microorganismos

MICROORGANISMOS INDUSTRIALES

celulas

celulas eucariotas tienen un nucleo diferenciado rodeado por una membrana, y su ADN nuclear esta asociado a proteinas y se encuentra e estructuras definidas llamdas cromosomas, y ademas tambien tienen otras estructuras u organulos con funciones bioquimicas o fisiologicas especificas. por el contrario las procariotas carecen de un nucleo bien definido tambein carecen de organulos especializados existentes en las eucariotas.

microoganismos

los microorganismos tambien se distinguen en funcion de sus necesidades de oxigeno, pudiendo dividirse en los aerobios estrictos, como streptomyces la mayoria de hongos pueden llevar a cabo su metabolismo solo en condiciones con oxigeno atmosferico, los anerobios estricots como clostridia, que unicamente crece en ausencia de oxigeno y los organismoa facultativos que pueden crecer en situaciones aerobias y anerobias.

las bacterias implicadas en procesos de fermentacion son principalmente quimioorganotrofos, es decir que puedenobtener su energia y su carbono por oxidacion de los compuestos organicos.

hongos

tambien son quimoorganotrofos con hifas filamentosas rigidas y ramificadas. los hongos mas importantes implicados en precesos de fermentacion industrial se clasifican principalmente en dos grupos, los zygomycotina (generos Mucor y Rhizopus), y los Deuteromycotina, septados, o fungi imperfecti, por ejemplo los trichoderma, aspergillus, penicillium, aureobasidium y fusarium.

levaduras

son microhongos que se encuentran generalemente en forma de celulasunicas y que se reproducen mediante gemacion. algunas levaduras estan formadas unicamente por celulas indviduales y a veces cadenas cortas, mientras que otras se ecuentran en cierto rango de fromas celulares, incluyando diversos tipos d filamentos. una caracteristica de la poblacion en crecimento es es la presencia de yemas producida cuando la celula se divide.

la levadura mas utilizada en las fermentaciones industriales es Saccharomyces cerevisiae, sobre todo en la produccion de alcohol y en panaderia; esta levadura no degrada la lactosa, por lo que para producir alcohol o biomasa a partir de suero de leche se utiliza Kluyveromyces lactis, que contiene los enzimas necesarios para transportar y degradar la lactosa. otras levaduras importantes industriales son Candida utilis y Endomycopsis fibuliger.

Enzima

compuesto catalizador, son proteinas que actuan con un determinado compuesto(sustrato) para producir un complejo el cual forma el producto de la reaccion,no experimenta cambios en la reaccion. se nombra con terminacion asa+ el sustrato, puede constar de una parte no proteinica(cofactor) que puede ser un ion inorganico o un compuesto organico coenzima, son sensibles al cambio de PH, temperatura y otros compuestos.

Crecimiento celular

el crecimiento de los microorganismos es una parte integral de casi todos los procesos de fermentacion. ya hemos visto que las bcterias se reproducen por fusion binaria produciendo dos celulas hijas del mismo tamaño, mientras que la duplicacion de muchas levaduras se produce por mecanismos de gemacion, los hongos crecen por extension de hifas y la morfologia de suicelo puede variar en funcion del medio ambiente. la morfoligia del crecimiento influye invariablemente en la velocidad de crecimiento y en la fromacion de los productos.

fase de crecimiento:

cuando un organismo se inocula en un volumen de medio dado, el cultivo pasa por una serie de fases, depues de la inoculacion, existe una fase de latencia en la que el organismo se adapta a las condiciones del medio, tras uncierto periodo de tiempo en el que la velocidad de crecimiento de las celulas crece gradualmente, las celulas crecen a velocidad constante maxima, esta fase se denomina exponencial o logaritmica, a medida que el creciemiento continua, los nutrientes se van agotando y ls productos van siendo excretados por el organismo, la velocidad de crecimiento disminuye y finalmente el crecimiento cersa, debido al agotamiento de de un nutriente esencial o a la acumulacion de algun producto toxico; esta fase se denomina estacionaria.

