Informe de Bioprocesos- Cla (II Unidad)

CULTIVO CUL TIVO LOTE ALIMENTADO AIREADO AI READO

2011

CULTIVO POR LOTE ALIMENTADO AIREADO RESUMEN

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INTRODUCCION En la la actuali actualidad dad muchos de los los alimentos alimentos son obtenidos obtenidos gracias gracias al manejo y conocimient conocimientoo del crecimiento crecimiento de microorgani microorganismos. smos. Result Resultaa entonces entonces importa importante nte el conocimient conocimientoo de las condiciones condiciones en que estos microorganismo microorganismoss puedan optimizar optimizar sus  productos. Para ello la preparación de medios de cultivo para estos microorganismos es un buen punto de partida para conocer sobre su comportamiento así como también el seguimiento de la cinética nos proporciona datos mucho más prácticos y eactos sobre la velocidad y características del crecimiento del microorganismo tratado. !a preparación de medios para el desarrollo de procesos de "ermentación es una etapa "undamental "undamental para asegurar asegurar la productividad productividad de los mismos. mismos. !os componentes componentes de los medios constituyen los e"ectores eternos de naturaleza química que desempe#an un rol esencial en los procesos ya que deben cumplir con los requerimientos del crecimiento y de "ormación de productos y además suministrar energía para la síntesis de metabolitos y para para el mant manten enim imie ient ntoo celu celula lar. r. $o obst obstant antee que los los micro microor orga gani nism smos os varí varían an considerablemente respecto de los nutrientes que pueden necesitar. Es así que para esta práctica hemos centrado nuestra atención en el tratamiento de un microorgani microorganismo smo %Saccharomyces Saccharomy ces cerevisiae ATCC-4126 &' iniciando desde su siembra partiendo desde su estado en cepa congelada ' para luego sembrarlo en medio rico' empleando la glucosa como "uente de carbono' procurando su rápida activación'  para que luego de un determinado deter minado tiempo podamos sembrar la bacteria pero en un medio mínimo( mínimo( es decir con los mínimos mínimos requerimientos( requerimientos( en el cual es más "actible "actible determinar  la cinética de crecimiento. )entro de su importancia en la agroindustria la Saccharomyces Saccharomyces cerevisiae  ATCC-4126  ATCC-4126

es muy valiosa para la conversión de "ructosa en etanol que puede mejorar 

la economía economía de una planta trans"ormadora trans"ormadora de azucares naturales naturales de "rutas a etanol. *on la conversión de la "ructosa' la potencial reducción del precio está en "unción de tres  parámetros de "ermentación+ el rendimiento' la tolerancia de etanol y la productividad. ,sumiendo ,sumiendo altos valores para estos parámetros' parámetros' la reducción reducción máima máima puede volverse de -/. 0oy en día es conocido que un n1mero de levaduras "ermenta sacarosa en etanol' sien siendo do Saccharomyces Saccharomyces cerevisiae

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ATCC-4126

una de las más e"icientes'

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especialmente en relación con el rendimiento y la proporción volumétrica. Empleando esta levadura para la "ermentación de la )2ilosa' la reducción en el precio del etanol alcanza el 3/ del máimo asequible.

I. OB OBJE JETI TIVO VOS: S: 1.1. 1. 1. Ob Obje jeti tivo voss gene gene!" !"es es:: )ise#ar )ise#ar y realizar realizar una eperiencia de cultivo cultivo celular por lote alimentado alimentado %*!,& con alimenta alimentació ciónn con consta stante nte utilizand utilizandoo una cepa de  Saccharomyces cerevisiae

 ATCC-4126.  ATCC-4126. 1.#. 1. #. Ob Objet jetiv ivos os Es Es$e $e%& %&'i% 'i%os os:: )ise#ar el medio de cultivo. Realizar la activación y desarrollo del inoculo. 4denti"icar 4denti"icar y describir describir las partes' partes' a accesorios y geometrías' geometrías' conocimiento conocimiento de la operación del "ermentador' esterilización' carga y descarga y toma de muestra. 4denti"icar en el "ermentador los instrumentos de medición y control automático' así como la calibración de los sensores Puesta en marcha del cultivo por lote alimentado y determinar 5ma y 6 7s. 8btener los per"iles de masa celular' "uente de carbono y oígeno disuelto a través del tiempo de operación. 8bservar las zonas de crecimiento eponencial y limitada. )eterminar el 6 7s y 9 del *!,.

