PRACTICA 7 PRODUCCION DE BIOMASA EN UN BIORREACTOR DE COLUMNA DE BURBUJAS

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PRACTICA N° 7
PRODUCCION DE BIOMASA EN UN BIORREACTOR DE COLUMNA DE
BURBUJAS
I. 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
II. 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;
 El mantenimiento de las condiciones estériles;
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 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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III. MARCO EXPERIMENTAL 
III.1. Materiales 
1) Muestra: Un litro de mosto de uva filtrado, sin adición de azúcares
2) .Material biológico: Cultivo de repique de cepa de Saccharomyces
cerevisiae. También se puede usar la levadura que se emplea para
panadería.
3) 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
4) Reactivos
 Agua destilada
 Indicador fenolftaleína
 Solución de NaOH 0.1 N
III.2. MÉTODOS
 
a) Higienización del reactor:
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
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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).
b) 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.
c) 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.
d) 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.
e) 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
 Grados brix
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 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).
IV. RESULTADOS
Los datos registrados se reportarán del modo siguiente:
IV.1. 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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IV.2. Construya las gráficas: tiempo de producción vs producción 
de biomasa, tiempo de producción vs productividad de biomasa y 
explique el comportamiento de dichas curvas.
a. tiempo de producción vs producción de biomasa
tiempo levaduras
1 4200000.00
2 8750000.00
3 13400000.00
4 13700000.00
5 16600000.00
b. 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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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
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