A la fecha no se sabe que se haya realizado un estudio como el incluido en esta tesis, y se considera que los resultados aquí presentados representan un avance en la aplicación de la biotecnología en el sector de la caña de azúcar. A partir de los parámetros de escala elegidos, obtenidos a nivel de laboratorio, como la relación actividad enzimática/sustrato (7 unidades/g de sacarosa), la temperatura (60°C), el tiempo de residencia (12 horas), la velocidad de agitación (150 rpm ) y las reacciones de síntesis enzimática realizadas a nivel de laboratorio, es posible ampliar el proceso de síntesis de FOS a nivel piloto.
Objetivo General
Objetivos Específicos
Alimentos Funcionales
- Prebióticos
- Fructanos
- Fructooligosacáridos (FOS) de cadena corta
- Consumo de FOS en la dieta diaria
- Efectos fisiológicos de los FOS
- FOS como fibra
- Digestibilidad de los FOS
- Proceso de obtención de los FOS
- Características y fuente de las enzimas
9 obtenidos dependerán de la fuente de donde se extraigan (achicoria, alcachofa, cebolla, entre otras) así como de las condiciones de almacenamiento (Modler, 1994). El efecto prebiótico de los FOS depende de la dosis y la duración del tratamiento.
La caña de azúcar
La caña de azúcar es una planta tropical relacionada con el sorgo y el maíz. En su tallo se acumula un jugo rico en sacarosa, que al extraerse en el ingenio azucarero produce azúcar. También se pueden conseguir derivados como alcohol, combustibles, fertilizantes, piensos para animales, etc. ; Esto da origen a una agroindustria que genera empleos que participan directamente en la economía nacional (Rodríguez 2005; Santana 2010). La sacarosa y la celulosa son los principales constituyentes químicos de la caña de azúcar, cada uno compuesto por azúcares simples como la glucosa (dextrosa) y la fructosa (levulosa), que están presentes en cantidades menores que la sacarosa.
Escalamiento
Definición
En este método, los modelos predicen el efecto de la escala sobre el comportamiento de las operaciones unitarias. Otra opción es probar un diseño de escala comercial diferente en el que se pueda aplicar un método de escala diferente.
Plantas piloto
En el siguiente nivel de escala, los resultados se utilizan para validar o ajustar el modelo. Identificación del proceso de síntesis, cribado de alternativas de proceso y en el caso de procesos bioquímicos también de microorganismos. Diseño, mejora, escalamiento y optimización de procesos y producción de muestras de productos. a) Báscula de banco. i) Diseño de las etapas preliminares del proceso. ii) Adquisición de datos para el desarrollo del concepto de proceso. iii) Mejorar el funcionamiento de los procesos unitarios.
El tipo de modelo de escala depende tanto del proceso en cuestión como de la geometría del equipo involucrado.
Similitud
La similitud geométrica se define en términos de correspondencia; Esto existe cuando entre dos sistemas, la relación de sus dimensiones significativas es la misma para cada sistema. La relación entre dos cuerpos en la que las relaciones de escala son diferentes en diferentes direcciones se llama similitud distorsionada. La semejanza estática se da en cuerpos rígidos sometidos a esfuerzos constantes y se define como: “Los cuerpos geométricamente similares también lo son estáticamente cuando, al ser sometidos a esfuerzos constantes, sus deformaciones relativas son tales que permanecen geométricamente similares”; por lo que la relación de los desplazamientos respectivos será igual a la relación de escala.
Los sistemas en movimiento con similitud geométrica están en similitud cinemática cuando las partículas correspondientes siguen trayectorias geométricas correspondientes en intervalos de tiempo correspondientes.
Transferencia de masa
El estudio de la transferencia de masa se basa en la ley de conservación de la materia (UNAD; Geankoplis 2006). En el caso del flujo turbulento, en el núcleo de la fase, el proceso de transferencia de masa a la interfaz o viceversa se realiza en paralelo mediante difusión molecular y turbulenta. La resistencia total de transferencia de masa entre las fases será la suma de las resistencias de las fases y de la interfaz.
