DISEO Y PUESTA EN MARCHA DE UN SISTEMA SEMICONTINUO DE FERMENTACION PARA LA PRODUCCION DE ETANOL A PARTIR DE MATERIAS PRIMAS RENOVABLES MEDIANTE Saccharomyces cerevisiae

Ing. Fabio Rafael TarntolaIng. Angel Augusto RoggieroIng. Sandra DimarcoFacultad de Ciencias Aplicadas a la Industria

BiotecnologaLa Biotecnologa utiliza agentes biolgicos de distinta naturaleza, desde plantas o animales hasta microorganismos, clulas de tejidos animales o vegetales o enzimas, para obtener productos de utilidad en muy diversos campos: farmacutico, diagnstico, mdico, quirrgico, agrcola, alimentario, ambiental, etc.

PRODUCTOS, REACCIONES Y GRUPOS MICROBIANOS RESPONSABLES DE LOS PROCESOS FERMENTATIVOS MAS IMPORTANTES

Los grupos que mas interesan desde el punto de vista alimentario son: enterobacterias y clostridium (Sanitario) y bacterias lacticas , propionibacterias y levaduras (Productivo)

LevadurasZimomonas

Lactico+ etanol+ CO2Lactobacilos. Streptococcus Leuconostoc

Clostridium propionicum y Propioniobacterium

enterobacteriasClostridium butiricumBiomasa + CO2O2HHongos comerciales

PRODUCCION DE LEVADURAS Y SUB-PRODUCTOS

INTRODUCCIN La produccin de etanol siempre ha tenido como objetivo el consumo humano y la obtencin de bebidas alcohlicas concentradas mediante destilacin. Su uso como materia prima qumica se inicia a principios de la microbiologa industrial, pero su obtencin se lleva a cabo mediante la hidratacin cataltica del etileno. No es hasta hace pocos aos cuando la atencin ha vuelto de nuevo a la produccin por fermentacin del etanol para fines qumicos y como combustible.

El proceso qumico de produccin de bioetanol se basa simplemente en una fermentacin, que es un cambio qumico en las sustancias de naturaleza orgnica llevado a cabo por la accin de enzimas. Lo que ocurre en una fermentacin es que las sustancias orgnicas complejas se transforman en otras simples.

La mayora de las levaduras que se cultivan son del gnero Saccharomyces. Concretamente la especie Saccharomyces cerevisiae es una de las ms utilizadas ya que participa en muchas fermentaciones.

El bioetanol se utiliza en vehculos como sustitutivo de la gasolina, bien como nico combustible o en mezclas que, por razones de miscibilidad entre ambos productos, no deben sobrepasar el 5-10% en volumen de etanol en climas fros y templados, pudiendo llegar a un 20% en zonas ms clidas. El empleo del etanol como nico combustible debe realizarse en motores especficamente diseados para el biocombustible. Sin embargo, el uso de mezclas no requiere cambios significativos en los vehculos, si bien, en estos casos el alcohol debe ser deshidratado a fin de eliminar los efectos indeseables sobre la mezcla producidos por el agua.

El microorganismoLa especie Saccharomyce cerevisiae utilizada en este estudio fue suministrada por el Laboratorio de Biotecnologa de la Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria

una ventaja adaptativa para las levaduras, que pueden sobrevivir en anaerobiosis. Pero solamente lo utilizan cuando no hay oxgeno disponible y ello en relacin con el bajo rendimiento energtico de la fermentacin alcohlica, en comparacin con el de la degradacin oxidativa de la glucosa.

El Bioreactor El Bioreactor semicontinuo consta de un reactor por cada etapa del proceso. Cada reactor tiene una capacidad de 1 litro construido en vidrio con tapa esmerilada con cuatro accesos; dos para la entrada y salida de gases, una para suministro de inculo y de medio nuevo y otra para monitoreo de muestras y control de temperatura.

Las variablesVelocidad de crecimiento, tiempo de generacin, sustrato limitante, concentracin del producto, cconcentracin celular, flujo volumtrico, tasa de dilucin como base para la determinacin de la max , Ks , Productividad, Concentraciones de biomasa y sustrato en el equilibrio.

Se realizaron 3 experimentos completos para concentraciones de pulpa de durazno iniciales de 2, 4, y 8 g/100mL respectivamente. En cada experimento se realizaron los siguientes pasos: fermentacin que contiene el inoculo de Saccharomyces cerevisiae en un medio azucarino con el fin de eliminar la etapa de adaptacin y arrancar en etapa de crecimiento exponencial para la produccin de etanol. El tiempo de fermentacin alcohlica fue de 48 horas a condiciones anaerbicas. El suministro de medio e inoculo nuevo, 500mL, en el periodo de suministro se realiza cada 48 horas para un flujo volumtrico de 500mL/48 horas en las dos etapas. Se consideraron tres suministros para cada experimento a intervalos de 48 horas.

Para todos los experimentos la inoculacin fue de aproximadamente 106 levadurasDeterminacin de nitrgeno y protena en la biomasa. Derminacin de los Azcares Reductores. Determinacin de Glucosa. Determinacin de las concentracin de Etanol.

S = concentracin de sustrato en el reactor en equilibrio estacionario. x = concentracin de masa celular en el reactor en equilibrio. mx = velocidad especfica mxima de crecimiento. D = Tasa de dilucin. Y = Constante de conversin o rendimiento que describe la relacin entre la biomasa formada y el sustrato consumido.

SSSSS

ETAPA FERMENTACIN

Tabla 1. Datos de crecimiento celular y disminucin del sustrato a travs del tiempo en la etapa de fermentacin alcohlica. Para los tres experimentos.

Tabla 2. Datos de Concentracin Celular, Concentracin de Azcar Reductor y de Alcohol en los tiempos de suministro de nuevo medio de cultivo en la etapa de fermentacin. Para los tres experimentos.

Tabla 3. Datos de velocidad especfica de crecimiento y de la constante de conversin para las diferentes concentraciones de azcar reductor inicial, en la fermentacin.

CONCLUSIN

A nivel industrial, teniendo en cuenta la cintica de crecimiento en cultivo continuo es posible en funcin de la productividad deseada, dimensionar con precisin los fermentadores y las instalaciones anexas (bomba, compresor, extractor, columna de destilacin) y de este modo reducir al mximo las inversiones y los gastos de funcionamiento.

Los cultivos continuos permiten igualmente tener una produccin homognea, de calidad constante, lo cual es importante para las transformaciones ulteriores. Se puede observar que la tasa de productividad (P= X. D) est cercana a los valores reportados en la bibliografa para la transformacin de la glucosa en etanol mediante la Saccharomyces cerevisiae .

De esta manera se ha obtenido una alternativa viable de fabricacin de bioetanol mediante procesos catalticos enzimticos de bajo costo con materias primas abundantes en la Regin, tales como, Duraznos, Ciruelas, Uvas, Peras, Manzanas y Damascos.

El FuturoCaracterizacin y estudio de viabilidad de un proceso industrial de obtencin de inulina y bioetanol a partir de Helianthus tuberosus

Por su atencin,MUCHAS GRACIAS!