Diseño de Tesis elaboracion de un bio fermentador

FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA 1. DATOS GENERALES 1.1 Nombre del estudiante: José Luis Campoverde Alvarez 1.1.1 Código: 44075 1.1.2 Contactos: Teléfono: 2875318; Celular: 0983257976; Email: [email protected] 1.2 Director sugerido: Ing. Claudio Esteban Sánchez Jauregui MBA PhD (c) 1.2.1 Contactos: Celular:0979414066; Email: [email protected] 1.3 Co-director sugerido (opcional) 1.4 Asesor metodológico: 1.5 Tribunal designado: 1.6 Aprobación: 1.7 Línea de investigación de la carrera 1.7.1 Código UNESCO: 3302.02 1.7.2 Tipo de trabajo: TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN 1.8 Área de estudio: 1.9 Titulo propuesto: Estudio de parámetros para el diseño y elaboración de un Bio reactor.

1.1

Estado del proyecto:

Los Bio reactores en la industria fomentan la bio producción de bacterias, hongos y algas adecuados a los requerimientos de la industria, estos equipos permiten generar mejores cepas para las diversas fermentaciones que la industria tiene en la producción de diversos productos; por tal motivo y para identificar los diversos requerimientos que poseen estos equipos el tema planteado

pretende identificar los parámetros requeridos para una cepa específica como lo es la Saccharomyces cerevisiae, obteniendo datos que permitan expandir las capacidades del laboratorio, generando cepas diversas y óptimas para su uso y estudio respectivo. CONTENIDO PROBLEMÁTICA: Los organismos de educación como sus laboratorios se ven limitados por la falta de equipos que permitan actualizar la investigación, innovación y por lo tanto el aprendizaje en diversas áreas, siendo conscientes que varios equipos tienden a ser más complejos en su adquisición por su valor, la tecnología que se posee y técnicas se ven limitadas por uno o varios parámetros. Los procesos fermentativos son los más antiguos en la industria de alimentos y a su vez son fundamentales para las diversas instancias siendo su análisis y desarrollo un eje de investigación constante, por este motivo se considera la elaboración de este equipo evitando su costo elevado en el mercado; a su vez se considera su desarrollo no solo en el campo de la fermentación, el equipo posee cualidades que le permitirán expandir a nivel de microbiología en general, así como a la extracción de vitaminas de tipo B; siendo fuente para el desarrollo de nuevos proyectos en base de los resultados de los equipos. En la industria de alimentos en su análisis de innovación requiere una evolución en muchos parámetros como son: aditivos biológicos, levaduras, bacterias entre otros; dichos parámetros por lo general no son elaborados ni purificados en nuestro país, por la falta de equipos que permitan un adecuado ambiente para que se propaguen y a su vez por la falta de laboratorios con la capacidad para poder analizar sus características. En el campo docente este equipo será integrado y constara con los diseños que se puedan optimizar a futuro con las generaciones continuas que puedan trabajar con este equipo, impulsando el desarrollo e innovación de los diversos equipos que se requieren por parte de los laboratorios y forman parte de la instrucción académica en la universidad. Del mismo modo la innovación en los diversos campos como: tecnología, metalurgia o sistemas, no ha visualizado una confianza para su crecimiento, delimitando los equipos a nivel extranjero y de importación, los cuales son funcionales sin embargo su costo de adquisición y de mantenimiento en la mayoría de las ocasiones suelen ser exorbitantes, dejando imposibilitado a varios laboratorios sin la capacidad para estos análisis.

1.1 Resumen La ideología de poder realizar mejores avances en los diversos campos de la investigación nos lanza en la actualidad a muchos equipos tecnológicos que brindan la capacidad de elevar el valor de la investigación al reducir el tiempo requerido para la misma; introduciendo varias técnicas y tecnologías a los laboratorios de análisis. Por tal motivo con este tema de tesis se plantea implementar un equipo con base a los requerimientos del laboratorio, brindando la capacidad de realizar cultivos nuevos y analizando sus cepas para su uso, permitiendo un material didáctico a su vez que brinde nuevas oportunidades de conocimiento y de trabajos para los estudiantes. El equipo se desarrollara desde su estructura física, que está acorde a las necesidades para la generación de micro climas idóneos para el correcto funcionamiento, a su vez para alcanzar dicho objetivo se realizaran los cálculos necesarios para permitir al equipo obtener los parámetros deseados. ESTADO DEL ARTE Y MARCO TEÓRICO El biorreactor STR o conocido como reactor de tanque agitado es el más utilizado, este posee una cabecera por la cual se insertan los dispositivos necesarios para su agitación y alimentación del sustrato, así como la liberación de presión y control del ambiente. Estos equipos constan en su estructura de materiales que son químicamente inertes, no permiten la filtración de iones y sustancias físicas externas. (McNeil B., Harvey L., 2008) Antes de diseñar el equipo, el proceso de fermentación debe tener diversas observaciones, que se requiere para asegurar el proceso de fermentación y su eficiencia. Algunos parámetros como son: la velocidad de agitación, el rango de aireación, la intensidad de calentamiento y de enfriamiento, el caldo del cultivo, la válvula de ácido o de base. (Jagani H. et al, 2010) Los productos biológicos son de gran importancia para muchas aplicaciones como son: la biotransformación, diagnósticos, búsqueda y desarrollo, también en la industria de los alimentos, pharmaceuticos, y cosméticos. (Carta G., Jungbauer A.; 2010) El criterio para el uso del fermentador en su optimización dependerá del producto deseado, asegurando la productividad al realizar procesos eficientes; para cumplir con este objetivo se

