatorDOCTOR EN CIENCIAS EN PROCESOS BIOTECNOLOGICOS
dc.contributor.directorCórdova López, Jesús Antonio
dc.contributor.codirectorRomero Borbón, Evelyn
dc.contributor.codirectorOrtega De La Rosa, Néstor David
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