agitado
agitado
agitado
agitado
LUZ MARÍA PONCE PATIÑO
LUZ MARÍA PONCE PATIÑO
LUZ MARÍA PONCE PATIÑO
LUZ MARÍA PONCE PATIÑO
NATALIA E. BOBADILLA CUBEROS
NATALIA E. BOBADILLA CUBEROS
NA
NAT
TALIA
ALIA E. BO
E. BOBADILLA
BADILLA CUBEROS
CUBEROS
Asesora: Juliana Osorio Echavarría
Asesora: Juliana Osorio Echavarría
Asesora: Juliana Osorio Echavarría
Asesora: Juliana Osorio Echavarría
GRUPO DE BIOPROCESOS
GRUPO DE BIOPROCESOS
GRUPO DE BIOPROCESOS
GRUPO DE BIOPROCESOS
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
CONTENIDO
CONTENIDO
CONTENIDO
CONTENIDO
___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ____ ____ ____ ____v
v
Planteamiento del Problema.
Planteamiento del Problema.
v
v
Objetivos.
Objetivos.
v
v
Antecedentes.
Antecedentes.
v
v
Marco teórico.
Marco teórico.
v
v
Metodología.
Metodología.
v
v
Resultados y Análisis.
Resultados y Análisis.
v
v
Conclusiones.
Conclusiones.
v
v
Recomendaciones y
Recomendaciones y T
Trabajos a F
rabajos a Futuro.
uturo.
v
v
v
Objetivos.
Objetivos.
v
v
Antecedentes.
Antecedentes.
v
v
Marco teórico.
Marco teórico.
v
v
Metodología.
Metodología.
v
v
Resultados y Análisis.
Resultados y Análisis.
v
v
Conclusiones.
Conclusiones.
v
v
Recomendaciones y
Recomendaciones y T
Trabajos a F
rabajos a Futuro.
uturo.
v
s coloreadas por pérdida entre el 10 y 15 % del colorante (Aprox. 1 millón de kg)
s coloreadas por pérdida entre el 10 y 15 % del colorante (Aprox. 1 millón de kg)
a y problemas en la salud humana debido a la actividad tóxica, carcinogénica, mutag
a y problemas en la salud humana debido a la actividad tóxica, carcinogénica, mutag
Tratamiento de Efluentes
Tratamiento de Efluentes
Biorremediación
Biorremediación
Hongos de la pudrición blanca de la m
Hongos de la pudrición blanca de la m
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ____ ____ ____ ____
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________
____ ____
Identificar el perfil cinético de fermentación del hongo
Anthracophyllum discolor y evaluar el potencial de
degradación con el colorante Turquesa Erionyl empleando un
reactor de tanque agitado.
Específicos
Determinar la cinética de fermentación Anthracophyllum
discolor en un biorreactor de tanque agitado con capacidad de
7 Litros.
Determinar la velocidad de degradación del colorante
Turquesa Erionyl de aplicación industrial por la acción del
hongo
Anthracophyllum discolor
.
ANTECEDENTES
ANTECEDENTES
____________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________ __________ __________Decoloración > 80%
Colorante disperso (Red-553)
Reactor de película fija
Decoloración > 95%
Colorantes tipo azo
Reactor RBC
(contacto biológico rotativo)
El tratamiento de colorantes mediante hongos lignolíticos ha sido
estudiado utilizando diferentes tipos de reactor en cepas como:
Phanerochaete chrysoporium, Phanerochaete sórdida, Lentinula
edodes, Trametes versicolor, etc.
Hasta el momento el
Anthracophyllum discolor
solo se ha usado
para biorremediación de suelos en reactor y para decoloración en
matraces.
Los hongos son organismos eucarióticos que poseen una
pared
celular
gruesa,
heterótrofos,
cenocíticos,
normalmente se reproducen por esporas.
Los hongos lignolíticos,
hongos de la pudrición blanca de
la madera
son en su mayoría un grupo específico de
basidiomicetos, los cuales transforman la lignina
(heteropolímero muy recalcitrantre) en compuestos menos
complejos logrando su mineralización.
Compuestos recalcitrantes
degradados
Hongos Ligninolíticos
Lignina
Bifenilos policlorinados
Hidrocarburos policíclicos
aromáticos
Plaguicidas clorados
(Pentaclorofenol-PCP) y
organofosforados
Colorantes de tipo azo,
trifenilmetano, heterocíclicos y
complejos de ftalocianina
Pleurotus spp.
