PRACTICA 5 PRODUCCION DE BIOMASA EN UN BIORREACTOR DE COLUMNA DE BURBUJAS

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PRACTICA N° 5
PRODUCCION DE BIOMASA EN UN BIORREACTOR DE 
COLUMNA DE BURBUJAS
OBJETIVOS
Evaluar el comportamiento del biorreactor de columna de burbujas, 
durante el proceso de obtención de biomasa de Saccharomyces 
cerevisiae.
Evaluar el rendimiento de biomasa logrado en el sustrato.
Identificar las condiciones en que Saccharomyces cerevisiae realiza la 
reproducción celular
FUNDAMENTO 
Muchas sustancias valiosas económicamente, son producto del 
metabolismo microbiano. La buena marcha de las industrias de bebidas 
y del vino depende de la capacidad de las levaduras para producir 
alcohol. Vitaminas, aminoácidos y otras sustancias químicas son 
fabricadas comercialmente mediante procesos microbiológicos.
Los procesos de conversión del sustrato en un nuevo producto, es 
posible si se garantiza el crecimiento celular del microorganismo de 
interés, por ello el interés del investigador en evaluar el crecimiento 
microbiano, mediante pruebas rápidas como: recuento celular, 
determinación del peso húmedo o del peso seco. El aumento 
considerable de la población del microorganismo de estudio constituye lo
que se conoce como biomasa, y es punto de partida para el desarrollo de
cualquier proceso biotecnológico y especialmente el fermentativo.
El funcionamiento de cualquier birreactor depende de muchas funciones 
incluyendo:
La concentración de la biomasa, la cual debe permanecer alta;
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El mantenimiento de las condiciones estériles;
Distribución uniforme del sustrato y microorganismo en el reactor;
Eliminación del calor generado.
Hay tres grupos de biorreactores usados actualmente para la producción
industrial:
No agitados, sin aireación (86%)
No agitados, con aireación (11%)
Agitados, con aireación (13%)
BIORREACTORES SIN AGITACION Y CON AIREACION
 
En los reactores de columna de burbujas, la aireación y la mezcla se 
alcanza mediante la inyección de gas, proceso que requiere menos 
energía de adaptación mecánica. Las columnas de burbujas se emplean 
industrialmente para la producción de levadura de panadería, cerveza y 
vinagre, y en el tratamiento de aguas residuales. En la producción de 
levadura de panadería es normal utilizar una relación altura-diámetro de
3:1, mientras que en otras aplicaciones pueden utilizarse torres con 
relaciones de 6:1. En los reactores muy altos se instalan placas 
horizontales perforadas para evitar la coalescencia de las burbujas y 
lograr una mejor redistribución del aire.
Las ventajas del reactor de columna de burbujas incluyen los bajos 
costos de capital, la ausencia de partes móviles y un adecuado 
rendimiento de la transferencia de materia y de la transmisión de calor. 
La presencia de espuma puede ser un problema y ser necesario un 
dispersor mecánico o un agente antiespumante. La hidrodinámica de la 
columna de burbujas y las características de la transmisión de calor 
depende por completo del comportamiento de las burbujas formadas en 
el difusor.
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MARCO EXPERIMENTAL 
Materiales 
Muestra: Un litro de mosto de uva filtrado, sin adición de azúcares
.Material biológico: Cultivo de repique de cepa de Saccharomyces 
cerevisiae. También se puede usar la levadura que se emplea para 
panadería.
Material y equipo de laboratorio:
Un reactor de columna de burbujas de vidrio.
Purificador de aire
Una bomba de aire
Cocina semindustrial
Olla
Mostímetro
Brixómetro
Equipo de titulación
Matraces tipo erlenmeyers de 125ml
Baguetas de vidrio
Reactivos
Agua destilada
Indicador fenolftaleína
Solución de NaOH 0.1 N
MÉTODOS
 
