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anales científicos
Ma M ayo - A go gossto 2004 Volu lum men: LV I I I
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Científicos UNALM Anales Científicos UNALM
Publicación de La Universidad Nacional Agraria La Molina Edititor Ed or:: Hu Hugo go Veg ega a Cad Cadim ima a
[email protected] EDITORIAL AGRARIA Telf.: 349-5647 anexo: 190 Apartado:: 456, Lima 100. Apartado Los artículos publicados son de entera responsabilidad de sus autores. Se permite la reproducción parcial siempre y cuando se cite la fuente y se envíe a la editorial un ejemplar de la publicación que incluye el texto reproducido de Anales Científicos Nº 58
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AUTORIDA AUT ORIDADES DES UNIVE UNIVERSIT RSITARIAS ARIAS:: Luis Maezono Yamashita RECTOR Victor Guevara Carrasco VICE RECTOR ACADEMICO Luis Briceño Berru VICE RECTOR ADMINISTRA A DMINISTRATIVO TIVO DECANOS: Manuel Canto Saenz AGRO AG RONOM NOMIA IA Delia Infantas Mesias CIENCIAS Victor Barrena Arroyo CIENCIAS FORESTALES Alvaro Ortiz Ortiz Sarabia ECONOMIA Y PLANIFICACION David Campos Gutierrez INDUSTRIAS ALIMENTARIAS J. Abel Mejia Marcacuzco INGENIERIA AGRICOLA Arcadio Henry orrego Albañil PESQUERIA Manuel Rosemberg Barroón ZOOTECNIA Felix Camarena Mayta DIRECTOR EPG
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ANALES CIENTIFICOS CONTENIDO: EDWIN BALDEON CH, VICTOR MEZA C, JULIO GIRALDO H. Evaluación de un fermentador con levaduras ( S. inmovilizadas zadas S. cerevisiae ) inmovili
en perlas de cerámica... cerámica....... ......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... ......... ...... ..
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DAVID OJEDA F , DA DAVID DAVID VID CAMPOS G, ROSANA CHIRINOS G Y LUIS CISNEROS Z.
Antocianinas, compuestos fenolicos y actividad antioxidante en cáscaras de tres variedades de camote morado (Ipomoea batatas (l.) lam)............................................................................... 13 CARLOS ELÍAS PEÑAFIEL, BETTIT SAL SALVÁ VÁ RUIZ.
Utilización del método de diseño de mezclas en la formulación de salchichas tipo frankfurter con inclusión de goma de tara (Caesalpinia spinosa)..................................................................................
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DANIEL E. RUBIO DIAZ, MILBER UREÑA PERAL PERALTA TA..
Disminución de viscosidad y aumento de densidad energética de mezcla de cereales extruidos por acción enzimática de harina de quinua (Chenopodium quinoa willd) germinada..........................................
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SADY GARCÍA B.,, LUIS LUI S TOMASSINI V. V. Y LUIS GARCÍA GAR CÍA F.
Incremento estacional de biomasa en el cultivo del pecano [Carya illinoensis (wangenh) C. Koch] cv Mahan en el Valle de Ica.............. ..........................................................................
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SADY GARCÍA B.de , LUIS TOMASSINIde V. Y V. LUIS GARCÍA F.en ramas fruteras CurvasB., concentración macronutrientes macronutrie ntesF.
y no fruteras del pecano [ carya illinoensis (wangenh) C. Koch] cv Mahan en el Valle de Ica.......................... Ica................................................... ............................................... ......................
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MARTÍN ARAUJO FLORES, RAÚL GONZÁLEZ FLORES.
Características mecánicas y de preservación de cuatro especies forestales de Pucallpa para postes de transmisión eléctrica.................................... 90 JULIO CÉSAR NAZARIO RÍOS
Caracterización de suelos en areas con presencia de caoba (Swietenia macrophylla King) al est estado ado nat natura urall en el Alt Alto o Pur Purus us ... ...... ...... ...... ...... ...... ..... 102 GUILLERMO AGUIRRE YA YATO, SADY GARCÍA BENDEZÚ.