Está definido por la primera ley de Fick (Geankoplis 2006), que establece que la cantidad de masa que hay.
Obtención del sustrato
Extracción y Concentración del jugo de caña
Parámetros del sustrato
Ambas mediciones se realizaron con jugo concentrado a una temperatura de 60°C, debido a que la reacción de síntesis se realizaría a esa temperatura. La viscosidad se midió con un reómetro AR 1000 (Figura 5.5) con geometría "bob and cup", con una relación de radio interior y exterior de 0,92 en el sistema de cilindros concéntricos.
Obtención del biocatalizador
Producción del biocatalizador
Concentración del biocatalizador
51 Pellicon (Figura 5.6) con el fin de conseguir toda la biomasa en un volumen menor y para ello el producto del reactor pasó a través de una membrana de 0,22 µm con una presión transmembrana de 15 psi. Del proceso de filtración por membrana se salvó el caldo, ya que contenía la levadura con la enzima de interés. Luego de la reducción volumétrica, el material de almacenamiento se sometió a un proceso de centrifugación que se realizó a 2817 x g durante 10 min para eliminar por completo el medio de cultivo, quedando solo la biomasa.
Permeabilización de células
Reacciones de síntesis
Análisis mediante HPLC
Estimación de la actividad enzimática de la levadura
El análisis de la reacción se realizó mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) con una columna BioRad Animex HPX-87C 250 mM. 55, que puede realizar la reacción de síntesis (Vmax) y estimar la concentración de saturación de la enzima con el sustrato (Km). Cada muestra se analizó por duplicado y al promediar las dos se obtuvieron los valores estimados de Km y Vmax para realizar el análisis de transferencia de masa.
Se menciona que debido a que el proceso de reacción de síntesis se realizó con la célula completa de Candida apicola, estos valores reportados de Km y Vmax no son absolutos, sino que son valores considerados para permitir realizar el análisis de transferencia. masa.
Análisis de transferencia de masa
Esta ecuación es resultado de experimentos realizados por otros autores (Levins & Glastonbury 1972) con una desviación estándar del 8,3%, y utilizada por Alvarado (2010) en el cálculo del coeficiente de transferencia de masa en la reacción de síntesis de FOS a partir de sacarosa, que Relaciona el número de Reynolds, el número de Schmidt y las relaciones geométricas del reactor. El término se introduce en las ecuaciones 5.2 y 5.5 porque las condiciones turbulentas se caracterizan en términos de potencia por unidad de masa (ɛ) (Levins y Glastonbury 1972). Sí, la velocidad de transferencia de masa es mucho mayor que la velocidad de reacción y la reacción general está controlada por la reacción enzimática.
Sí, la velocidad de reacción es mucho mayor que la velocidad de transferencia de masa y la reacción general está controlada por la transferencia de masa.
Obtención del sustrato
Concentración del jugo de caña
Escalado del proceso de obtención de fructooligosacáridos a partir de jugo de caña de azúcar mediante síntesis enzimática con una cepa de Candida apicola. Según las tablas de propiedades de saturación del agua (Tablas 6.1 y 6.2) de Moran y Shapiro (Moran & Shapiro 2006), se calculó la temperatura de vaporización del agua en estas condiciones de presión; Sin embargo, los valores requeridos no están especificados en la tabla, por lo que se tuvo que hacer una interpolación. Con este proceso se obtuvieron 108,57 L de jarabe de jugo de caña con una concentración final de 70 ± 1,5°Brix, que sirvió como sustrato para la reacción de síntesis.
El balance de materia de la concentración de jugo de caña se puede ver en la figura 6.1, que muestra que se pueden obtener 142,47 kg de jugo concentrado a partir de 1090 kg de caña concentrándolo a 70°Brix.
Medición de la densidad del jugo concentrado
64 Debido a que el vacío en la cámara de vaporización estaba entre 550 y 600 mm Hg, la vaporización se realizó a una temperatura promedio de 38,20 °C.