identifica el tipo de parámetros necesarios para el microorganismo seleccionado, requiriendo un tipo específico de agitación, nivel de oxigeno u otros gases. (Nielsen J.) Los microorganismos tienen una gran importancia e impacto en nuestra vida y no siempre de una manera que nos agrada. Son fundamentales en la obtención de algunos productos alimenticios pero son también los responsables del deterioro de gran parte de los alimentos. Son responsables de las fermentaciones que ocurren en el organismo y de la metabolización de muchas vitaminas. (FOOD QUALITY)

Entre los alimentos procesados los primeros producidos y consumidos por los seres humanos, fueron los alimentos fermentados. Su popularidad se debe a las características deseables que presentan como la vida extendida, mejora la seguridad, mejora del valor nutritivo, y las características sensoriales especiales. Sin embargo, hoy en día, la fermentación es más sobre la atribución de sabores únicos a los alimentos de una manera totalmente natural. (Varkazas T., Tzia C.; 2015)

Las levaduras son hongos unicelulares que se han utilizado durante siglos para la obtención de productos como el vino, la cerveza o el pan. Todas metabolizan azucares como la glucosa, fructosa y manosa, pero algunas son capaces de hacerlo en condiciones anaerobias, con la producción de alcohol y anhídrido carbónico, en el proceso conocido como fermentación. La reproducción de las levaduras, en especial las utilizadas industrialmente, es normalmente asexual, a través de la gemación en la superficie, pero la reproducción sexual también se puede dar en determinadas condiciones. (De Martín Barry A.; 2005) Las levaduras tienen diversas especificidades para su crecimiento óptimo, su rango de temperatura varía entre 5 a 37°C, la disposición de agua favorece el crecimiento de las mismas soportando Aw de 0.65; a su vez el oxígeno permite su crecimiento mientras que la falta del mismo produce la generación de alcohol; el rango de pH óptimo para su crecimiento varia de 4,5 a 6,5; requieren fuertes cantidades de carbono orgánico y nitrógeno mineral u orgánico, siendo el caso de algunas vitaminas. (Uribe L., 2007) El crecimiento y viabilidad de los microorganismos esta determinada por factores nutricionales y en condiciones de laboratorio óptimas, es posible predecir una curva de crecimiento característica de cada especie microbiana. (Aquiahuatl M., Perez M.; 2004)

2.6 Hipótesis 2.5 OBJETIVOS Objetivo general -

Diseño y elaboración de un Bio reactor de pequeña escala para el laboratorio de biotecnología.

Objetivo específicos -

Identificar el tipo de parámetros requeridos para un crecimiento óptimo de la levadura

-

Saccharomyces Cerevisiae. Identificar los estándares de los equipos y sus métodos para el cultivo óptimo. Diseñar el equipo en base a los datos y parámetros obtenidos. Obtener información de los sensores necesarios para la lectura y medición de parámetros

-

durante el proceso. Identificar las cualidades óptimas de crecimiento de la levadura para la obtención de la

-

biomasa deseada para sus aplicaciones en alimentos. Aplicar los resultados en los equipos biomoleculares para mejorar procesos fermentativos en las diversas tecnologías.