Abonados de fondo, sostenimiento y complementos foliares en el cultivo de espárrago en Ica .................. ...................................... ......................................... .......................... ..... 116
5 LUIS CHIAPPE VARGAS, HUGO L VEGA CADIMA, IGNACIO ISIDRO ADRIAN.
Investicación y transferencia de tecnología: el caso de la siembra en secuencia algodón – frijol – algodón en la Costa Central................ Central............................ ............ 128 RAPHAEL FELIX VALENCIA CHACÓN Análisis de un diseño de bloques completos-incompletos
con un tratamiento referencial........................................................................ 141 CÉSAR MENACHO CHIOK, MILAGROS FLORES CHINTE
Aplicación del análisis multivariado de variancia (Manova)........................................................................................ 157 JULIO NAZARIO RÍOS Evaluación de suelos afectados por la actividad minera en el departamento de Cajamarca.......................... Cajamarca............................................... ....................................... .................. 173 CELIA SILVERA, SILVERA, DORIS ZÚÑIGA, OSCAR LOLI
Comportamiento de cepas de Rhizobium aisladas de Kudzú (Pueraria phaseoloides) en dos variedades de Phaseolus vulgaris, en condiciones de laboratorio........................ laboratorio........................................... .................................. ............... 186 JORGE ESCOBEDO ALVAREZ, JA JAVIER VIER E. MORÓN PRETELL
Efecto de la intensidad y la época de la poda en verde sobre la formación de brotes cortos en tres cultivares de manzano (Malus x doméstica bork.)............................... bork.)....................................................... ........................... ... 195 AGAPITO AGAP ITO LINAR LINARES ES SALA SALAS, S, DA DAVID VID PARI FLORE FLORES S
“Análisis de las ventajas ventajas competitivas competitivas de quinua (Chenopodium quinoa willd.) peruana para exportación (Puno)“................................... (Puno)“............................................. .......... 203 EDWIN AUGUSTO VIGO SANCHEZ
«Posibilidad de aplicar la reingeniería a las cooperativas «Posibilidad de las Fuerzas Armadas y Policía Nacional del Perú»........................................................... 230 ANA AN A MA MARÍ RÍA A BA BAUT UTIS IST TA SA SALA LAS, S, FELI FELIX X CA CAMA MARE RENA NA MA MAYT YTA A
Estimación de la efectividad y del avance genético por selección para precocidad y rendimiento de grano en frijol de palo (Cajanus cajan (l) miiisp.) en dos ambientes de la Costa Central............................... ........................................ ........................................ ........................................ ....................................... ................... 254 .
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EVALUACIÓN EV ALUACIÓN DE UN FERMENTADOR CON LEVADURAS ( S S . cer cerevis evis iae) INMOVILIZADAS EN PERLAS DE CERÁMICA Edwin Baldeón CH.1; Víctor Meza C.2; Julio Giraldo H3 RESUMEN En la preparación del soporte para la inmovilización de Saccharomyce Saccharomyces s cerevisiae, se mezcló arcilla con 10% de caolín y 50% de agua, formando una masa plástica que se llevó a 600°C por 8de h, inmovilización obteniéndose perlas de cerámica de para alta resistencia y bajo desprendimiento. el proceso los factores óptimos la inmovilización fueron: 4,91 mm En de 7 tamaño de las perlas, 30 ml/h de flujo y 10 cél/ml de concentración inicial de células, siendo el porcentaje de inmovilización de 44,41% y células inmovilizadas de 1,47x107 cél/g perla. En el proceso de fermentación se empleó un fermentador empacado con perlas de cerámica previamente inmovilizadas, alimentándose con una solución de sacarosa a 23 °Brix, pH de 3,5 y peptona 1%. El proceso se realizó en cultivo en lote, lográndose obtener una eficiencia alcohólica de 67,59% (12,94 °GL) durante 10 días de fermentación, siendo las características del fermentador: 0,05 m de diámetro, 0,76 m de longitud con una relación D/L de 1/15. 1 /15.
SUMMARY In the preparation of support for immobilization immobiliza tion of Saccharomyces cerevisiae, clay was combined with 10% of kaolin and 50% of water, forming a plastic mass that took to 600°C by 8 h, obtaining high strength and low loosening ceramics pearls. in the immobilization process the optimal factors for immobilization were: 4,91 mm of pearls size, 30 ml/h of flow and 10 7 cel/ml of initial concentration of cells, being the immobilization percentage 44,41% and immobilized cells of 1,47x107 cel/g pearl. In the fermentation process a packed fermentador with ceramics pearls previously immobilized was used, feeding itself with a saccharose solution 23 °Brix, pH of 3,5 and peptone 1%. The process proces s was made in culture in lot, obtaining alcoholic efficiency effic iency of 67,59% (12,94 °GL) during 10 days of fermentation, being the characteristics of the fermentador were: 0,05 m of diameter, 0,76 m of length with a 1/15 relation D/L. 1
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Profesor del Departamento académico de Ingeniería de la Facultad de Industrias Alimentarias, UNALM Profesor del Departamento académico de Biología de la Facultad de Ciencias, UNALM Profesor del Departamento académico de Ciencia, Tecnología e Ingeniería de la Facultad de Industrias Alimentarias, UNAS.
