Biorefinería sin nutrientes de agua de remojo de maíz a ácido láctico por Bacillus licheniformis OP16-2 en condiciones termo-alcalinas con una evaluación a escala piloto

Convertir un subproducto del maíz en un químico verde valioso

El ácido láctico es una pieza clave de la economía moderna: ayuda a conservar alimentos, calma la piel en cosméticos y es un bloque de construcción esencial para plásticos biodegradables. Sin embargo, producirlo a gran escala de manera sostenible y económica sigue siendo un reto. Este estudio explora a un héroe inesperado: el agua de remojo de maíz, un subproducto rico en nutrientes del proceso húmedo del maíz, y muestra cómo una resistente bacteria del suelo puede convertir este residuo líquido en ácido láctico de alto valor sin necesidad de nutrientes adicionales, en condiciones calientes y alcalinas que limitan naturalmente la contaminación.

Un recurso oculto en la industria del maíz

Cuando el maíz se procesa en grandes fábricas, los granos se remojan en agua caliente con dióxido de azufre para ablandarlos y liberar el almidón. El líquido sobrante, conocido como agua de remojo de maíz, está cargado de azúcares, aminoácidos, vitaminas y minerales. Tradicionalmente se ha usado solo en pequeñas cantidades como suplemento en fermentaciones. Los autores de este trabajo se plantearon una pregunta más ambiciosa: ¿podría el agua de remojo de maíz en sí misma, sin nutrientes añadidos, servir como la única fuente de alimento para microbios que produzcan ácido láctico, transformando un subproducto de bajo valor en una materia prima central para una biorefinería “sin nutrientes”?

Encontrar un microorganismo tolerante al calor y a la alcalinidad

Las fermentaciones industriales a menudo se enfrentan a dos problemas: el coste de azúcares refinados y el riesgo de que microbios no deseados estropeen el cultivo. Para abordar ambos, los investigadores buscaron en suelos de todo Egipto bacterias que prosperaran a alta temperatura (alrededor de 50–60 °C) y en condiciones alcalinas (en torno a pH 9). Esos entornos adversos desalientan de forma natural a los contaminantes habituales. De 50 candidatas, una cepa, identificada posteriormente como Bacillus licheniformis OP16-2, destacó. Podía crecer vigorosamente en agua de remojo de maíz, tolerar inhibidores como sales y compuestos sulfurados residuales del procesamiento del maíz, y convertir de forma constante los azúcares disponibles en ácido láctico con una eficiencia muy alta.

Afinando la receta para máxima producción

Tras seleccionar esta cepa prometedora, el equipo afinó sistemáticamente la receta de fermentación. Probaron distintos niveles de azúcar en el agua de remojo de maíz, temperaturas, cantidades iniciales de bacteria y valores de pH. También compararon dos maneras de controlar el pH conforme se acumulaba ácido láctico: añadir hidróxido de sodio (NaOH) o usar carbonato de calcio sólido. Luego utilizaron herramientas estadísticas avanzadas para evaluar cómo interactúan todos estos factores, en lugar de analizarlos de uno en uno. Este enfoque reveló un “punto óptimo”: aproximadamente 80–83 g/L de azúcares en el agua de remojo, una temperatura cercana a 45 °C, un pH ligeramente alcalino de alrededor de 8.5–9.0 y una cantidad inicial de bacterias de moderada a alta. En estas condiciones, el microbio convirtió aproximadamente el 94% del azúcar consumido en ácido láctico, un rendimiento notablemente alto.

Escalar desde matraces hasta un biorreactor piloto

Los matraces de laboratorio son útiles para el descubrimiento, pero el impacto real depende del rendimiento en tanques mayores. Por ello, los investigadores pasaron a un biorreactor de 50 litros, alimentándolo solo con agua de remojo de maíz sin tratar, ajustada al nivel adecuado de azúcares y pH. En una corrida por lotes estándar alcanzaron alrededor de 74–76 g/L de ácido láctico, coincidiendo con sus predicciones estadísticas. Para aumentar la producción, optaron por una estrategia de “alimentación por impulsos múltiples”: en lugar de añadir todo el azúcar de una vez, fueron suministrando gradualmente agua de remojo concentrada a medida que las bacterias consumían los azúcares. Esto mantuvo la concentración de azúcares en un rango confortable para los microbios, evitando el estrés por concentraciones elevadas. Tras aproximadamente una semana de operación, los niveles de ácido láctico subieron hasta alrededor de 153 g/L, manteniendo un alto rendimiento y una productividad constante.

Por qué esto importa para materiales sostenibles

El ácido láctico producido a partir de recursos renovables es fundamental para elaborar plásticos biodegradables como el ácido poliláctico (PLA), así como disolventes ecológicos e ingredientes alimentarios. Este estudio demuestra que una sola bacteria robusta, que crece en condiciones calientes y alcalinas, puede transformar el agua de remojo de maíz—frecuentemente tratada como un flujo de desecho—directamente en ácido láctico sin añadir extracto de levadura u otros nutrientes costosos. Al reducir tanto el coste de la materia prima como el de la esterilización, este proceso termo-alcalino y sin nutrientes nos acerca a una producción a gran escala más asequible de químicos verdes a partir de subproductos agrícolas, convirtiendo residuos en un ingrediente valioso para productos de consumo más sostenibles.

Cita: Selim, M.T., Salem, S.S., El-Belely, E.F. et al. Nutrient-free biorefinery of corn steep water into lactic acid by Bacillus licheniformis OP16-2 under thermo-alkaline conditions with a pilot-scale assessment. Sci Rep 16, 4357 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35828-4

Palabras clave: fermentación de ácido láctico, agua de remojo de maíz, biorefinería, Bacillus licheniformis, bioplásticos