Exploratory analysis for the optimization of culture media for bacillus thuringiensis fermentation

Abstract

Agrichemical involve health risks for producers and consumers; they can also affect beneficial insects, birds, fish and mammals. Bacillus thuringiensis-based biopesticides specific for insect plagues are available, which, represent an alternative to traditional chemically-based products. Culture media design is an impor-tant factor in the production of biopesticides based on Bacillus thuringiensis. The media have to be economi-cal and they must contain all the nutrition factors required by the bacteria. The yield of active ingredient, comprising the toxin-containing crystal protein and bacterial spores, must be high and with adequate toxi-city to formulate the biopesticide. In this work we studied different culture media and optimised a promi-sing culture medium for B. thuringiensis fermentation to obtain an active ingredient for use as raw material in manufacturing a biopesticide. The final concentration of active ingredient was 15 to 16 g/L and the raw material cost around US $0,30/kg product. Calculations for the experimental phase were done using the response surface technique in a central composite design (CCD), the optimisation phase used Derringer and Suich (1980) method for dual response. Key words: Biopesticides, culture media, surface response, dual response, contour plots, central composite design.

Los insecticidas químicos usados indiscriminadamente traen riesgos para la salud de quienes los aplican y de quienes consumen alimentos contaminados con éstos; además atacan insectos benéficos, aves, peces y mamí­feros. Como alternativa al uso de insecticidas químicos están los bioinsecticidas, como es el caso de Bacillus thuringiensis, que es específico para el insecto plaga que se desea controlar. Un factor clave en la producción por fermentación de biopesticidas basados en Bacillus thuringiensis es el diseño del medio de cultivo, el cual debe ser económico y contener todos los nutrientes necesarios para el crecimiento del microorganismo. Del cultivo se espera que rinda una alta producción de ingrediente activo conformado por los cristales que contie­nen las toxinas y por la espora del microorganismo, y que este ingrediente posea el valor de toxicidad requeri­do para la formulación del producto comercial. En este trabajo se estudiaron diferentes medios de cultivo, se seleccionó un medio promisorio y se optimizó para la fermentación con una cepa nativa de B. thuringiensis te­niendo en cuenta no sólo el ingrediente activo sino también los costos que éste genera en materias primas. Se lograron concentraciones finales de ingrediente activo entre 15 y 16 g/L con un costo aproximado por mate­rias primas de $650/kg producto (aproximadamente US$0,30/kg producto). Para esto se utilizó la metodología de superficies de respuesta en un diseño compuesto central (DCC) para la fase de experimentación, y para la fase de optimización se utilizó el método desarrollado por Derringer y Suich (1980) para múltiples respuestas. Palabras clave: biopesticidas, medios de cultivo, superficie de respuesta, respuesta dual, gráficas de contorno, diseño compuesto central.