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I.
INTRODUCCIÓN
En la actualidad los países desarrollados experimentan grandes avances en el campo científico científic o y particularme particularmente nte en el campo de la biotecnología. En el Perú existen pocos trabajos al respecto. No obstante, el interés de muchos investigadores en el estudio de inmovilización celular técnicarentables de aplicación de la biotecnología ha permitido desarrollar nuevos méto-y dos quecomo han vuelto a muchos proce sos y productos procesos industriales por su simpleza rendimiento. Dada la utilidad y aplicación de las células inmovilizadas en diversos procesos agroindustriales y viendo la factibilidad de utilizar la arcilla para la elaboración de perlas como soporte de inmovilización de Saccharomyces cerevisiae en la obtención de etanol, en el presente trabajo de investigación se plantearon los siguientes objetivos: -
II.. II
Evalua Eval uarr las las ca cara ract cter erís ístitica cass ópt óptiima mass de de inm inmov ovililiz izac ació ión n de de S. cerevisiae empleando como soporte perlas de cerámica. Dete De term rmin inar ar la lass car carac acte terí ríst stic icas as óp óptitima mass del del fe ferm rmen enta tado dorr emp empac acad ado o dur duran ante te el pr proc oces eso o de fermentación.
REVISIÓN DE LITERATURA
Bensoain (1985) define a la arcilla como un producto natural, originado a partir de la meteorización de las rocas, siendo las partículas inferiores a 2 mm. Costales y Olson (1963) señalan que la arcilla está compuesta co mpuesta de silicio, aluminio y agua, químicamente combinados, como silicato hidratado de alúmina. Valdez (1994) reporta que el Perú cuenta con buenos yacimientos de arcilla y caolín, distribuidos en quebradas y laderas de Huaraz, Cajamarca, Puno, Cuzco y toda la sierra central. Según Buckman (1985) la arcilla está dispuesta en placas o escamas, y cuando se humedece con una cantidad adecuada de agua se dilata, volviéndose pegajosa e incrementando incre mentando su plasticidad. Asimismo, Baver (1991) menciona que la forma de las partículas más pequeñas no es esférica y la densidad relativa para la mayor parte de los suelos corrientes está entre 2,6 a 3,75. Costales y Olson (1964) señalan que existen tres cualidades para la producción de cerámica. La primera es la plasticidad, dada por po r el desplazamiento de las partículas planas unas sobre otras cuando están húmedas. Segundo es la porosidad, debe ser suficientemente poroso para poder sacar una cerámica uniforme y sin grietas. Y el tercero, tercero , es la vitrificación. Esta propiedad predomina cuando la arcilla llega a tener la consistencia similar al vidrio. Córdova (1991), manifiesta que el desarrollo de cuerpos cerámicos de porosidad controlada permite visualizar distintos campos de aplicación de estos materiales, sobre todo en la inmovilización inmovilizaci ón celular o enzimática. El parámetro más importante en la selección de un soporte inorgánico, es la compatibilidad con co n el biocatalizador, que se determina explorando el e l efecto de iones solubles ensoporte. la inhibición, desnaturalización inactivación las enzimas o células inmovilizadas en el El segundo parámetro oimportante deldesoporte cerámico es la morfología del poro, en términos de diámetro, volumen y tortuosidad.
EVALUACIÓN DE UN FERMENTADOR CON LEVADURAS L EVADURAS (S. cerevisiae) INMOVILIZADAS EN PERLAS DE CERÁMICA
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Wiseman (1989), menciona que el soporte debe tener un gran coeficiente de vida útil como para permitir el uso repetido en procesos en lote o el uso prolongado en procesos continuos, por lo que será necesario que tenga una buena resistencia mecánica y elástica. Además, debe ser estable a elevadas temperaturas, temperaturas, presión y cambios de pH.
III. II I.
MATERIALES Y MÉTODOS
El presente trabajo se realizó en el Laboratorio de Biología Biología y Microbiología Microbiología de la Universidad Nacional Agraria de la Selva, en los meses de Octubre del 1995 y Noviembre de 1996. 19 96.
