Abstract The study of xylose reductase (XR) - one of the key enzymes in the production of xylitol - is important in the fermentation process to have maximum efficiency in the bioconversion of xylose to xylitol in lignocellulosic hydrolysate. The aim was to evaluate the effect of agitation rate and dissolved oxygen at 7 L bioreactor scale on the production of xylose reductase (XR) from Candida tropicalis during the bioconversion of xylose into xylitol in the non-detoxified oil palm empty fruit bunch (OPEFB) hydrolysate. The highest xylose consumption (95.5%) and the maximum xylitol production (5.46 g.L-1) were presented under 30% dissolved oxygen and 50 rpm. The maximum XR activity (0.646 U mg-1 protein) was obtained after 144 h of fermentation and at the same conditions of dissolved oxygen and agitation rate mentioned above. The oxygen availability influences the XR activity of C. tropicalis and the xylitol production, observing a xylitol yield factor (YP/S) of 0.27 g.g-1 and volumetric productivity (QP) of 0.33 g.L-1 h-1. At lower dissolved oxygen regardless of the agitation conditions evaluated, an increase in xylitol production was evidenced.

RESUMEN Se aplicaron modelos no estructurados de crecimiento celular, consumo de xilosa y producción de xilitol para describir la cinética de fermentación en la producción de xilitol usando Candida tropicalis en medio sintético y en hidrolizado de raquis de la palma de aceite no desintoxicado (OPEFB siglas en inglés) en escala de matraz de 100 mL. En medio sintético, la tasa máxima de crecimiento específico experimental (μmax) y el factor de rendimiento de masa celular (YX/S) estuvieron más cerca de los resultados del modelo Tessier que los de los modelos Contois y Monod. Mientras que, en el hidrolizado de OPEFB no desintoxificado, estos parámetros se acercaron más a los resultados del modelo Contois que a los de los modelos Tessier y Monod. Según los resultados de los modelos, el xilitol se produce principalmente durante la fase de crecimiento celular. El modelo de Tessier en medio sintético y el modelo de Contois en hidrolizado de OPEFB no desintoxificado tuvieron un coeficiente de variación en la cinética de crecimiento de 32 y 33%, respectivamente. La importancia de este estudio radica en simplificar el proceso de fermentación mediante un modelo no estructurado y no segregado utilizando tres eventos al mismo tiempo, crecimiento celular, consumo de sustrato y producción del metabolito.

ABSTRACT Unstructured models for cell growth, xylose consumption and xylitol production were applied for to describe the fermentation kinetics of xylitol production using Candida tropicalis in synthetic medium, and in non-detoxified oil palm empty fruit bunch (OPEFB) hydrolysate at 100 mL flask scale. In synthetic medium, the experimental maximum specific growth rate (μmax) and the cell mass yield factor (YX/S) were closer to the results of the Tessier model than those of the Contois and Monod models. Whereas, in non-detoxified OPEFB hydrolyzate, these parameters were closer to the results of the Contois model than those of the Tessier and Monod models. According to the models’ results, xylitol is mainly produced during the cell growth phase. The Tessier model in synthetic medium and Contois model in non-detoxified OPEFB hydrolysate had a coefficient of variation in growth kinetics of 32 and 33%, respectively. The significance of this study lies in simplifying the fermentation process through a an unstructured and non-segregated model using three events at the same time, cell growth, substrate consumption and metabolite production.

La hidrólisis ácida diluida del residuo lignocelulósico de raquis de palma de aceite produce azúcares fermentables, como la xilosa, principal fuente de carbono para la producción de xilitol, por Candida guilliermondii En este estudio, se evaluó el efecto de diferentes medios de cultivo y de condiciones de fermentación sobre la producción de xilitol, a partir de raquis de palma de aceite, utilizando C guilliermondii. El hidrolizado ácido de raquis de palma suplementado con 4g/L extracto de levadura, 3g(NH4)2SO4/L, 0,5g/ MgSO4.7H2O/L y 0,1gCaCl2.2H2O/L mostró ser el mejor medio para el crecimiento de la levadura en cultivo sumergido, debido a que presentó los valores mayores, estadísticamente significativos, de la velocidad específica máxima de crecimiento, de 0,12h-1 y producción de biomasa, de 5,5g/L (p<0,05). Las condiciones de fermentación más apropiadas se obtuvieron con hidrolizado de raquis suplementado a pH de 5,5, concentración inicial de xilosa de 17g/L y un inóculo de 3g/L. La microaerobiosis mostró ser un factor importante en el proceso de fermentación, con un volumen de 40mL de medio, en un matraz de 100mL, se produjo la mayor concentración de xilitol de 6,7 g/L (p<0,05).

The dilute-acid hydrolysis of oil palm empty fruit bunch produces fermentable sugars such as xylose, main carbon source for xylitol production by Candida guilliermondii. The influence of different culture media and fermentation conditions were evaluated on the production of xylitol from oil palm empty fruit bunch using C guilliermondii. The acid hydrolyzated oil palm empty fruit bunch supplemented with4g yeast extract/L, 3g (NH4)2SO4/L, 0.5g MgSO4.7H2O/L y 0.1g CaCl2.2H2O/L, was the best culture medium for the yeast growth in submerged culture because it had the highest values, statistically significant, of the specific growth rate 0.12h-1 and biomass production 5.5g/L (p<0,05). The suitable fermentation conditions were obtained with hydrolyzated oil palm empty fruit bunch supplemented at pH 5.5, initial xylose concentration of 17g/L and an inoculum of 3g/L. Microaerobic condition is an important factor on the fermentation process, with a volume of 40mL in a flask of 100mL, that produces the highest concentrations of xylitol (6.7g/L) (p<0,05).