el crecimiento se mide en funcion del incremento de las masa segun la ecuacion

dx

__ =ux-ax

dt

donde: x= concentracion celular(mg cm-3)
t= tiempo de incubacion (h)
u= velocidad de crecimiento especifico(1/h)
a= velocidad especifica de lisis o de metabolisis endogeno(1/h)

Diseño del Fermentador

SISTEMAS DE FERMENTACION

la fermentación puede llevarse a cabo mediante procesos discontinuos, discontinuos alimentados a intervalos o continuos, a por variación de estos procesos. Los cultivos discontinuos pueden considerarse como un sistema cerrado, excepto por la aireación, que contiene una cantidad limitada de medio, en el que inoculado pasa a través de un número de fases.
En el proceso discontinuo todo el sustrato se añade al comienzo de la fermentación, en los procesos discontinuos el sustrato se añade a intervalos a lo largo del proceso.
Lo sistemas discontinuos alimentados a intervalos o continuos, se utilizan en la mayoría de los procesos de fermentación industriales; la principal desventaja de de las fermentaciones discontinuas cuando se utilizan para la producción de productos asociados al crecimiento, es que la formación eficiente del producto tiene lugar durante una fracción del ciclo de fermentación.
Los sistemas continuos con volúmenes de salida de productos elevados pueden ser, en consecuencia, mucho mas eficaces en determinadas aplicaciones en términos de productividad del fermentador (volumen de producción por unidad de volumen por unidad de tiempo, kgm-3 h-1). Las fermentaciones continuas pueden considerarse como un sistema abierto en que el medio se va añadiendo continuamente al biorreactor y se va eliminando simultáneamente igual volumen de medio fermentado. Existen dos tipos principales de reactores continuos, los reactores de mezcla completa y los de flujo pistón.
En un cultivo discontinuo, la concentración de biomasa por unidad de tiempo ( t ) es :

x-XR=Y(SR-s)

Donde x= concentración celular en el tiempo t
XR =inoculo o concentración celular inicial
Y=rendimiento para el substrato limitante ( g de biomasa por g de substrato consumido)
s=concentración de substrato en el tiempo t
SR=concentración inicial del medio

Por tanto
Y=x-XR/SR-s


La cantidad de biomasa alcanzada en la fase estacionaria depende teóricamente de la concentración inicial del substrato limitante del crecimiento y de la eficacia del organismo para convertir el substrato en materia celular. Por tanto suponiendo que el substrato limitante del crecimiento sea S = 0 en la fase estacionaria

Y=x-XR/SR

En un reactor continuo de mezcla completa en una sola etapa, la adición de substrato a una velocidad adecuada combinada con la eliminación a una velocidad volumétrica igual de medio de cultivo del recipiente produce un estado estacionario en el que la formación de biomasa esta en equilibrio con la perdida de células. en estas condiciones :

(a) La velocidad de crecimiento especifico (u)viene controlada por la velocidad de dilución (D) puesto que u = D

(b) La concentración de substrato en estado estacionario , /s en quimostrato viene determinada por la velocidad de dilución , según la ecuación :

/s=KsD/umax -D

Si las cinéticas siguen en el modelo de monod y D (C) La concentración de biomasa en el estado estacionario , /x viene determinada por las variables operacionales SR y D , según la ecuación :



/x=Y[SR- KsD/umax-D]










DISEÑO DEL FERMENTADOR

la función principal de un fermentador es la de proporcionar un medio ambiente controlado que permita el crecimiento eficaz de las células y la formación del producto. El fermentador típico moderno de laboratorio se ha diseñado como una unidad sofisticada con las características y la instrumentación necesarias para llevar a cabo una gran variedad de procesos de fermentación, a la hora de discutir de los fermentadores piloto, están hechos específicamente para unos procesos y lograr una mayor eficacia, en consecuencia tiene características especificas para un proceso de producción en particular.

