El científico frente a la sociedad  
Artículo de opinión  
Fuentes de carbono económicas para la  
producción de bioplásticos bacterianos  
Economic carbon sources for bacterial  
bioplastic production  
1
2,3  
LUIS ROBERTO RIVERA-MACKINTOSH , GUADALUPE VIRGINIA NEVÁREZ-MOORILLÓN  
Resumen  
Abstract  
Los plásticos, particularmente aquellos producidos a partir del  
petróleo, son utilizados ampliamente debido a sus propiedades  
mecánicas y fisicoquímicas. Sin embargo, estos materiales son  
poco biocompatibles y muestran resistencia a procesos de  
degradación, por lo que tienden a acumularse ocasionando efectos  
detrimentales al ambiente. Como sustituto a los petroplásticos  
Plastics, particularly those produced from crude oil,are widely  
used due to their mechanical, physical and chemical properties.  
Nevertheless, these materials are poorly biocompatible and show  
resistance to degradation processes; therefore, they tend to  
accumulate, causing detrimental effects on the environment.  
Polymers of biological origin that have similar properties but  
higher biocompatibility,can be used as a substitute to petroplastics  
(petroleum-based plastics). Most bioplastics (biologically  
obtained plastics) have higher production costs than similar  
petroplastics,which represents a great disadvantage.In this review,  
a brief account of bacterial polyhydroxybutirate (PHB) and  
polyhydroxyvalerate (PHV) biosynthesis using carbon sources  
deemed as byproducts or waste of agricultural or industrial  
activities is presented. Choosing an economical carbon source  
can partially close the economic gap between bioplastic and  
petroplastic production.  
(
plásticos derivados del petróleo) se pueden emplear polímeros de  
origen biológico, que poseen propiedades similares a sus  
contrapartes sintéticas, pero una mayor biocompatibilidad. La  
mayoría de los bioplásticos (plásticos de origen biológico) muestran  
costos de producción más elevados que petroplásticos similares, lo  
que constituye una gran desventaja. En esta revisión se presenta  
una breve reseña de la biosíntesis bacteriana de polihidroxibutiratos  
(
PHB) y polihidroxivaleratos (PHV) a partir de fuentes de carbono  
consideradas como subproductos o desechos de actividades agrícolas  
o industriales. La selección de una fuente de carbono económica  
puede cerrar parcialmente la brecha económica entre la producción  
de bioplásticos y la producción de petroplásticos.  
Keywords:Polyhydroxybutirate,polyhydroxyvalerate,bioplastics,  
biocompatibility,biosynthesis.  
Palabras clave: Polihidroxibutirato, polihidroxivalerato,  
bioplásticos, biocompatibilidad, biosíntesis.  
Introducción  
l uso de plásticos obtenidos a partir del petróleo (petroplásticos) es parte fundamental del  
modus vivendi contemporáneo, en gran medida gracias a sus propiedades mecánicas y  
fisicoquímicas, que permiten sustituir el uso de otros materiales más caros o menos  
E
resistentes. Sin embargo, estos compuestos acarrean también desventajas de manera inherente: se  
obtienen a partir de un recurso no renovable como lo es el petróleo, por lo que su producción se ve  
________________________________  
Estudiante de posgrado. Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Chihuahua  
Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Chihuahua, Campus II, Apdo. Postal 1542-C. Chihuahua, Chih., México  
1125 Tel. (614) 236-6000  
Dirección electrónica del autor de correspondencia: vnevare@uach.mx  
_
1
2
3
3
58  
• Vol. III, No. 2 • Mayo-Agosto 2009 •  
LUIS ROBERTO RIVERA-MACKINTOSH, GUADALUPE VIRGINIA NEVÁREZ-MOORILLÓN: Fuentes de carbono económicas para la  
producción de bioplásticos bacterianos  
afectada por el incremento al precio del mismo debido  
a la disminución en las reservas, el aumento en el  
consumo y cambios geopolíticos críticos para la  
industria petrolera (Masuda, 2008).  
heteropolímeros ocupan los lugares predominantes de  
los polihidroxialcanoatos comercialmente disponibles  
la actualidad (Patnaik, 2005).  
Figura 1: Fórmula general de los polihidroxialca-noatos.  
