¿Qué es la diáuxico?

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¿Sabes por qué algunos gráficos del potencial bioquímico de metano muestran un escalón?

Entendiendo la diáuxico y su influencia en la producción de biogás

Curva típica en escalones 

Este es un fenómeno curioso que ocurre en el proceso anaerobio, denominado diáuxico. Los primeros registros de observación fueron realizados por Jacques Monod en 1941, quien identificó el crecimiento diáuxico durante sus experimentos.

De hecho, este comportamiento que puede observarse en algunas curvas del resultado del test de Potencial Bioquímico de Metano - PBM (en inglés para Biochemical Methane Potential - BMP) de producción de biogás refleja el comportamiento de crecimiento celular, cuando ocurre la multiplicación de microorganismos en el proceso anaerobio.

Durante el proceso anaerobio, los microorganismos pasan por una fase inicial caracterizada como fase de adaptación fisiológica a los nutrientes y al ambiente en que se encuentran, denominada fase lag. Según Carneiro (2018), tras la adaptación, los microorganismos inician el proceso fermentativo y de crecimiento exponencial (considerando la glucosa como primera fuente de energía, por ejemplo). Esta fase de crecimiento exponencial se llama fase log o logarítmica.

En la tercera etapa del proceso, cuando la glucosa se agota, las células entran en una segunda fase lag, la fase de estabilización que ocurre entre la primera y la segunda fase lag se denomina diáuxico. En este momento, los microorganismos pasan nuevamente por una etapa de adaptación para consumir un nuevo sustrato (degradación y obtención de energía de una nueva fuente). A continuación, la nueva etapa de crecimiento se llama post-diáuxico (la segunda fase log), donde las células comienzan a metabolizar el etanol (ejemplo de un nuevo sustrato que comenzará a ser degradado).

Fases de crecimiento celular 

Este comportamiento de adaptación (fase lag), crecimiento exponencial (fase log), diáuxico, post-diáuxico (segunda fase lag) y fase estacionaria corresponden al perfil de inicio, medio y fin del proceso anaerobio.

Cuando el sustrato utilizado en el proceso anaerobio es heterogéneo y presenta una amplia variación en la composición de los carbohidratos, proteínas y lípidos, el comportamiento diáuxico se hace más evidente.

Ejemplo: biodigestión de sustrato con composición heterogénea 

Durante los tests BMP de sustratos heterogéneos como la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU), la diáuxico ocurre cuando los microorganismos tienen "preferencia" por degradar (consumir) un elemento específico de la composición del sustrato, consumiéndolo totalmente antes de empezar a consumir otros elementos de la composición del sustrato. Por ejemplo, podemos citar cuando la degradación de la glucosa ocurrirá antes de la degradación de la celulosa.

La curva típica en escalones corresponde al tiempo necesario para la adaptación del inóculo (microorganismos anaerobios) al sustrato, consumiendo primero los sustratos con mayor tasa de biodegradabilidad y dejando para después los compuestos menos biodegradables.

En resumen, la diáuxico es un término usado para describir organismos que tienen dos modos distintos de reproducción o ciclo de vida, y estos modos distintos se reflejan en el crecimiento celular (multiplicación del grupo de microorganismos) y están directamente relacionados con la actividad de estos microorganismos en la degradación del sustrato y la biometanización. Por lo tanto, las curvas de producción de biogás presentarán características con escalones (diáuxico).

Referencias Bibliográficas Consultadas

• LIMA, H. Q. Determinação de parâmetros cinéticos do processo de digestão anaeróbia dos resíduos orgânicos de Santo André – SP por meio de testes do potencial bioquímico de metano. 2016. 153 f. Tese (Doutorado) – Centro de Engenharia, Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas, Universidade Federal do ABC, Santo André – SP, 2016.
• LIQUORI, A. M. et al. A theoretical equation for diauxic growth and its application to the kinetics of the early development of the sea urchin embryo. Differentiation, v. 20, n. 1‐3, p. 174-175, 1981.
• Tarcio Carneiro, Alterações na parede celular e no metabolismo energético de Saccharomyces cerevisiae submetida à alta pressão hidrostática. 2018. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Espírito Santo, UFES, Brasil, 2018.
• GOMES, Carolina Scaraffuni; STRANGFELD, Martin; MEYER, Michael. Diauxie studies in biogas production from gelatin and adaptation of the modified gompertz model: Two-phase gompertz model. Applied Sciences, v. 11, n. 3, p. 1067, 2021. DOI: 10.3390/app11031067 
• PÉREZ GARCÍA, M.; ROMERO GARCÍA, Luis I.; SALES MÁRQUEZ, Diego. Tecnologías anaerobias para la depuración termofílica de vertidos de destilerías vínicas. Ingeniería del agua, v. 4, n. 2, p. 7-16, 1997. DOI: 10.4995/ia.1997.2718 

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¿Qué son los gránulos?

Acerca de los procesos anaeróbicos, bajo ciertas condiciones, se forma estructuras constituidas por microorganismos anaeróbicos, los gránulos anaeróbicos.

Estas estructuras (aglomerados de diferentes microorganismos) permiten una transferencia de nutrientes más eficiente y favorecen la supervivencia de la comunidad microbiana.

Estos conglomerados de microorganismos densamente agrupados contribuyen a la aceleración del proceso de digestión anaeróbica, especialmente en lodos de reactores UASB.

Los gránulos anaeróbicos son esferas muy pequeñas y tienen una vasta comunidad de seres vivos. Actúan en la descomposición de la materia orgánica y permiten el reciclaje de nutrientes.

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