Trametes versicolor
Phanerochaete chrysosporium
Bjerkandera adusta
Coriolopsis gallica
Stereum hirsutum
MARCO TEÓRICO
MARCO TEÓRICO
___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ____ ____Peroxidasas
Lacasas
El proceso está basado en la producción de radicales
libres, lo cual permite que estas enzimas sean
catalíticamente activas sobre una gran diversidad de
sustratos orgánicos.
Lignino Peroxidasa (LiP)
Manganeso Peroxidasa (MnP)
MARCO TEÓRICO
MARCO TEÓRICO
___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ____ ____Figura 4. Cuerpo fructífero del
Anthracophyllum discolor
El
Anthracophyllum discolor
(
A. discolor
) es una cepa
fúngica chilena, produce las
principales
enzimas
lignolíticas: LiP, MnP y
Lacasa.
El crecimiento celular dentro de un reactor batch, se detiene cuando
se llega a algún tipo de limitación, al no haber regeneración de medio.
MARCO TEÓRICO
MARCO TEÓRICO
___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ____ ____Figura 6. Estructura química del
Turquesa Erionyl®
produce tonos de color azul
intenso, tiene una deficiente
eliminación por adsorción y
un grado de bioeliminación
menor al 10% (recalcitrante)
debido a su grupo cromóforo,
Ftalocianina de cobre.
Se usa para nylon, lana, seda,
especialmente en la industria
del jean.
La transferencia de oxígeno en sistemas biológicos puede ser descrita
mediante la teoría de las dos películas.
Etapa I
, ocurre la saturación de la interfase.
Etapa II
, el paso de las moléculas de oxígeno de la interfase, desde la
película del líquido hasta el seno del mismo.
MARCO TEÓRICO
MARCO TEÓRICO
___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ____ ____Parámetro
Sin Corrección
Con Corrección
Velocidad
específica de
consumo de
oxígeno (
QO
2)
Coeficiente global
de transferencia de
masa (
k
La)
Tabla 2. Ecuaciones para el QO2 y kLa con y sin corrección por tiempo de respuesta del sensor de
Ecuación 1. Balance de materia simplificado (Ley de Fick)
METODOLOGÍA
METODOLOGÍA
___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ____ ____METODOLOGÍA
METODOLOGÍA
___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ____ ____Puesta a punto del reactor
Puesta a punto del reactor
§
Técnicas Analíticas
§
Funcionamiento del reactor
§
Pre-experimentación
Cinética de Fermentación
Cinética de Fermentación
§
Medio Kirk
§
Medio Kirk Modificado
Degradación del Turquesa Erionyl
Degradación del Turquesa Erionyl
§
§
Adicionándolo desde el día 0
Adicionándoloel día de mayor actividad enzimát
Transferencia de Oxígeno
Transferencia de Oxígeno
§
Velocidad específica de consumo de oxigeno (
Gráfica 1. Cinética de crecimiento y producción de enzimas ligninolíticas en medio Kirk con el
LiP
9,92 ± 0,298 U/L (día 3)
MnP
1,53 ± 0,41U/L (día 7)
RESULTADOS Y ANÁLISIS
RESULTADOS Y ANÁLISIS
___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ____ ____Gráfica 2. Cinética de crecimiento y producción de enzimas ligninolíticas en medio Kirk modificado con
Niveles máximos
LiP 13,559 ± 0,023 U/L(día 3)
MnP
1,698 ± 0,077 U/L(día 10)
RESULTADOS Y ANÁLISIS
RESULTADOS Y ANÁLISIS
___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ____ ____Gráfica 4. Cinética de degradación del Turquesa Erionyl por el Anthracophyllum discolor, en
Niveles máximos
LiP
31,82 ± 0,55 U/L (día 7)
MnP
11.1 ± 0,019 U/L (día 9)
Decoloración91,84%
Velocidad de degradación53mg/L.d
(Dia 0-3)
14,52mg/L.d(Día 3-7)
Figura 11. Muestras diarias degradación del colorante
Turquesa Erionyl
RESULTADOS Y ANÁLISIS
RESULTADOS Y ANÁLISIS
___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ____ ____Gráfica 5. Cinética de degradación del Turquesa Erionyl por el Anthracophyllum discolor, en medio Kirk Modificado, con
inyección del colorante al 4º día. Oxígeno Di uelto (▲ ) Gl
a (♦) pH (■) MnP (●) LiP (○) Turquesa Erionyl (◊)
Niveles máximos
LiP
39, 857 ± 0,223 U/L (día 7)
MnP
6,165 ± 0,040 U/L (día 7)
Decoloración
Gráfica 6. Cinética de degradación del Turquesa Erionyl por el A. discolor. En medio Kirk modificado. En