Medición de la viscosidad del jugo concentrado
Producción del biocatalizador
68 Se observó que con el tiempo y la deformación concentrada en la bodega, el flujo de permeado disminuía, por lo que se decidió que cuando fuera ~150 se aplicara un tratamiento de limpieza de membrana con NaOH para recuperar sus condiciones. la membrana se limpió con NaOH 0,1 N para recuperar el fundente y continuar con la filtración por lotes (Tabla 6.5). Luego de concentrar la biomasa, se realizó la centrifugación obteniendo 200 g de biomasa y se midió la actividad enzimática mediante la técnica DNS (Cruz 2015) para verificar la funcionalidad del lote; El proceso de separación final produjo 1200 g de biocatalizador, que contenía una actividad enzimática de 1250 U/ml. La Figura 6.3 muestra el procesamiento de un lote de producción de biocatalizador de 100 litros a partir de un inóculo en medio YPD, pudiéndose obtener un total de 1200 g de biocatalizador en forma líquida a 1250 U/ml.
Reacciones de síntesis
Asimismo, se puede observar en la Figura 6.5 que la producción de FOS se mantuvo bastante estable durante el tiempo que duró la reacción (10 horas). Asimismo, se obtuvo el cromatograma (Figura 6.6) de la cinética de la reacción de síntesis de FOS para la reacción realizada a 85 rpm, donde a diferencia de la anterior (Figura 6.4), se puede observar que existe un aumento en el pico. correspondiente a FOS, lo que indica que existe una mayor síntesis de estas moléculas en esta reacción. En esta reacción (Figura 6.7) se puede observar una mayor acumulación de FOS durante la reacción de síntesis respecto a la realizada con menor agitación, así como un mayor consumo de sacarosa en un menor tiempo y una mayor liberación de glucosa y fructosa.
Dado que esta reacción se llevó a cabo a una velocidad de agitación de 85 rpm, la transferencia de masa fue mayor que la obtenida en la reacción de síntesis llevada a cabo con una agitación más baja.
Obtención de la actividad enzimática de la levadura
También se evaluaron otras diluciones (1:4000 y 1:8000), las cuales no alcanzaron los límites necesarios para el análisis con la curva de calibración (Figura 6.9) y debido a que la dilución 1:6000 fue la que dio un resultado que debía ser analizado dentro de los parámetros de la curva; Con él se analizó obteniendo los datos que se muestran en la Tabla 6.9. Utilizando los datos anteriores (Tabla 6.10) se realizó una gráfica (Figura 6.10) para estimar los parámetros cinéticos deseados y linealizando los datos obtenidos se estimaron los valores de Km y Vmax para la levadura en cuestión y estando en condiciones adecuadas. para permitir que se realice el análisis de transferencia de masa requerido. Se obtuvo el inverso de los datos anteriores (Tabla 6.11) para poder crear una gráfica lineal (Figura 6.11) y así estimar los valores deseados de Km y Vmax.
Alvarado & Maugeri 2010), en el que también se realizaron reacciones de síntesis de FOS (Tabla 6.13); Sin embargo, el valor de Vmax es superior al obtenido con otros microorganismos; Esto puede deberse a que fue utilizado en este trabajo.
Análisis de transferencia de masa
De acuerdo a los resultados de las reacciones se obtuvo una mejor eficiencia en la reacción realizada con mayor agitación, esto se debe a que el proceso de difusión en este caso fue por convección forzada, la cual se puede manipular mediante control de agitación; permitiendo así una transferencia de masa adecuada para el proceso. Analizando el número de Damköhler se puede observar que ambas reacciones dan un valor mayor que 1, y dado que este valor representa la relación entre la velocidad de reacción y la transferencia de masa; Podemos concluir que (Radovich 1985; Ingeniería CUdCEe (2016) Datos actuales de la estación meteorológica del Instituto de Astronomía y Meteorología del Departamento de Física CUCEI.
Rodríguez L (2005) Establecimiento de un procedimiento para la conservación de la variedad POJ de jugo de caña de azúcar (Grado Chía: Universidad de la Sabana.