Otra desventaja se observa en el impacto al  
ambiente, donde la acumulación de petroplásticos  
interfiere con la dinámica natural de los ecosistemas,  
constituyendo un problema severo. Esta acumulación,  
netamente antropogénica, debe su origen a la cantidad  
extraordinaria de actividades y procesos que involucran  
el uso de petroplásticos, además que la mayoría de  
estos compuestos poseen estructuras químicas que les  
confieren resistencia a la degradación biológica o  
química. Si bien se han explorado procesos para reciclar  
o eliminar petroplásticos del ambiente, las tendencias  
hacia los modelos socioeconómicos de desarrollo  
sostenible han impulsado la investigación sobre la  
Los PHA poseen, en general, características  
fisicoquímicas similares a las de los poliésteres  
sintéticos (Khanna y Srivastava, 2007; Patniak, 2005).  
Los homopolímeros como el PHB suelen ser  
materiales muy cristalinos y rígidos, pero los  
heteropolímeros de hidroxibutirato – hidroxivalerato  
son más dúctiles y resistentes. La adición de monómeros  
de hidroxivalerato disminuye el punto de fusión, pero  
aumenta su biodegradabilidad (Khanna y Srivastava,  
generación  
de  
bioplásticos  
como  
los  
polihidroxialcanoatos (Verlinden et al., 2007), que  
ofrecen una mejor biocompatibilidad, es decir, que  
ocasionan menores impactos a los ecosistemas. El reto  
radica en obtener bioplásticos con propiedades  
similares a los petroplásticos existentes, pero a un costo  
similar o menor. Esta revisión tiene como objetivo  
mostrar la producción de bioplásticos a partir de  
fuentes de carbono económicas, presentes en grandes  
cantidades por ser desechos agroindustriales, o carentes  
de valor agregado actual, reduciendo así los costos  
asociados a su producción.  
2
007). Los copolímeros PHBV suelen formarse cuando  
se utilizan mezclas de sustratos, como glucosa y valerato  
(
Verlinden et al., 2007).  
El Cuadro 1 presenta una comparación de algunas  
propiedades entre el polipropileno, un homopolímero  
polihidroxibutirato (PHB) y un heteropolímero  
hidroxibutirato – hidroxivalerato (PHBV). En  
contraste con los polímeros de cadena corta, como el  
PHB o el PHBV, los polihidroxialcanoatos de cadena  
mediana son menos cristalinos y más elásticos  
(Madison y Huisman, 1999).  
Polihidroxialcanoatos  
Cuadro 1. Comparación de algunas propiedades entre poliésteres  
sintéticos (polipropileno) y polihidroxialcanoatos.  
Los polihidroxialcanoatos (PHA) son poliésteres  
termoplásticos sintetizados por diversos organismos,  
incluyendo microorganismos procariotes y algunas  
plantas, bajo condiciones de crecimiento específicas.  
Constituyen biopolímeros importantes por su capacidad  
para ser producidos a partir de fuentes renovables, así  
como por su biodegradabilidad. Identificados en 1926  
por Maurice Lemoigne (Trotsenko y Belova, 2000),  
los PHA son poliésteres alifáticos constituidos por  
monómeros de entre 1000 y 3000 unidades (Patnaik,  
Propiedad  
Polipropileno  
PHB PHBV( 20% HV)  
Punto de fusión (ºC)  
Cristalización (%)  
176  
50 - 70  
38  
177  
60  
43  
5
145  
56  
20  
Fuerza de tensión (MPa)  
Extensión hasta quiebre (%)  
Biodegradación  
400  
50  
Prácticamente nula Buena  
Muy buena  
2
005). Los monómeros de hidroxialcanoatos poseen  
una estructura general como se muestra en la Figura 1.  
Además de las diferencias en los costos de  
producción, los poliésteres sintéticos poseen, en general,  
mejores propiedades mecánicas que los PHA.  
