Producción de biomasa de una levadura nativa en cultivo semicontinuo con potencial aplicación en la industria frutícola

Abstract

El Alto Valle de Río Negro y Neuquén constituye unas de las principales áreas productoras y exportadoras de peras de Argentina, concentrando el 90% de la superficie de la producción de peras y manzanas del país. Las variedades con mayor volumen de exportación son Beurrè D’Anjou y Packham’s Triumph, las cuales se almacenan en cámaras frigoríficas (-1 a 0°C y 95% HR) entre 3 y 7 meses. Es durante este periodo donde se producen grandes pérdidas por la aparición de enfermedades postcosecha. Los importantes presentes en esta etapa son Botrytis cinerea y Penicillium expansum, como también en los últimos años han aparecido en la región Alternaria-Cladosporium spp. El uso de fungicidas químicos ha sido una práctica habitual y efectiva como primera medida en el control de enfermedades postcosecha en diversos cultivos. Sin embargo, está siendo actualmente reconsiderada debido a los problemas de toxicidad que provoca. El Control Biológico se presenta como una alternativa prometedora para sustituir el uso de fungicidas químicos en el manejo de enfermedades postcosecha, ofreciendo varias ventajas significativas tanto para la sostenibilidad ambiental como para la producción de fruta orgánica. En este sentido, se ha aislado y seleccionado previamente en el laboratorio de Biología y Biotecnología de Levaduras del PROBIEN la levadura Vishniacozyma victoriae NPCC 1263. El empleo de esta levadura como agente de control biológico (ACB) se encuentra patentado por el CONICET y la Universidad Nacional del Comahue (20120101053) y lleva como título “Cepas de levadura para el biocontrol de frutas post cosecha, composiciones que las contienen, métodos de aplicación de las composiciones y usos”. En esta Tesis se utilizaron dos medios de cultivo previamente optimizados basados en residuos agroindustriales para la producción de biomasa de la levadura. Se utilizó un medio basado en suero de queso en polvo (SQP) de composición: SQP, 80 g/L; (NH4)2SO4 1,2 g/L; KH2PO4, 10 g/L; y otro basado en mosto de manzana (MM) de composición: MM, 44% v/v; KH2PO4 , 7,3 g/L y urea, 2 g/L. Con estos medios de cultivo se llevó a cabo la producción de biomasa de la levadura en dos reactores semicontinuos (RSC) de 27 L. Al evaluar los distintos parámetros cinéticos y de producción de biomasa en los dos medios de cultivo, se encontraron similitudes cuando se compara productividades y rendimientos en la producción de la levadura antagonista. En cuanto a la biomasa obtenida, se obtuvo mayor biomasa cuando se empleó el medio de cultivo MM, las levaduras viables (UFC) fueron 3 órdenes de magnitud mayores en comparación a las obtenidas empleando el medio de cultivo SQP. La biomasa obtenida en ambos medios de cultivo fue evaluada en ensayos a escala semicomercial. Se determinó la incidencia natural de las enfermedades naturales causadas por P. expansum, B. cinerea y Alternaria-Cladosporium spp. Al obtener los porcentajes de control, se pudo ver que estos superan el 40% y en algunos casos alcanzan el 100% de control para B. cinerea cuando la levadura antagonista crece en el medio MM. Cuando la biomasa es aplicada inmediatamente luego de su producción, los porcentajes de control son mayores que cuando la biomasa fresca se conserva un tiempo a 4°C. En términos generales, los ensayos mostraron que la incidencia de enfermedades provocadas por los hongos fitopatógenos fue mayor en pera que en manzanas, así mismo, los porcentajes de control con el ACB fueron superiores en peras. El uso de V. victoriae como ACB es una herramienta con un gran potencial para el control de enfermedades fúngicas en la producción de fruta orgánica de la zona. El empleo de esta levadura antagonista permitiría reducir o sustituir el uso de fungicidas químicos, evitando así el impacto negativo de estos últimos en la salud de los consumidores y del medio ambiente.

The high Valley of Río Negro and Neuquén constitutes one of the main pears producing and exporting areas in Argentina, concentrating 90% of the country's pear and apple production area. The varieties with the highest export volume are Beurrè D'Anjou and Packham's Triumph, which are stored in cold rooms (-1 to 0°C and 95% RH) between 3 and 7 months. It is during this period where large losses occur due to the appearance of postharvest diseases. During the storage period the fruit is susceptible to being attacked by various phytopathogenic fungi, the most important present at this stage are Botrytis cinerea and Penicillium expansum, as well as in recent years Alternaria-Cladosporium spp have appeared in the region. The use of chemical fungicides has been a common and effective practice as a first measure in the control of postharvest diseases in various crops. However, it is currently being reconsidered due to the toxicity problems it causes. Biological Control is presented as a promising alternative to replace the use of chemical fungicides in the management of postharvest diseases, offering several significant advantages both for environmental sustainability and for the production of organic fruit. In this sense, the yeast Vishniacozyma victoriae NPCC 1263 has been previously isolated and selected in the PROBIEN Yeast Biology and Biotechnology laboratory. The use of this yeast is patented as a biological control agent (BCA) by CONICET and the National University of Comahue (20120101053) and carries as title “Yeast strains for biocontrol of post-harvest fruits, compositions containing them, methods of application of the compositions and uses.” In this Thesis, two previously optimized culture media based on agroindustrial waste were used for the production of yeast biomass. In this Thesis, two previously optimized culture media based on agroindustrial waste were used for the production of yeast biomass (Gorordo, 2024). A medium based on whey cheese powder (CWP) of composition was used: CWP, 80 g/L; (NH4)2SO4 1.2 g/L; KH2PO4, 10 g/L; and another based on apple must (AM) with composition: AM, 44% v/v; KH2PO4, 7.3 g/L and urea, 2 g/L. With these culture media, the production of yeast biomass was carried out in two 27 L semi-continuous reactors (SCR). When evaluating the different kinetic and biomass production parameters in the two culture media, similarities were found when comparing productivities and yields in the production of the antagonist yeast. Regarding the biomass obtained, greater biomass was obtained when the AM culture medium was used, the viable yeasts (CFU) were 3 orders of magnitude greater compared to those obtained using the CWP culture medium. The biomass obtained in both optimized culture media was also evaluated in semi- commercial scale trials. The natural incidence of natural diseases caused by P. expansum, B. cinerea and Alternaria-Cladosporium spp. was evaluated. When the control percentages obtained were evaluated, they exceeded 40% and, in some cases, reached 100% control for B. cinerea when the antagonist yeast grew in the AM medium. When the biomass is applied immediately after its production, the control percentages are higher than when the fresh biomass is stored for a period of time at 4°C. In general terms, the trials showed that the incidence of diseases caused by phytopathogenic fungi was higher in pear than in apples, however, the control percentages with CBA were higher in pears. The use of V. victoriae as CBA is a tool with great potential for the control of fungal diseases in organic fruit production in the area. The use of this antagonist yeast would allow the use of chemical fungicides to be reduced or replaced, thus avoiding the negative impact of the latter on the health of consumers and the environment.