valores codificados
B: Concentración de Melaza
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El proceso se realizó en quince sistemas de fermentación a diferentes niveles de valor de la temperatura de fermentación, concentración de melaza y acidez, mediante el diseño de Box-Behnken para tres variables.
Fig. 02 Efectos principales para la producción de etanol por Saccharomyces cerevisiae FT-858 durante la optimización de tres variables mediante el diseño Box-Benhken
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El proceso se realizó en quince sistemas de fermentación a diferentes niveles de valor de la temperatura de fermentación, concentración de melaza y acidez, mediante el diseño de Box-Behnken para tres variables.
Fig. 03 Interacción de variables para producción de etanol por Saccharomyces cerevisiae FT-858 durante la optimización de tres variables mediante el diseño Box-Benhken
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23 Coeficiente Estimado Constante -51.7222 A (Concentración de melaza) -1.9979 B (Temperatura de fermentación) 5.9069 C(Acidez) -4.1417 AA -0.0766 AB 0.1229 AC 0.5375 BB -0.1285 BC -0.3083 CC -0.0250
Tabla 03. Coeficiente de regresión para producción de etanol por Saccharomyces cerevisiae FT-858 durante la optimización de tres variables mediante el diseño Box-Benhken
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Sistemas de fermentación
Valores Para media
Observados Ajustados Inferior 95% Superior 95%
1 3.25 3.6 2.81292 4.38708 2 3.3 3.225 2.43792 4.01208 3 2.1 2.125 1.33792 2.91208 4 2.65 2.625 1.83792 3.41208 5 1.5 1.55 0.76292 2.33708 6 3.3 2.95 2.16292 3.73708 7 2.1 2.05 1.26292 2.83708 8 3.9 4.225 3.43792 5.01208 9 3.0 3.075 2.28792 3.86208 10 4.55 4.225 3.43792 5.01208 11 2.7 2.975 2.18792 3.76208 12 3.9 3.625 2.83792 4.41208 13 4.0 4.0 3.47528 4.52472 14 4.0 4.0 3.47528 4.52472 15 4.0 4.0 3.47528 4.52472
Tabla 04. Resultados estimados y reales de la producción de etanol por Saccharomyces cerevisiae FT-858 durante la optimización de tres variables mediante el diseño Box-Benhken
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El proceso se realizó en quince sistemas de fermentación a diferentes niveles de valor de la temperatura de fermentación, concentración de melaza y acidez, mediante el diseño de Box-Behnken para tres variables.
Variables Bajo Medio Optimo
Concentración de Melaza 24.00 28.00 24.00
Temperatura de fermentación
28.00 34.00 30.27
pH 3.50 4.50 3.50
Fig. 04 Probabilidad normal para producción de etanol por Saccharomyces cerevisiae durante la optimización de tres variables mediante el diseño Box-Benhken.
Tabla 05. Valores bajos, medios y óptimos de las variables que maximizan la. Producción de etanol por Saccharomyces cerevisiae durante la optimización de tres variables mediante el diseño Box- Benhken.
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El proceso se realizó en quince sistemas de fermentación a diferentes niveles de valor de la temperatura de fermentación, concentración de melaza y acidez, mediante el diseño de Box-Behnken para tres variables.
Fig. 05 Grafica de la superficie de respuesta para un 3.5 pH obtenida por optimización para la producción de etanol por Saccharomyces cerevisiae FT- 858 durante la optimización de tres variables mediante el diseño Box-Benhken
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El proceso se realizó en quince sistemas de fermentación a diferentes niveles de valor de la temperatura de fermentación, concentración de melaza y acidez, mediante el diseño de Box-Behnken para tres variables.
Fig. 06 Grafica de la superficie de respuesta para una concentración de melaza en el mosto de fermentación 24°Brix. obtenida por la optimización para la producción de etanol por Saccharomyces cerevisiae FT-858 durante la optimización de tres variables mediante el diseño Box-Benhken
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El proceso se realizó en quince sistemas de fermentación a diferentes niveles de valor de la temperatura de fermentación, concentración de melaza y acidez, mediante el diseño de Box-Behnken para tres variables.
Fig. 07 Grafica de la superficie de respuesta para una temperatura de 30°C del mosto de fermentación obtenida por la optimización para la producción de etanol por Saccharomyces cerevisiae FT-858 durante la optimización de tres variables mediante el diseño Box-Benhken
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DISCUSIÓN
El crecimiento de S. cerevisiae se ve favorecido por un pH próximo a 4.0 –5.0 y no se desarrollan bien en medio alcalino a menos que se hayan adaptado al mismo. A pesar de la tolerancia bastante amplia de esta levadura para las variaciones de pH a partir de los sustratos habitualmente usados en los medios de cultivo forman productos en especial ácidos que influyen en el crecimiento celular, producción enzimática y utilización de glucosa. Así, por ejemplo, algunas investigaciones han observado que con un pH inicial del medio a valores entre 4.0 y 4.5 se obtiene mejor crecimiento y utilización de glucosa, mientras que la máxima producción de enzima se observa a un pH de 3.0 (Tuite y Oliver, 1991).
El comportamiento de la producción de etanol, con respecto a la temperatura (Observada en el Grafico de Pareto), sugiere la existencia de un cierto valor óptimo de esta variable independiente, a partir del cual, las concentraciones de etanol deben disminuir progresivamente. Desde el punto de vista fisiológico, este hecho estuvo relacionado con la disminución de la tolerancia a etanol por parte de la levadura, a medida que se incrementaba la temperatura. Una temperatura elevada puede ocasionar cambios en la actividad de transporte o en los niveles de saturación de compuestos solubles dentro de las células, lo cual conduce a un incremento en la concentración de etanol intracelular y por ende, de su toxicidad. Con respecto al °Brix, se observó un efecto similar al de la temperatura, pero menos acentuado y de mucha menor significación estadística. Un incremento en la concentración de azúcares fermentables debe conducir a un incremento en la
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concentración de etanol, siempre que la eficiencia de fermentación permanezca constante, lo cual no se corresponde con lo observado experimentalmente. Esta aparente contradicción puede explicarse, principalmente, en virtud del efecto tóxico del etanol sobre la levadura. A partir de una cierta concentración de ART, se alcanzarán concentraciones de etanol que resultarán notablemente inhibidoras para el crecimiento de la levadura y que incrementarán la tasa de muerte celular.
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CONCLUSIONES
Se optimizó la temperatura, la concentración de melaza y el valor del pH en la producción de etanol por Saccharomyces cerevisiae FT 858 en Agroindustrias San Jacinto S.A.A, utilizando el diseño Box-Behnken.
Se determinó mediante el diseño Box-Behnken los valores de las variables que maximizan la producción de etanol por Saccharomyces cerevisiae FT 858 en Agroindustrias San Jacinto S.A.A, las cuales fueron: Concentración de melaza de 24°Brix, Temperatura de fermentación de 30°C y un a un valor de pH de 3.5 para un mosto de fermentación a base de melaza de caña (ART=50.380).