Convertir a los biopoliésteres en plásticos atractivos  
para fines industriales tiene, entonces, una connotación  
especial. Para este fin se puede jugar con la composición  
Cuando R = CH , se tienen monómeros de  
3
hidroxibutirato, que da como resultado el poli-β-  
hidroxibutirato (PHB). Si R = CH -CH , se tienen  
2
3
monómeros de hidroxivalerato, que da como resultado  
el poli-β-hidroxivalerato (PHV ). Estos dos  
compuestos, ya sea en forma de homopolímeros o en  
59  
•
Vol. III, No. 2 • Mayo-Agosto 2009 •  
LUIS ROBERTO RIVERA-MACKINTOSH Y GUADALUPE VIRGINIA NEVÁREZ-MOORILLÓN: Fuentes de carbono económicas para la  
producción de bioplásticos bacterianos  
del medio de cultivo (Anderson y Dawes, 1990) o  
con la composición del polímero ya sintetizado,  
adicionándolo con arcillas u otros compuestos que  
mejoren sus propiedades mecánicas o su facilidad  
para ser biodegradado (Maiti et al., 2007). Si bien  
existen reportes sobre la producción de PHA en  
plantas, las células vegetales solo obtienen  
rendimientos menores al 10 % (10 % del peso seco  
atribuido al PHA), mientras que algunas bacterias  
lograr acumular estos biopolímeros, de manera que  
hasta un 80-90 % del peso seco es atribuible al PHA,  
convirtiéndolas en candidatos idóneos para la  
producción de polihidroxialcanoatos a nivel industrial  
Cupriavidus necator pueden acumular hasta un 80 %  
(peso – peso) de PHB al utilizar glucosa como fuente  
de carbono. Alguna de esas cepas, al cultivarse en un  
medio conteniendo glucosa y ácido propiónico,  
producen un copolímero de hidroxibutirato –  
hidroxivalerato, en el que la proporción entre  
hidroxibutirato e hidroxivalerato varían en relación  
directa con la relación entre glucosa y ácido propiónico  
(Anderson y Dawes, 1990).  
Biosíntesis de PHB  
Dentro de los polihidroxialcanoatos el PHB ha  
sido el más estudiado, por lo que su mecanismo de  
síntesis es conocido (Verlinden et al.,2007).De manera  
general para todo microorganismo productor de PHB,  
su biosíntesis ocurre como se describe en la Figura 2.  
(
Verlinden et al., 2007).  
Microorganismos productores de PHA  
Los PHA son producidos por una gran  
Figura 2: Ruta metabólica general para la síntesis de PHB.  
diversidad de bacterias, siendo Cupriavidus necator  
(
antes Alcaligenes eutrophus) una de las más estudiadas  
Verlinden et al., 2007). Otras bacterias conocidas  
(
por su producción de PHA incluyen especies de  
Bacillus, Alcaligenes, Pseudomonas, y Halomonas  
(Cuadro 2).  
Cuadro 2. Bacterias productoras de PHA, fuentes de carbono  
utilizadas y polímeros obtenidos.  
Polímero(s)  
Bacteria  
Fuentes de carbono  
Referencia  
producido(s)  
Alcaligenes latus  
Azotobacter vinelandii  
Savia de maple  
PHB  
(Yezza et al., 2007)  
(Cho et al., 2001)  
Agua de desecho  
crianza de cerdos)  
PHBV  
(
(
Katircioglu et al.,  
2003; Shamala et al.,  
002)  
Caldo nutritivo, sucrosa,  
alcanoatos  
Bacillus spp.  
PHB, PHBV  
2
Arabitol, fructosa,  
lactosa, maltosa,  
sorbitol, trehalosa.  
Burkholderia sacchari  
PHB, PHBV  
(Brämer et al., 2001)  
Comamonas spp.  
Escherichia coli  
Aceite de palma  
PHBV  
PHB  
(Zakaria et al., 2008)  
(Nikel et al., 2006)  
Suero de leche, licor de  
remojo del maíz  
(mutantes)  
Salvado de trigo  
hidrolizado, almidón  
hidrolizado  
(Van -Thuoc et al.,  
2007; Quillaguaman  
et al, 2005)  
Halomonas boliviensis  
PHB  
Pseudomonas  
oleovorans  
PHA de cadenas  
medianas  
Ácido octanoico  
(Durner et al., 2000)  
Se conocen más de cien especies bacterianas  
productoras de PHA (Trotsenko y Belova, 2000).  
Los PHA se acumulan en vesículas intracelulares y  
su formación está asociada a la deficiencia de algunos  
nutrientes (nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio,  
entre otros) cuando existe un exceso en la fuente de  
carbono y como respuesta a diversos factores de estrés  
ambiental (Nikel et al., 2006). Cepas mutantes de  
Las cetotiolasas catalizan la adición reversible de  
un grupo acetil a una molécula de acetil-Coa. La  
enzima acetoacetil – CoA reductasa reduce (de manera  
reversible) las moléculas de acetoacetil – CoA en  
hidroxibutiril – CoA. Por último, las PHB sintetasas  
catalizan la reacción de polimerización entre moléculas  
de hidroxibutirato (Trotsenko y Belova, 2000).  
60  
• Vol. III, No. 2 • Mayo-Agosto 2009 •  
LUIS ROBERTO RIVERA-MACKINTOSH Y