Higienización del reactor:
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Considerando que las condiciones de esterilidad garantizan el desarrollo 
microbiano en el sustrato, se realizará una “esterilización química”, 
empleando hipoclorito de sodio y alcohol yodado.
El reactor diseñado como resultado de la primera práctica se lavará con 
cuidado y minuciosidad empleando para ello la sustancia adecuada 
(crema de lavar) y agua, seguidamente se limpiará interna y 
externamente con algodón empapado de alcohol yodado. La limpieza se 
realiza a todo el equipamiento incluyendo el purificador de aire y sistema
de mangueras.
La producción de biomasa se realizará en un tiempo máximo de 4 días al
final del cual el alumno deberá reportar el peso de biomasa en función a 
la unidad de volumen (producción), y en función a la unidad de volumen 
y tiempo (productividad).
Pasteurización del medio de cultivo o sustrato:
Se realizará una pasteurización en tanque abierto del mosto, con 
cáscaras pero sin semillas; filtrándose se embotella en caliente y se 
enfría rápidamente en agua corriente.
 Inoculación de la levadura:
Se realiza el montaje del reactor higienizado, el sistema de purificación y
bombeo de aire. Se llenará con el mosto pasteurizado frío, evitando las 
contaminaciones. Se inoculará al 1% de un cultivo repicado de la cepa.
En el caso de la levadura de panadería se debe de realizar su respectiva 
activación para proceder a la inoculación.
 Aireación de mosto:
Se bombeará al sistema, aire purificado, cinco veces al día (para 
ajustarse al horario disponible por el estudiante) por un espacio de 15 
minutos.
 Controles a realizar:
El primer y último día debe verificarse la presencia de azúcares 
reductores.
El equipo de producción de biomasa debe trabajar por un máximo de 4 
días.
Diariamente, siempre a la misma hora realizar los siguientes controles:
Acidez
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Grados brix
Presencia de azúcares reductores.
Aumento de la biomasa (Peso seco).
Tomar 20 ml de muestra diario en un frasco para muestra y almacenar 
en condiciones de refrigeración para ser procesadas el día cuarto. En 
dichas muestras se evaluará el peso de biomasa húmeda o biomasa seca
y se expresará como: (gml-1 ó gl-1) y (gml-1 h-1 ó gl-1 h-1).
RESULTADOS
Los datos registrados se reportarán del modo siguiente:
Construya la gráfica: tiempo de producción vs grados brix y explique el 
comportamiento de dicha curva
Días brix
1 12
2 4
3 4
4 3.5
5 3.5
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Construya las gráficas: tiempo de producción vs producción de biomasa, 
tiempo de producción vs productividad de biomasa y explique el 
comportamiento de dichas curvas.
tiempo de producción vs producción de biomasa
tiempo levaduras
1 4200000.00
2 8750000.00
3 13400000.00
4 13700000.00
5 16600000.00
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tiempo de producción vs productividad de biomasa
tiempo pH
1 4.32
2 4.44
3 4.42
4 4.46
5 4.48
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CUESTIONARIO
¿Cuáles serán las desventajas del uso del reactor de columna de 
burbujas para mostos de alta densidad y/o viscosidad?
Este tipo de biorreactor carece de un sistema de transmisión mecánica 
para mezclar el caldo de cultivo, es básicamente un contenedor 
cilíndrico con un eyector de gas en el fondo
¿Qué características debe tener un birreactor de columna de burbujas de
relación altura: diámetro 6:1, y señale que es coalescencia de burbujas?
Fase solida (microorganismo) «disuelta» en fase liquida 
Células susceptible de daño celular 
Microorganismos floculantes (Lecho fluidizado trifásico) 
Procesos: producción de cerveza, vinagre. Levadura de pan , SCP, aguas 
residuales 
 Características de diseño - Distribuidores de gas parte inferior de 
recipiente - Parte superior con mayor diámetro (arrastre) 
Control por velocidad de transporte de oxígeno.…Sistema bifásicos 
(control película liquida) 
Diseño: f (flujo en el recipiente) f (mezcla axial)…. Modelo de dos zonas 
(3) 
¿Qué otros métodos existen para evaluar el crecimiento celular en 
mostos?
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Las técnicas de recuento microscópico de células sin fijar usando 
microscopía de contraste de fae. Para ello se cuenta el número de 
partículas en un volumen determinado usando una célula de Petroff-
Hauser o de Neubauer 
Contaje de partículas utilizando sistemas automáticos del tipo Coulter 
Counter
Técnicas de recuentoen placa.
Técnicas turbidométricas basadas en la medida de la turbidez de los 
medios de cultivo en los que crecen microorganismos unicelulares
Medida de peso seco. 
 Medida del ATP. 
CONCLUSIONES
Las columnas de burbujas se emplean industrialmente para la 
producción de levadura de panadería, cerveza y vinagre, y en el 
tratamiento de aguas residuales durante el proceso de obtención de 
biomasa de Saccharomyces cerevisiae.
El el procedimiento que se realizó El reactor diseñado como resultado de
la primera práctica se lavará con cuidado y minuciosidad empleando 
para ello la sustancia adecuada (crema de lavar) y agua, seguidamente 
se limpiará interna y externamente con algodón empapado de alcohol 
yodado. La limpieza se realiza a todo el equipamiento incluyendo el 
purificador de aire y sistema de mangueras
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Díaz, R., Gamazo, C., López‐Goñi, I. 2002. Manual práctico de 
microbiología. Elservier (Ed), España, pp. 1‐235. 
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http://www.beckman.com/products/instrument/PartChar/pc_multisizer3.asp
http://www.beckman.com/products/instrument/PartChar/pc_multisizer3.asp
Carrascosa, A.V., Muñoz, R., González, R. 2005. Microbiología del vino. 
AMV Ediciones (Ed), España, pp. 19‐49, pp. 231‐263, pp. 273‐294. 
Suárez, J.A., Íñigo, B. 2004. Microbiología enológica: Fundamentos de 
vinificación. Mundi‐prensa (Ed) España, pp. 17‐307, pp. 411‐585. 
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