Exposición 4-NOV

Degradación del colorante industrial Turquesa Erionyl con el hongo Anthracophyllum discolor  empleando un reactor de tanque agitado LUZ MARÍA PONCE PATIÑO NAT NA TALIA E. BO BADILLA CUBEROS NATALIA E. BOBADILLA BOBADILLA Asesora: Juliana Osorio Echavarría GRUPO DE BIOPROCESOS

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA

blancaa de la madera  Anthracophyllum discolor  empleando un reactor de tanque blanc agitado

CONTENIDO

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v v v v v v v v v

Planteamiento del Problema. Objetivos. Antecedentes. Marco teórico. Metodología. Resultados y Análisis. Conclusiones. Recomendaciones y Trabajos a Futuro. F uturo. Bibliografía.

blancaa de la madera  Anthracophyllum discolor  empleando un reactor de tanque blanc agitado

CONTENIDO

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Planteamiento del Problema. Objetivos. Antecedentes. Marco teórico. Metodología. Resultados y Análisis. Conclusiones. Recomendaciones y Trabajos a Futuro. F uturo. Bibliografía.

Degradación del colorante industrial turquesa erionyl con el hongo de la pudrición blanca de la l a madera  Anthracophyllum discolor  empleando un reactor de tanque agitado

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

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s coloreadas por pérdida entre el 10 y 15 % del colorante (Aprox. 1 millón de kg) Tratamiento de Efluentes

Biorremediación

Hongos de la pudrición blanca de la m a y problemas en la salud humana debido a la actividad tóxica, carcinogénica, mutag

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

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OBJETIVOS

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General Identificar el perfil cinético de fermentación del hongo Anthracophyllum discolor y evaluar el potencial de degradación con el colorante Turquesa Erionyl empleando un reactor de tanque agitado.

Específicos Determinar la cinética de fermentación Anthracophyllum discolor en un biorreactor de tanque agitado con capacidad de 7 Litros. Determinar la velocidad de degradación del colorante Turquesa Erionyl de aplicación industrial por la acción del hongo Anthracophyllum discolor .

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ANTECEDENTES

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Decoloración > 95% Colorantes tipo azo Reactor RBC (contacto biológico rotativo)

El tratamiento de colorantes mediante hongos lignolíticos ha sido estudiado utilizando diferentes tipos de reactor en cepas como: Phanerochaete chrysoporium, Phanerochaete sórdida, Lentinula edodes, Trametes versicolor, etc.

Hasta el momento el  Anthracophyllum discolor  solo se ha usado para biorremediación de suelos en reactor y para decoloración en matraces. Decoloración > 80% Colorante disperso (Red-553) Reactor de película fija

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MARCO TEÓRICO

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Los hongos son organismos eucarióticos que poseen una pared celular gruesa, heterótrofos, cenocíticos, normalmente se reproducen por esporas. Los hongos lignolíticos, hongos de la pudrición blanca de la madera son en su mayoría un grupo específico de basidiomicetos, los cuales transforman la lignina (heteropolímero muy recalcitrantre) en compuestos menos complejos logrando su mineralización.

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MARCO TEÓRICO

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Compuestos recalcitrantes degradados Lignina Bifenilos policlorinados Hidrocarburos policíclicos aromáticos Plaguicidas clorados (Pentaclorofenol-PCP) y organofosforados Colorantes de tipo azo, trifenilmetano, heterocíclicos y complejos de ftalocianina

Hongos Ligninolíticos Pleurotus spp. Trametes versicolor  Phanerochaete chrysosporium Bjerkandera adusta Coriolopsis gallica Stereum hirsutum



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

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MARCO TEÓRICO

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dación empleado por los hongos de la pudrición blanca de la madera, es el sistema de en

Peroxidasas Manganeso Peroxidasa (MnP)

Lacasas Lignino Peroxidasa (LiP)

El proceso está basado en la producción de radicales libres, lo cual permite que estas enzimas sean catalíticamente activas sobre una gran diversidad de sustratos orgánicos.

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MARCO TEÓRICO

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MARCO TEÓRICO

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El   Anthracophyllum discolor  (  A. discolor  ) es una cepa fúngica chilena, produce las principales enzimas lignolíticas: LiP, MnP y Lacasa. Figura 4. Cuerpo fructífero del  Anthracophyllum discolor 

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MARCO TEÓRICO

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El crecimiento celular dentro de un reactor batch, se detiene cuando se llega a algún tipo de limitación, al no haber regeneración de medio.