2.6 METODOLOGÍA Alcances y resultados esperados En el presente trabajo tiene pretende brindar información sobre el desarrollo de diseño de maquinaria y su ejecución, generando la capacidad necesaria de investigación para el diseño de equipos propios cumpliendo los objetivos planteados y su finalidad; a su vez impulsar la elaboración de equipos funcionales de origen nacional siempre que la tecnología lo permita; el resultado de este proyecto se espera que brinde un manual de recopilación de datos sobre el micro organismo selecto y a su vez como resultado será el diseño y equipo dispuesto para el laboratorio de la universidad en el área de innovación. Supuestos y riesgos Los riesgos más altos existentes en el presente proyecto se identifican en la línea de sensores especiales para la medición y control de parámetros, siendo estos de mucho cuidado para el uso

eficaz del equipo, a su vez el control continuo de la bio masas producidas deben ser de constante revisión para que estas no sufran alteraciones en su proceso. 2.7

Presupuesto

El proyecto como tal en su área económica determinara la necesidad financiera, siendo los recursos más necesarios en la adquisición de los sensores y demás herramientas necesarias para la elaboración del equipo acorde al diseño realizado Rubro y Denominación Documentación y normativas

Costo $ 50,00

Fotocopias y papeleo de tesis

$ 80,00

Elaboración acorde al diseño del $ 2000,00 equipo Sensores de medición $ 3500,00 Cultivo de la colonia

2.8

$ 800,00

Justificación Desarrollo en el área microbiológica y de laboratorios Encuadernado, aplicación de registros, entre otros. Elaboración física de las partes del equipo para su composición. Sistemas de control de la colonia y su microclima Materiales vitales para la reproducción de la colonia acorde al diseño experimental

Financiamiento

2.9 Esquema tentativo -

Introducción Objetivos o Objetivo general o Objetivo especifico

CAPITULO I: Revisión Bibliográfica 

METODOLOGÍA 1.1 Bio reactores en la industria de alimentos 1.2 Variables de funcionamiento dirigido a levaduras 1.3 Taxonomía Saccharomyces cerevisiae 1.4 Generación de biomasa 1.5 Cuantificación de biomasas

CAPITULO II: Materiales y métodos 

METODOLOGÍA 2.1 Diseño acorde a parámetros de producción 2.2 Diseño de estructura del equipo y distribución de sensores

2.3 Diseño experimental de micro ambiente para la levadura 2.4 Tratamiento de bio masa CAPITULO III: Resultados y conclusiones 3.1 Pruebas de aplicación 3.2 Resultados del diseño del equipo 3.3 Ajustes de los resultados del diseño de equipo 3.4 Resultados y conclusiones del equipo 3.5 Análisis de resultados del diseño experimental 3.6 Conclusiones de los resultados del bio fermentador aplicado a la levadura Resultados, Conclusión y Discusión del Proyecto de Tesis 2.10

Cronograma

Objetivo  CAPITULO I

   

CAPITULO II

   

CAPITULO III

     

Actividad Bio reactores en la industria de alimentos Variables de funcionamiento dirigido a levaduras Taxonomía Saccharomyces cerevisiae Generación de biomasa Cuantificación de biomasas

Resultado esperado

Tiempo

Identificar la mayor cantidad de información existente sobre los temas expuestos; de esta manera solventar los capítulos siguientes al ejecutar parámetros idóneos para las levaduras y el mejor rendimiento del equipo.

5 semanas

Diseño acorde a parámetros de producción Diseño de estructura del equipo y distribución de sensores Diseño experimental de micro ambiente para la levadura Tratamiento de bio masa

Generar los módulos que contengan toda la información del diseño para su elaboración correcta y posterior uso.

20 semanas

Pruebas de aplicación Resultados del diseño del equipo Ajustes de los resultados del diseño de equipo Resultados y conclusiones del equipo Análisis de resultados del diseño experimental Conclusiones de los

Identificar los resultados adecuados del funcionamiento del equipo al reproducir la bio masa selecta en las diversas características que señalan el diseño experimental para este micro organismo

3 semanas

resultados del bio fermentador aplicado a la levadura BIBLIOGRAFIA:  

      

McNeil B, Harvey L.; 2008; Practical Fermentation Technology, pag. 4 - 7. Hitesh Jagani, Karteek Hebbar, Sagar S. Gang, P. Vasanth Raj, Raghu Chandrashekhar H. and J. Ventaka Rao; 2010; An overview of fermenter and the design considerations to enhance its productivity, Pharmacologyonline, pag. 261 Carta G., Jungbauer A.; 2010, Protein chromatography: Process development and scale-up Nielsen J.; Fermentation monitoring, design and optimization; Technical University of Denmark Education and Culture lifelong learning programme LEONARDO DA VINCI, in FOOD QUALITY, Microorganismos y alimentos Varkazas T., Tzia C.; 2015, Food Engineering Handbook. De Martín Barry A.; 2005, Control del Metabolismo de Saccharomyces cerevisiae en la síntesis de glutatión Uribe L.; 2007, Caracterización fisiológica de levaduras aisladas de la filósfera de mora. Aquiahuatl M., Pérez M.; 2004, Manual de prácticas del laboratorio de microbiología general.

2.18 Firma de responsabilidad (estudiante)

_______________________ José Luis Campoverde Alvarez

2.19 Firma de responsabilidad (director sugerido) _______________________________ Ing.