Condiciones para operar en medio aséptico

muchos biorreactores tiene que trabajar en condiciones asépticas utilizando un inoculo puro del microorganismo y excluyendo los organismos contaminantes; por consiguiente, el biorreactor, al igual que la red de tuberías asociadas, ha sido diseñado como un recipiente a presión de tal forma que tanto el sistema como el medio que contenga puede esterilizarse a la temperatura /presión adecuadas, un mínimo de

121° C/15 así durante 15-30 minutos. Las válvulas utilizadas en las secciones esterilizables deben ser utilizadas en condiciones asépticas. Las válvulas de estrangulamiento y las de diafragma son particularmente adecuadas, puesto que su mecanismo de operación esta separado del medio líquido o gaseoso por un tubo o un diafragma flexible. Los puntos de entrada al recipiente y el proceso para añadir y eliminar gases o líquidos al/del reactor durante la fermentación también deben estar diseñados de forma que mantengan las condiciones asépticas.

No todos los procesos de fermentación necesitan condiciones totalmente estériles; en algunos se reduce simplemente su contaminación por pasterización, mientras que otros dependen realmente de la población microbiana natural, por lo que el diseño del reactor y del equipo necesarios para cada proceso deben simplificarse de acuerdo con esto.

Normas y protocolos

estas son normas que se aplican al proyecto, para el control de calidad, de acuerdo a la ley.

norma para la produccion de vinagre:

resolucion numero de 2007 vingre
calidad de vinos(argentina)
analisis mosto

practica de laboratorio

Practica de laboratorio (determinacion de la acidez del vinagre y preparacion de soluciones)

%Determinación de la acidez total de un vinagre.

“líquido obtenido de la fermentación acética del vino puro o diluído o de piquetas de vino, con una riqueza mínima de 50 grados de ácido acético por litro”.

La acidez total se define como la totalidad de los ácidos volátiles y fijos que contiene el vinagre, expresada en gramos de ácido acético por 100 mL de vinagre. Para determinar la acidez de un vinagre hemos de obtener la proporción equivalente de ácido acético.

la norma española establece que los vinagres comerciales tengan, por lo menos, una concentracion de 5 % en peso de ácido acético. El peso molecular del ácido acético es 60.053, esto equivale a afirmar que las disoluciones comercializadas como vinagre deben tener una concentración 0.8 M aproximadamente en ácido acético.

Determinaremos la concentración de ácido acético en una solución de acido acético por valoración con una disolución de hidróxido sódico, previamente valorada. Es decir, calcularemos la molaridad en ácido acético de distintas muestras de vinagre, a partir de la ecuación ácido-base ajustada:

CH₃COOH + NaOH <--> CH₃COO^- + H₂O + Na⁺

.

1 mol de ácido acético (AcH) reacciona con 1 mol de hidróxido sódico (NaOH).

M_HAc V_HAc = M_NaOH V_NaOH

Relación peso/volumen

g de HAc = (nº de moles de HAc) M_HAc = M_NaOH..V_NaOH.60.053.

El porcentaje de ácido acético en el vinagre (p/v)

g de HAc x 100= MNAOHVNAOH 60.053 x 100
ml de vinagre ml vinagre

Materiales.

Balanza analítica.

Bureta.

Pipetas aforadas de 10 mL.

Matraces erlenmeyer de 250 mL.

Probeta de 100 mL.

Vasos de precipitados de 50 y de 400 mL.

Reactivos y disoluciones.

Indicador fenolftaleína

Disolución valorada de hidróxido sódico.

Calculos

Preparación NaOH 0.5 M

0.5 mol NaOH * 100 ml sln * 39.97g NaOH * 0.98 = 1.95g NaOH

1000 ml sln 1 mol NaOH

Se nesecitan 1.95g de NaOH concentrado al 98% para preparar una solucion 0.5 M de 100ml.

Preparación CH3COOH (acido acetico) a partir de una concentración de 96%

RESULTADOS

se hallaron los siguientes ph a las siguientes sustancias:

NaOH ph = 10

HCl ph = 1

CH3 COOH ph = 3

.