Figura 5. Fases típicas del crecimiento celular en reactor discontinuo

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MARCO TEÓRICO

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El Turquesa Erionyl® es colorante textil de tipo ácido, produce tonos de color azul intenso, tiene una deficiente eliminación por adsorción y un grado de bioeliminación menor al 10% (recalcitrante) debido a su grupo cromóforo, Ftalocianina de cobre. Se usa para nylon, lana, seda, especialmente en la industria del jean.

Figura 6. Estructura química del Turquesa Erionyl®

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MARCO TEÓRICO

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La transferencia de oxígeno en sistemas biológicos puede ser descrita mediante la teoría de las dos películas. Etapa I , ocurre la saturación de la interfase. Etapa II ,

el paso de las moléculas de oxígeno de la interfase, desde la película del líquido hasta el seno del mismo.

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MARCO TEÓRICO

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Ecuación 1. Balance de materia simplificado (Ley de Fick)  

Parámetro

Sin Corrección

Con Corrección

Velocidad específica de consumo de oxígeno (QO2) Coeficiente global de transferencia de masa (k La)

Tabla 2. Ecuaciones para el QO2 y kLa con y sin corrección por tiempo de respuesta del sensor de

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METODOLOGÍA

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METODOLOGÍA

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METODOLOGÍA

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Puesta a punto del reactor 

§Técnicas Analíticas §Funcionamiento del reactor  §Pre-experimentación

Cinética de Fermentación

§Medio Kirk §Medio Kirk Modificado

§Adicionándolo desde el día 0 §

Degradación del Turquesa Erionyl  Adicionándoloel día de mayor actividad enzimát

§Velocidad específica de consumo de oxigeno ( §Coeficiente global de transferencia de masa (k L Transferencia de Oxígeno

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RESULTADOS Y ANÁLISIS

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Niveles máximos

LiP

9,92 ± 0,298 U/L (día 3)

MnP

1,53 ± 0,41U/L (día 7)

Gráfica 1. Cinética de crecimiento y producción de enzimas ligninolíticas en medio Kirk con el

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RESULTADOS Y ANÁLISIS

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Niveles máximos

LiP MnP

13,559 ± 0,023 U/L(día 3) 

1,698 ± 0,077 U/L(día 10)

Gráfica 2. Cinética de crecimiento y producción de enzimas ligninolíticas en medio Kirk modificado con

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RESULTADOS Y ANÁLISIS

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Figura 10. Foto del montaje de Fermentación en medio Kirk con el hongo Anthracophyllum discolor para

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RESULTADOS Y ANÁLISIS

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Niveles máximos

LiP MnP





31,82 ± 0,55 U/L (día 7) 11.1 ± 0,019 U/L (día 9)

Decoloración

91,84%

Velocidad de degradación

53mg/L.d

(Dia 0-3) 14,52mg/L.d(Día 3-7)

Gráfica 4. Cinética de degradación del Turquesa Erionyl por el Anthracophyllum discolor, en

Figura 10. Foto del montaje para la degradación del colorante Turquesa Erionyl con el hongo Anthracophyllum discolor. KIRK MODIFICADO A) Día 0 B) Día 3 C) Día 8

Figura 11. Muestras diarias degradación del colorante Turquesa Erionyl

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RESULTADOS Y ANÁLISIS

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Niveles máximos

LiP



MnP

39, 857 ± 0,223 U/L (día 7)



6,165 ± 0,040 U/L (día 7)

Decoloración

15,6 %

Gráfica 5. Cinética de degradación del Turquesa Erionyl por el Anthracophyllum discolor, en medio Kirk Modificado, con inyección del colorante al 4º día. Oxígeno Di uelto (▲ ) Gl a (♦) pH (■) MnP (●) LiP (○) Turquesa Erionyl (◊)

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RESULTADOS Y ANÁLISIS

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Niveles máximos

LiP



MnP

84,945 ± 10,49U/L(día 2)



5,642 ± 0,07 U/L (día 4)

Decoloración

81,6%

Gráfica 6. Cinética de degradación del Turquesa Erionyl por el A. discolor. En medio Kirk modificado. En

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RESULTADOS Y ANÁLISIS

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RESULTADOS Y ANÁLISIS

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Gráfica 8. Curva de Tiempo de Respuesta del sensor de oxígeno en uno de los ensayos