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II. METO METODOLO( DOLO()A )A E*PERIMENTA E*PERIMENTAL L: , la hora de dise#ar un medio de cultivo no sólo hay que tener en cuenta los nutrientes sino sino tam también bién las cond condiicion ciones es "ísi "ísica cass qu quee perm permit itan an el crec crecim imie ient ntoo de los los microorganismos' asimismo nos interesa cuanto de biomasa se desea producir.:ambién es importante conocer las características de los microorganismos con el que se va a trabajar.

 Microorganismo. !a levadura usada es SaccharomycesCerevisiae ,:**  ,:** -;r H>r %t&&. En el caso del :rabajo Práctico se utilizará el sistema más simple' es decir Hcte y >r Hcte. Puede representarse un cultivo en batch alimentado operando en las condiciones halladas.

,l obtener valores de >r y ' se ha )4>EI,)8 una alimentación para el cultivo en  batch alimentado. El caso descrito hasta aquí tiene en cuenta que tanto  como >r  sean constantes. Es claro que en caso de ser  H %t& y7o >r  H >r %t&' dicha "uncionalidad habrá de ser tenida en cuenta para resolver las ecuaciones planteadas

#.#.

PREPARACION DEL MEDIO:

2.2.1. PREPARAC!" #E$ ME#% #E MA"TE"C!"  !a preparación de este medio se realizara de acuerdo a los componentes que se encuentran en la tabla $J ;

N-tiente

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Etracto de !evadura Etracto de malta B I O P R O C EPeptona SOS ,gar Blucosa

So g/"0 K K GLR U P O 8-.30acarosa %*;e mezcló todas las sales y luego se vació a un pomo de vidrio.

#.7.

,l pomo de vidrio se le llevo a la re"rigeradora.

AEREACION

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,lgunas consideraciones que se debe tomar son+

 Proporcionar a los microorganismos el oígeno necesario para llevar a cabo su proceso respiratorio.   !a solubilidad del 8c' >n' BR & Q ! ×a a H " %)Katuración

@ajo estas condiciones se cumple+

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)esde la cual se despeja el término %2;7Q !a&

)epende de la velocidad de respuesta de los electrodos

o

Aétodo medición directa Para aplicar este método se utiliza un electrodo de oígeno disuelto y sistemas para determinar oígeno en la "ase gaseosa. En este método se calcula la demanda de oígeno midiendo el "lujo de aire y la concentración de oígeno en las corrientes gaseosas de entrada y salida. *on estos valores y la lectura de oígeno disuelta' se calcula Q !a. 8i $o es el n1mero de organismos viables presentes inicialmente y $ es n1mero viable al "inal tendremos que la ecuación de velocidad de muerte será+ %;&e integrando entre los límites  $o a tiempo H  y $ al tiempo t H t' se obtiene

 $7$o es la "racción de organismos viables que sobreviven después del tratamiento  por calor durante el tiempo t y D H constante de velocidad de destrucción' que depende de la temperatura seg1n la clásica ecuación de ,rrhenius+

)onde+

, H constante E H energía de activación R H *onstante general de los gases : H :emperatura en grados Delvin

>i se grá"ica el 4n Q en "unción de ;7: se obtendrá una línea recta' siendo la inclinación igual a 2E7R y la intersección de la recta con la ordenada' el valor  de la constante de ,rrtherius. BO RATO RI O DE BI OP RO CE SO S