Materiales Se empleó arcilla de color amarillo recolectada en laderas ladera s y quebradas de la ciudad de Tingo María en el Departamento de Huanuco. Se empleó levaduras de panificación (S. cerevisiae) adquirida en el mercado local, presentada comercialmente comercia lmente como levadura fresca (100% pura), de la marca FLEISCHMANN. Los microorganismos fueron almacenados almacenados y propagados en Caldo Sabouraud (Merck) que contenía: glucosa 4%, peptona 1.0%, agar-agar 1.6% y agua. Para la construcción se utilizaron: tubos de PVC de 2 pulgadas de diámetro, reductores de PVC de 2 pulgadas a ¾ de diámetro, regulador de flujo, pegamento, envases de plástico y soporte universal.
Elaboración de las perlas de cerámica Las perlas de cerámica se elaboraron con una mezcla de arcilla amarilla (40%), caolín (10%) y agua (50%). Todo se mezclaba manualmente hasta obtener una masa de consistencia c onsistencia plástica. Posteriormente, se moldearon esferas con un diámetro promedio de 4,9, 7,0 y 8,3 mm, se secaron a 80°C durante 10 min y se quemaron en un horno a 600°C durante 8 h. Finalmente, se lavaban las perlas de cerámica para eliminar impurezas adheridas en la superficie, se secaban y almacenaban hasta su uso.
Métodos de características del soporte Determinación del porcentaje de espacio poroso (e) Se aplicó el método descrito por Buckman (1985) ( 1985) bajo la siguiente fórmula: % Espacio sólido = 100 – (Densidad aparente /Densidad de las partículas) % Espacio poroso (e) = 100 - % Espacio sólido
Determinación de la densidad de las partículas de arcilla Se empleó el método del picnómetro, descrito por Cavazos y Rodríguez (1992). En este método se llena un picnómetro de 50 ml con agua destilada y se pone a hervir durante 10 min para eliminar el aire contenido. Se deja enfriar, se agrega agua hasta aforar el picnómetro y se pesa (P1). Luego, se retira la mitad del contenido de agua del picnómetro, se agrega 10 g
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de arcilla en polvo seco, se homogeniza y se deja hervir durante 3 min. Posteriormente, Posteriormente, se enfría y se agrega agua hervida hasta completar la marca de aforo del picnómetro y se pesa (P2). Finalmente, se agita el picnómetro y el contenido se vierte en una cápsula de porcelana previapr eviamente pesada, se deja secar durante 24 h a 105°C y se determina el peso (P3). Con los datos obtenidos se realizan los cálculos para determinar la densidad real r eal de las partículas de arcilla. Volumen de agua desplazada = (P3 – P2) – (P1) Densidad real = Peso de arcilla/ volumen de agua desplazada desplazada
Determinación de la densidad aparente Es la relación entre el volumen y la masa de una perla de arcilla. ar cilla.
Determinación del diámetro y peso Se utilizó la metodología descrita por Castillo (1993).
Superficie específica (S) 2
Seentre aplicó métodode descrito en donde determina el área en y se divide elel volumen la perlapor deBaver arcilla,(1991), representando lase superficie específica en mm mm2 por gramo de perla.
Superficie específica del lecho (Sb) Se determinó en base al porcentaje de espacio poroso y la superficie específica aplicando la siguiente fórmula: Sb = (1-e) x S.