Decoloración
81,6%
LiP
84,945 ± 10,49U/L(día 2)
MnP
5,642 ± 0,07 U/L (día 4)
RESULTADOS Y ANÁLISIS
RESULTADOS Y ANÁLISIS
___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ____ ____Sin Corrección
Con Corrección
Gráfica 8. Curva de Tiempo de Respuesta del sensor de oxígeno en uno de los ensayos
v
La composición del medio de cultivo Kirk Modificado es más apropiada
que la propuesta originalmente por Kirk, para la producción de enzimas
ligninolíticas del hongo Anthracophyllum discolor, en un biorreactor de
tanque agitado con capacidad de 7 Litros, revelando buenos perfiles
cinéticos en el cultivo con máxima actividad enzimática en la fermentación
de (día 3) para la LiPy de (día 10) para la MnP, además de las curvas
durante la decoloración con actividad máxima de 30,2 ± 0,38 U/L para la Li
y 11,1 ± 0,019 U/L para la MnP. A pesar de esto, la producción enzimática en
el reactor, no fue comparable con lo encontrado en matraz evidenciando la
influencia general del estrés hidraúlico, la agitación y la aireación en este
proceso.
v
El porcentaje máximo de decoloración obtenido para el Turquesa Erionyl
fue del 91,84% con una velocidad de degradación de 53,0mg/L.d, por
acción del Anthracophyllum discolor en el biorreactor con medio Kirk
Modificado, aunque a producción de enzima fue superior en erlenmeyer la
decoloración en biorreactor fue mejor.
CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ____ ____sucedió al suplementar el medio con colorante desde el inicio de la
fermentación en el reactor y no al inyectar el colorante en el día de mayor
producción de enzimas que alcanzó un valor máximo de 81,6 % con una
velocidad de degradación de 250,26mg/L.d.
v
La velocidad específica de consumo de oxígeno (QO2) del
Anthracophyllum discolor con medio Kirk Modificado, corregido por el
tiempo de respuesta del electrodo de oxígeno fue de , siendo este el primer
reporte realizado de este parámetro.
v
El coeficiente global de transferencia de masa para el reactor de tanque
agitado de 7L bajo las condiciones de operación del estudio y corregido
por tiempo de respuesta del electrodo de oxígeno fue de .
v
Realizar estudios con variación del pH inicial con el fin de
encontrar el pH óptimo para producción de enzimas
(decoloración).
v
Hacer pruebas para verificar la disminución de toxicidad en
el efluente con mediciones de la DQO, DBO y prueba con
microorganismos .
v
Realizar análisis por Espectroscopia de Infrarrojo,
Cromatografía Liquida y de Gases Acoplada a Masas.
v
A partir del coeficiente global de transferencia de masa, kLa,
es posible pensar en el escalamiento del proceso de
producción de enzimas.
v
Implementar a futuro una técnica de tratamiento con
producción de enzimas ligninolíticas efectiva y viable
económicamente a nivel industrial.
RECOMENDACIONES
RECOMENDACIONES
___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ ____ ____v
Doran P. M. (1995). Principios de Ingeniería de los Bioprocesos. (1 ed.).
v
García, V. (2004). Introducción a la microbiología (2 ed.). : Editorial EUNED.
v
Mansilla H. (2001). Tratamiento de Residuos Líquidos de la Industria de Celulosa y
Textil. In Eliminación de Contaminantes por Fotocatálisis Heterogénea. Programa
iberoamericano de ciencia y tecnología para el desarrollo - CYTED (pp. 285-294).
v
Martínez S. A. et al. (2005). Tratamiento de aguas residuales con Matlab.
v
Moreira, M. T., Feijoo, G., Lema, J. . (2007). Dynamic modeling of an enzymatic
membrane reactor for the treatment of xenobiotic compounds. Biotechnology and
Bioengineering, 97 (5 ), 1128-1137.
v
Rubilar Araneda O. (2007). Biorremediación de suelos contaminados con
pentaclorofenol (PCF) por hongos de pudrición blanca. Universidad de la Frontera,
Temuco, Chile.
v
Torres A. et al. (2008). Determinación de la velocidad específica de consumo de
oxígeno en microorganismos incluyendo el tiempo de respuesta del electrodo de
oxígeno. Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia(43), 33-41.
v
