Procesos fermentativos industriales Ing. Qca. Nora I. Perotti FACET UNT Abril/2011
Producción de etanol El proceso químico de producción de bioetanol se basa simplemente en una fermentación, que es un cambio químico en las sustancias de naturaleza orgánica llevado a cabo por la acción de enzimas. Lo que ocurre en una fermentación es que las sustancias orgánicas complejas se transforman en otras simples. La mayoría de las levaduras que se cultivan son del género Saccharomyces. Concretamente la especie Saccharomyces cerevisiae es una de las más utilizadas ya que participa en muchas fermentaciones.
Proceso microbiológico metabolitos terminales nutrientes célula biomasa productos excreción sustrato enzima producto
Proceso industrial Materia prima Microorganismo Proceso
Proceso industrial Microorganismo Saccharomyces cerevisiae
Metabolismo Prácticamente en todas las reacciones químicas que ocurren en una célula participan enzimas Los bioquímicos han agrupado a estas reacciones en una serie ordenada de reacciones secuenciales o pasos que comúnmente se denominan vías.
Glicólisis
Fermentación alcohólica una ventaja adaptativa para las levaduras, que pueden sobrevivir en anaerobiosis. Pero solamente lo utilizan cuando no hay oxígeno disponible y ello en relación con el bajo rendimiento energético de la fermentación alcohólica, en comparación con el de la degradación oxidativa de la glucosa.
Propiedades bioquímicas Actividad fermentativa Cantidad de azúcar fermentado por unidad de tiempo Poder fermentativo Máximo porcentaje de alcohol formado al final de la fermentación
Proceso de producción de etanol
Rendimiento Ecuación de Gay-Lussac Glucosa-------- 2 Etanol + 2 Dióxido de Carbono 180 g ------------ 92 g + 88 gr 116 ml
PROCESO BIOTECNOLOGICO MATERIA PRIMA PRETRATAMIENTOS BIOCONVERSION Transf. de masa Transf. de calor Bioactividad RECUPERACION Separación Purificación Refinado PRODUCTO FINAL
Ingeniería Química Ingeniería Química Bioquímica Biotecnología Ingeniería Bioquímica Biología
EL BIORREACTOR Definición funcional BIORREACTOR: recipiente en el que se mantiene un ambiente favorable para el desarrollo de determinado proceso biológico
BASES MICROBIOLÓGICAS PARA EL DISEÑO DE UN BIORREACTOR Complejidad de la mezcla reaccionante Concentraciones relativamente bajas de sustrato y productos Restricción de la fase acuosa Condiciones suaves de temperatura y ph (normalmente) Incremento de la masa microbiana junto a la transformación bioquímica Capacidad de los microorganismos de sintetizar sus propios catalizadores (enzimas) Dificultad del mantenimiento de la transformación bioquímica requerida (estabilidad)
DESARROLLO ESQUEMÁTICO DE LOS PROCESOS MICROBIOLOGICOS MICROORGANISMOS Poblaciones Procariotas Eucariotas mixtas CEPAS DE COLECCIÓN AISLAMIENTOS DE LA NATURALEZA Genética de microorganismos Mejoramiento genético Fisiología Biodiversidad Gene Prospecting Biocomplejidad BIOPROCESO Estudio de condiciones operativas Desarrollo de procesos microbiológicos Escalamiento Biocatálisis en medios no acuosos Estrategias de aplicación no convencional Diseño de fermentación (lote, lote alimentado, continuo) Optimización Recuperación de producto Bioremediación Efluentes Tratamiento convencional BIOMOLÉCULA ADITIVOS Purificación INSUMOS ALIMENTICIOS ENZIMAS
ESQUEMA GENERAL DE UN PROCESO MICROBIOLOGICO MEJORAMIENTO GENETICO: Biología Molecular FISIOLOGIA Genética Biodiversidad Aislamiento de genes DISEÑO DE MICROORGANISMOS BIOMOLECULAS BIOPROCESOS ESCALAMIENTO TRATAMIENTO DE PURIFICACION EFLUENTES PRODUCTO FINAL
CAMPOS DE APLICACIÓN APLICACIONES TERAPEUTICAS Productos farmacéuticos ALIMENTACIÓN Antibióticos MEDIO AMBIENTE Mejoras de Procesos tradicionales para obtención de Vacunas alimentos y bebidas Hormonas Tratamiento de efluentes líquidos Nuevos alimentos y bebidas Terapias génicas Biorremediación Probióticos Producción de energía a partir de biomasa Prebióticos Nutracéuticos: alimentos con perfiles determinados de nutrientes, y para la mejora de la salud Aditivos alimentarios
BIBLIOGRAFIA ATKINSON B (1974). Biochemical Reactors. Pion, London. BAILEY JE & OLLIS DF (1977). Biochemical Engineering Fundamentals. McGraw Hill. London BLANCH HW & CLARK DS (1997). Biochemical Engineering. ED. Marcel Dekker, Inc. NY. USA. CASABLANCAS FG & LOPEZ SANTIN J (1998). Ingeniería Bioquímica. Ed. Sintesis. Madrid. SCRAGG A (1996). Biotecnología para Ingenieros. Sistemas biológicos en procesos tecnológicos. ED. Limusa, SA. México.