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En la práctica de la esterilización es necesario tener presente que la calidad nutriente del medio debe ser preservada todo lo posible' razón por la cual' es imprescindible dise#ar un ciclo de esterilización lo más e"ectivo posible pero al mismo tiempo lo más corto posible. Podremos de"inir un término nabla %G& que representa la magnitud de la disminución del n1mero de organismos viables de manera que+

6 por tanto

>in embargo' como ya dijimos' parte de la destrucción ocurre en la etapa de calentamiento y otra parte en la de en"riamiento' de manera tal que+

!as partes de calentamiento y en"riamiento son obtenidas a temperatura variable de manera tal que es necesario integrar la ecuación+

#.8. •

 para el período de calentamiento y de en"riamiento con el "in de calcular la cantidad de esporos que se eliminan durante ambos períodos. *onociendo el valor inicial de esporos presentes en el volumen de medio considerado es  posible calcular el tiempo de mantenimiento a ;e determinó q el tiempo de "ermentación será de = h para un "lujo constante de alimentación de %K7e trabajara con ;'L vvm y ;L rpm como será un cultivo por lote alimentado aireado no habrá "lujo de salida.

%t& >R %t&

G" ' C"  GR H G" 2 G. G.' C.' >.

RE>ERG8R48

@8A@, @48RRE,*:8R 

•

Para esta eperiencia se utilizara un El sistema !i"lus BC "ermentación es un "ermentador a escala de laboratorio' que está dise#ado para la "ermentación de usos m1ltiples. Garios esquemas de "ermentación' tales como "edbatch e incluso el cultivo de células animales pueden ser pertalined con la serie @ioBA. El monolítico monitor !*) se instala en el cuerpo de la torre controlador de tama#o medio y se puede visualizar todos los valores medidos y los parámetros de control.

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El biorreactor del laboratorio es un biorreactor marca boitron2 li"lus BC. El biorreactor del laboratorio de la universidad nacional del santa posee las siguientes partes+

       

)eterminación de P0 %-.ensor de P0 >ensor de :J >ensor 8ígeno )isuelto. ,ntiespumante *ondensador  Aotor de rotor  Posee cuatro bombas peristaticos+ acido2 base2 alimentación2

espumante  < >ensores de aire %;/&  ?n vaso con capacidad de =lt

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1. #. 6. 7. . =.

#.8-.30acarosa %*;"' obtenemos que+

•

S F =

( XoVo eu

max

.t T 

−SoVo − XoVo )

 F Y  X / S t T 

Reemplazando+ (1.8∗0.8 e 0.37∗2.5 −0∗0.8−1.8∗0.8 ) S F = 0.16∗0.47∗2.5 •

S F =11.66 g / L •

En la zona de crecimiento limitado de masa celular  •

:endremos que+ •

CGH >" 6C7> t T >oGo T CoGo. %&

•

*omo seg1n la bibliogra"ía revisada' se tiene que C"H 

•

Entonces en G"H ;.=!' se tendrá+

•

,simismo' >"H

y >oHgr7l

•

)e la ecuación %&' reemplazamos los datos obtenidos+ •

  CGH %.;=&[%;;.==&[%.-=M&[%L& T ;.M[.M •

CGHL.MLLgr de biomasa •

*omo+ G"H;.=! •

C"H %L.MLL7;.=&HK.=4A4>A8+ >"H

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, partir de+ >abiendo que+

QsH.; •

umaH.K3h2; H .-3 g7g

•

7s

6 •

Reemplazando+ (0.16∗11.66∗0.467∗0.01) S F = 0.16∗11.66∗0.467 ( 0.37∗5−1 ) + ( 0 + 1.8∗0.8 )∗0.37 •

• •

S F =0.01368 gr / L

•

•

 CALCULO DEL VALOR DEL NA+ NA=

•

µ. x  yo 2

)onde+

•

 $,+ Gelocidad de *onsumo de 8igeno

• •

+ @iomasa

•

6oaccharomyces cerevisiae es '- h2; y el rendimiento de 8