Sin Corrección

Con Corrección

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CONCLUSIONES

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vLa

composición del medio de cultivo Kirk Modificado es más apropiada que la propuesta originalmente por Kirk, para la producción de enzimas ligninolíticas del hongo Anthracophyllum discolor, en un biorreactor de tanque agitado con capacidad de 7 Litros, revelando buenos perfiles cinéticos en el cultivo con máxima actividad enzimática en la fermentación de (día 3) para la LiPy de (día 10) para la MnP, además de las curvas durante la decoloración con actividad máxima de 30,2 ± 0,38 U/L para la Li y 11,1 ± 0,019 U/L para la MnP. A pesar de esto, la producción enzimática en el reactor, no fue comparable con lo encontrado en matraz evidenciando la influencia general del estrés hidraúlico, la agitación y la aireación en este proceso. vEl

porcentaje máximo de decoloración obtenido para el Turquesa Erionyl fue del 91,84% con una velocidad de degradación de 53,0mg/L.d, por  acción del Anthracophyllum discolor en el biorreactor con medio Kirk Modificado, aunque a producción de enzima fue superior en erlenmeyer la decoloración en biorreactor fue mejor.

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CONCLUSIONES

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vLa

mayor disminución de la concentración del Turquesa Erionyl, 91,84%, sucedió al suplementar el medio con colorante desde el inicio de la fermentación en el reactor y no al inyectar el colorante en el día de mayor  producción de enzimas que alcanzó un valor máximo de 81,6 % con una velocidad de degradación de 250,26mg/L.d. vLa

velocidad específica de consumo de oxígeno (QO2) del Anthracophyllum discolor con medio Kirk Modificado, corregido por el tiempo de respuesta del electrodo de oxígeno fue de , siendo este el primer  reporte realizado de este parámetro. vEl

coeficiente global de transferencia de masa para el reactor de tanque agitado de 7L bajo las condiciones de operación del estudio y corregido por tiempo de respuesta del electrodo de oxígeno fue de . v

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RECOMENDACIONES

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vRealizar

estudios con variación del pH inicial con el fin de encontrar el pH óptimo para producción de enzimas (decoloración). vHacer pruebas para verificar la disminución de toxicidad en el efluente con mediciones de la DQO, DBO y prueba con microorganismos . vRealizar análisis por Espectroscopia de Infrarrojo, Cromatografía Liquida y de Gases Acoplada a Masas. vA partir del coeficiente global de transferencia de masa, kLa, es posible pensar en el escalamiento del proceso de producción de enzimas. vImplementar a futuro una técnica de tratamiento con producción de enzimas ligninolíticas efectiva y viable económicamente a nivel industrial.

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BIBLIOGRAFÍA

 ___________________________________________________________________________________________________________  ____ vDávila

G.; Vásquez R. (2006). Enzimas ligninolíticas fúngicas para fines ambientales. Mensaje Bioquímico, XXX, 29-55. vDoran P. M. (1995). Principios de Ingeniería de los Bioprocesos. (1 ed.). vGarcía, V. (2004). Introducción a la microbiología (2 ed.). : Editorial EUNED. vMansilla H. (2001). Tratamiento de Residuos Líquidos de la Industria de Celulosa y Textil. In Eliminación de Contaminantes por Fotocatálisis Heterogénea. Programa iberoamericano de ciencia y tecnología para el desarrollo - CYTED (pp. 285-294). vMartínez S. A. et al. (2005). Tratamiento de aguas residuales con Matlab. vMoreira, M. T., Feijoo, G., Lema, J. . (2007). Dynamic modeling of an enzymatic membrane reactor for the treatment of xenobiotic compounds. Biotechnology and Bioengineering, 97 (5 ), 1128-1137. vRubilar Araneda O. (2007). Biorremediación de suelos contaminados con pentaclorofenol (PCF) por hongos de pudrición blanca. Universidad de la Frontera, Temuco, Chile. vTorres A. et al. (2008). Determinación de la velocidad específica de consumo de oxígeno en microorganismos incluyendo el tiempo de respuesta del electrodo de oxígeno. Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia(43), 33-41. vTorres A. et al. (2009). Metodología para la corrección del coeficiente volumétrico de transferencia de oxigeno (k La) por tiempo de respuesta del electrodo y su aplicación al cultivo del hongo medicinal Ganoderma lucidum. Universidad de Antioquia.