Inmovilización del microorganismo Determinación de la curva de crecimiento de S . cer evi eviss i ae Para determinar la curva de crecimiento, en condiciones estériles se tomaba una alícuota de 5 ml de cultivo de S. cerevisiae y se inoculaba en 200 ml de caldo Sabouraud, contenido en un matraz Erlenmeyer de 1 l. El sistema se homogenizaba y se incubaba a 30°C durante 24 h. El crecimiento del microorganismo se monitoreaba monitoreaba tomando muestras de 3 ml con intervalos de una hora. El número de microorganismos se determinaba empleando la cámara de Neubauer y se expresaba como c omo número de cél/ml. Para el recuento de levaduras se tomaba un volumen de suspensión con la pipeta Pasteur, Pas teur, se cargaba la cámara de Neubauer y se dejaba reposar hasta conseguir una distribución uniforme de levaduras. A continuación, con ayuda de un microscopio, se contaban las levaduras de los cuadros grandes de las cuatro esquinas y de uno cualquiera del centro. Se realizaban las diluciones oportunas para conseguir un inóculo con una concentración deseada de levaduras. La concentración de levaduras en el inóculo se calculaba a través de la fórmula siguiente: N° células/ml-1 = (N° células contadas) x 400 x 80-1 x 104
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EVALUACIÓN DE UN FERMENTADOR CON LEVADURAS L EVADURAS (S. cerevisiae) INMOVILIZADAS EN PERLAS DE CERÁMICA
Inmovilización de S . cerevi cer eviss i ae Se utilizaba como medio de cultivo 1 l de caldo Sabouraud y en condiciones estériles se inoculaba 25 ml de una suspensión de levaduras. Luego, se incubaba a 30°C durante 21 h, tiempo en el que se alcanzaba el máximo crecimiento microbiano. Cumplido el tiempo de activación celular se procedía a cosechar la biomasa por centrifugación a 2500 rpm durante 15 min. Para el lavado se resuspendían las levaduras levadur as en 10 ml de solución salina al 0,9 %, se homogenizaban y se volvían a centrifugar. Al finalizar se obtenía la biomasa concentrada libre de residuos orgánicos. Para facilitar la inmovilización se resuspendieron las células en solución salina al 0.9 % hasta conseguir concentraciones adecuadas para el estudio. Se empleó el método de inmovilización por adsorción descrito por Wiseman (1989) y Quinteros (1987). (1987). Para el estudio de los parámetros parámetros de inmovilización se utilizaban la siguiente fórmula: Células inmovilizadas = Nº células retenidas / peso del soporte Nº células retenidas = Nº células cé lulas iniciales – Nº células finales % Inmovilización = (Nº células retenidas / Nº células iniciales) x 100
Determinación de parámetros para la inmovilización de S. cerevisiae Tamaño de las perlas de cerámica Se evaluaron tres diámetros diferentes de perlas D1(4,91 mm), D2(7,01 mm) y D3(8,33 mm), manteniendo constante la concentración inicial de células (10 ( 106 cél/ml) y el flujo de inmovilización (120 ml/h). Posteriormente, se determinaba el porcentaje de inmovilización, seleccionando el tamaño que permitía obtener un mayor número de células inmovilizadas. Flujo de inmovilización Se evaluaron tres flujos diferentes: F1(120 ml/h), F2(75 ml/h) y F3(30 ml/h), manteniendo constante la concentración inicial de células (106 cél/ml) y el diámetro óptimo. Posteriormente, se determinó determinó el porcentaje de inmovilización inmovilización y se seleccionó el flujo que permitía obtener un mayor número de células inmovilizadas. Los flujos fueron impulsados impulsad os por gravedad.
Concentración inicial de S . cerevis cerev is i ae Se preparaban con solución salina estéril (NaCl ( NaCl 0,9%) 3 suspensiones de levaduras 5
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2 activas con diferentesdel concentraciones de células: Cde1(10 cél/ml), C (10 cél/ml) y C3(10conscél/ ml). En la evaluación efecto de la concentración microorgan microorganismos ismos se mantenían tante el flujo y el tamaño de las perlas. Posteriormente, se determinaba el porcentaje de
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inmovilización y se seleccionaba la concentración inicial de microorganismos que permitían obtener un mayor número de células inmovilizadas.
Estudio de la fermentación Proceso de fermentación En el proceso de fermentación se empleó sacarosa invertida como sustrato de fermentación a 23 °Brix, pH de 3.5 y peptona 1%. La solución se pasteurizó a 82°C por 3 min, luego se enfrió a 28°C y se alimentó al fermentador empacado con perlas de cerámica previamente inmovilizadas. Transcurrido el tiempo de fermentación se agregó bisulfito de sodio (250 mg/ml) a la solución fermentada para prolongar su conservación conserva ción
Optimización de la relación diámetro /longitud del fermentador En la optimización se estudiaron los siguientes niveles: D/L1 (1/10), D/L2 (1/15) y D/ L3 (1/20); manteniendo constante el diámetro de 0,05 m. Mediante la determinación de los grados alcohólicos y la eficiencia alcohólica se optimizó la relación D/L.
Grado alcohólico (°GL) En la determinación del grado alcohólico se empleó la equivalencia de 18 g/l (azúcar consumido) equivale a 1 °GL (Cesare, 1985).
Eficiencia alcohólica La eficiencia alcohólica se calculó mediante la metodología mencionado por Cesare Ces are (1985) en función a la siguiente relación: C6H1206 à 2C2H5OH + 2C02 +Energía 180 g
92 g
88 g
Análisis estadísticos En los estudios planteados en la presente investigación, con factores de inmovilización y cinética de fermentación, se empleó el Diseño Completo al Azar con 3 repeticiones y la prueba de comparación Tuckey (p
