Addition of spherical‐style packing improves the production of conidia by Metarhizium robertsii in packed column bioreactors

Abstract

BACKGROUND Conidia from Metarhizium are part of the commercial formulations used worldwide for insect pest control. Among the alternatives proposed to improve conidia production, the use of packed column bioreactors allows controlled processes with higher levels of production and productivity than those obtained with the traditional process in plastic bags. However, problems associated with overheating, low CO2 removal, and inadequate oxygen supply in packed columns limit the scale‐up and operation at an industrial scale. RESULTS Packed densities, up to 1.5 times higher than those obtained in lab‐scale column bioreactors, negatively affected growth and conidia production by Metarhizium robertsii (ENCB‐MG‐81). Therefore, a spherical‐style packing was added to decrease packed density and improve the culture conditions in packed column bioreactors. The addition of spherical‐style packing reduced the axial temperature gradient (up to 50%), increased the maximum CO2 production rate and the total CO2 production (up to 2.5 times), and enhanced the volumetric conidia productivity in packed column bioreactors from 5.28 ± 1.36 to 6.77 ± 0.89 × 108 conidia cm−3. CONCLUSION The use of spherical‐style packing within the culture bed in column bioreactors improves the production of conidia by Metarhizium robertsii, as well as the gas exchange and heat removal from the bed. © 2021 Society of Chemical Industry (SCI).

Solid-State Fermentation: Applications and Future Perspectives for Biostimulant and Biopesticides Production

“…Most of the scientific papers deal with the use of SSF to grow fungi and oomycetes ( Supplementary Table S1 , Refs. [ 93 , 94 , 95 , 96 , 97 , 98 , 99 , 100 , 101 , 102 , 103 , 104 , 105 , 106 , 107 , 108 , 109 , 110 , 111 , 112 , 113 , 114 , 115 , 116 , 117 , 118 , 119 , 120 , 121 , 122 , 123 , 124 , 125 , 126 , 127 , 128 , 129 , 130 , 131 , 132 , 133 , 134 , 135 , 136 , 137 , 138 , 139 , 140 , 141 , …”

Los texturizantes incrementan la producción de conidios de Metarhizium anisopliae

“…Los resultados en esta investigación demuestran que el polietileno le confiere una porosidad de empaque que resulta con una alta producción de propágulos, lo cual es de gran importancia en el sector industrial. Esto concuerda con otros trabajos que han demostrado que la incorporación de agentes texturizantes en cultivo sólido promueve la producción de conidios de algunos hongos entomopatógenos [5,6,9]. Es importante mencionar que tanto la agrolita como el polietileno visualmente proporcionaron buena estructura al medio poroso tal como lo menciona Casciatori et al [15] ya que no se notó aglomeración ni compactación del arroz y el micelio fúngico se distribuyó uniformemente dentro del lecho de empaque, demostrando que los texturizantes estudiados permitieron una buena aireación del lecho.…”

“…La presencia de insectos considerados plaga en el sector agrícola genera grandes pérdidas económicas en la producción, además desmejoran la calidad de los cultivos [1], una estrategia viable para protegerlos es mediante la aplicación de agentes microbianos como los hongos entomopatógenos ya que protegen los cultivos del ataque de varias plagas y resultan más seguros para el ser humano, el medio ambiente y no tienen problemas residuales [2]. Cabe resaltar que las unidades infectivas e ingrediente activo en la formulación de los micoinsecticidas son los conidios aéreos los cuales son producidos en cultivo sobre soporte sólido [3], sin embargo, durante el cultivo se produce una elevación de la temperatura en los fermentadores como consecuencia de la actividad metabólica [4], aunado a este inconveniente es la contracción y compactación del sustrato lo cual limita la difusión de gases, en especial la transferencia de oxígeno que depende de la proporción de espacios vacíos en el lecho de empaque, para contrarrestar estos inconvenientes se ha estudiado la aireación forzada para disipar el calor [5], así como la incorporación de agentes texturizantes que mezclados con el sustrato evitan la compactación del mismo y modifican la porosidad del lecho, lo cual favorece el intercambio gaseoso y por consecuencia se obtienen mejores niveles de producción de conidios [6], en ese sentido, se justifica el interés por los estudios que buscan encontrar medios de cultivo, sustratos y texturizantes eficientes para la multiplicación de los propágulos, dichos materiales sólidos deben de ser de bajo costo, de fácil preparación y eficientes en cuanto al desarrollo y esporulación de los hongos entomopatógenos [7]. Esta investigación tuvo como objetivo evaluar residuos de agrolita y polietileno de baja densidad como agentes texturizantes en cultivo sólido, para la producción de conidios de Metarhizium anisopliae, esto con el propósito de evaluar alternativas para la producción de hongos entomopatógenos a escala industrial, ya que han demostrado buenos resultados como insecticida biológico para el control de varias plagas agrícolas.…”

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“…7,8 Therefore, packed columns have been explored to produce Metarhizium conidia on a large scale. Nevertheless, the scale-up of PCB is limited due to poor air distribution, low CO 2 and heat removal, and oxygen supply, 7,9,10 affecting the fungal culture. These difficulties could be solved by selecting adequate operating conditions and scale-up criteria, which should be based on the microorganism metabolism, monitoring parameters in PCB such as O 2 consumption and CO 2 production.…”