Marco teorico


la fermentacion como un antiguo arte:

En terminos generales , la fermentacion implica el empleo de microorganismos para llevar a cabo transformaciones de la materia organica catalizadas por enzimas. la fermentacion ha sido realizada como un arte durante muchos siglos ;por ejemplo , la elaboracion del vino se cree que se practicaba ya al menos 10.000 años a.c mientras ue los historiadores creen que los egipcios producian cerveza en los años 5000-6000 a.c . dejando germinar la cebada en vasijas de barro y despues estrujandolas , amasandolas y finalmente remojandola con agua para obtener la bebida .hacia el año 4000 a.c los egipcios utilizaron las levaduras para la produccion para la produccion de dioxido de carbono para el hinchamiento de la masa de pan . en mejico , los antiguos aztecas recogian algas del genero spirulina de estanques alcalinos para el consumo alimentario .las primeras bebidas para destilar alcohol datan del año 10.000 a.c en china .


la era moderna de la tecnologia de la fermentacion industrial :
(reseña)

Antoine van leeuwenhoek , un holandes pionero en el uso del microoscopio , fue el primero en observar las levaduras al examinar gotas de cerveza fermentada con un microoscopio primitivo en 1680, aunque este descubrimiento pronto fue olvidado y la fermentacion continuo siendo estudiada casi exclusivamente por los quimicos de la epoca , como habia ocurrido hasta entonces , quienes no consideraron que en este proceso no estviera implicada materia viva.en 1847, blondeau ,estudio las fermentaciones que implicaban a los acidos lactico, butiridico y acetico y a la urea y parece que el fue el primero en manifestar que las diferentes fermentaciones eran llevadas a cabo por distintos ¨hongos¨. a pesar de estas observaciones , no fue hasta 1856-7 cuando louis pasteur , habiendo llevado a cabo investigaciones detalladas acerca de las fermentaciones de la cerveza y el vino , concluyo finalmente que las levaduras vivas fermentaban el azucar en etanol y dioxido de carbono , cuando eran obligadas a vivir en ausencia de aire , pasteur tambien estudio muchas otras fermentaciones . por ejemplo , observo que un organismo ( probablemente el penicillium ) fermentantaba selectivamente el D-tartrato amonico en una mezcla racemica de D y L-tartrato ; tambien observo como unos organismos cilindricos producian acido butirico solo en condiciones anaerobias y ademas investigo la produccion de acido acetico por fermentacion.


Levaduras de panaderia y proteinas de organismos unicelulares

en el seiglo XVII, los panaderos obtenian sus levaduras de las fabricas de cerveza locales, aunque, debido a su sabor amargo y a las actividades de fermentacion variables, estas levaduras substituyendose gradualemente por las procedentes de las levaduras de elaboracion de bebidas alcoholicas, que a su lo fueron por las de panaderia. las primeras levaduras procesasdas de panaderia se obtubieron aproximandamente en 1781 utilizando un proceso denominado "holandes" y despues por un proceso llamado "viena".

vision proyecto

VISION:

Aplicando todo lo aprendido en el diseño de la planta de fermentacion podremos diseñar sistemas de fermentacion que se aplicaran a la industria creciente en muchos campos como en la produccion de acidos de mayor calida, mayor extracion de alcohol, un laboratorio mas eficiente, con una mejor distribucion y genere mas empleos y menores costos en la produccion.

Mision proyecto

MISION:

Realizar un proyecto en la cual se vea reflejado nuestra capacidad de investigacion, desarrollo y diseño para implementar una planta piloto en el sena en la cual se puedan desarrollar productos para que este los utilice.

Queremos investigar sobre la fermentacion de desechos con la cual podremos desarrollar un sistema de fermentacion con el cual generemos gases utilizables en la cocina con la cual se reduscan los gastos de mantenimiento del sena.

Tambien podremos utilizar estas obtenciones para una mejor calidad de practicas que se puedan desarrolloar.