Practica FERMENTACIÓN, AIREACIÓN Y MEZCLA EN UN BIORREACTOR DISCONTINUO

Vista previa del material en texto

PRÁCTICA 4
FERMENTACIÓN, AIREACIÓN Y MEZCLA EN UN BIORREACTOR DISCONTINUO
I.1 Objetivo
En esta primera parte de práctica, vamos a hacer un mescla con levaduras Saccharomyces cerevisae y un
medio de cultivos en diferentes proporciones para ver las corvas de velocidad frente al tiempo según las 
proporciones de enzimas de medio de cultivo. 
I.2 Materiales y métodos 
Por esta parte, utilizaremos :
- Tubos de ensayo 
- medio de cultivo 
- Levaduras de tipo Saccharomyces cerevisae
- Agitador por tubos de ensayo
- Balanza
- sacarímetro de Einhorn
- Incubador a 37°C
Empezamos por mesclar en un tubo de ensayo 1 mililitro de enzimas (mescal de enzimas y medio de 
cultivo) con 14 mililitro de medio de cultivo. Agitamos el tubo y ponemos el contenido del tubo en un 
primero sacarímetro de Einhorn. Entonces mesclamos 2 mililitros de enzimas con 13 mililitros de medio 
de cultivo, lo agitamos y lo ponemos en otro sacarímetro de Einhorn. 
Después, ponemos los dos sacarímetros en el incubador a 37°C y relevamos regularmente el volumen de 
gas producido frente al tiempo.
I.3 Diseño de la experiencia 
Ilustración 1 : Diseño del dispositivo para mesurar el volumen de CO2 durante la fermentación alcohólica
1
1. Escriba el balance energético de la ruta glicolítica. (Valoración 0,25 puntos).
El paso de la glucosa al piruvato. Se formaban dos ATP y dos moléculas de NDAPH
1 Glucosa  2 Piruvato + 2 H2O + 2 ATP + 2 NADH
2. Escriba el balance energético de las rutas metabólicas que sigue el piruvato en la fermentación
alcohólica y en la fermentación láctica. ¿Cuáles son los productos finales de la fermentación
alcohólica? ¿Y de la fermentación láctica?. (Valoración 0,25 puntos).
Fermentación alcohólica: 2 Piruvato (C3H3O3) + 2 NADH + 2 H+  2 Etanol (C2H6O) + 2 CO2 + 2 NAD+
Fermentación láctica: 2 Piruvato (C3H3O3) + 2 NADH + 2 H+  2 Lactato (C3H5O3) + 2NAD+
Productos de la fermentación alcohólica: 2 Etanol (C2H6O) + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O
Productos de la fermentación láctica: 2 Lactato (C3H5O3) + 2 ATP + 2 H+
3. Realice la representación gráfica del volumen de gas producido frente al tiempo de fermentación para 
las fermentaciones ensayadas. (Valoración 1 punto).
0 20 40 60 80 100 120
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
volumen de gas producido frente al tiempo de 
fermentación
Tubo 1 Tubo 2 tubo 3 Tubo 4
Tiempo (min)
Vo
lu
m
en
 (m
l)
4. ¿Cuándo ha empezado la fase exponencial de las fermentaciones? ¿Cree que han finalizado las 
fermentaciones al cabo de 2 horas? (Valoración 0,5 puntos).
Tubo 1: 30 min/ Tubo 2: 20 min/ Tubo 3: 10 min. En el tubo 4 no ha comenzado la fermentación por lo 
que no hay fase exponencial. 
Al cabo de 2 horas no ha terminado la fermentación, necesitaría al menos 24 h para que toda la glucosa 
se consuma. 
2
5. ¿Sería posible obtener etanol o ácido láctico sin producción de biomasa? ¿Ha observado un aumento 
de la turbidez en algún sacarímetro con el paso del tiempo? Razone las respuestas. (Valoración 0,5 
puntos).
No sería posible, primero tendrían que multiplicarse los microorganismos.
Si hemos observado un aumento de turbidez de turbidez, debido al crecimiento de Lactobacillus. Esta 
puede crecer, pero no puede producir CO2. 
6. De los microorganismos utilizados ¿cuál hace fermentación alcohólica y cual láctica? ¿Se observa 
producción de gas en la fermentación láctica? ¿Podrían los dos microorganismos realizar ambos tipos 
de fermentaciones? (Valoración 0,5 puntos).
En la fermentación láctica actúa Lactobacillus y en la alcohólica actúa Sacharomices. 
No, no se produce gas en la fermentación láctica debido a que las bacterias no producen gas. 
No, no podrían los dos microorganismos realizar ambos tipos de fermentaciones debido a que en su 
genoma no existe la información necesaria para producir enzimas para la producción de uno o de otra. 
7. ¿Bajo qué condiciones ha realizado los experimentos, aerobias o anaerobias? ¿Cómo ha mantenido 
esas condiciones? ¿Se podría realizar la fermentación alcohólica en un recipiente herméticamente 
cerrado? (Valoración 0,25 puntos).
En condiciones anaerobias, debido a que se ha liberado CO2 y no se aporta O2. 
En condiciones aerobias no se realizaría la fermentación alcohólica. 
No, no se podría realizar la fermentación alcohólica en un recipiente herméticamente cerrado debido a 
que se generaría mucha presión debido a la liberación de CO2 y podría explotar. 
8. Saccharomyces cerevisiae puede vivir bajo condiciones aerobias ¿Qué tipo de metabolismo realiza en 
aerobiosis? ¿Qué metabolismo le aporta un mayor rendimiento energético el aerobio o el anaerobio? 
¿Produciría etanol en aerobiosis? (Valoración 0,25 punto).
El metabolismo que realiza obtiene como resultado CO2 y H2O. 
El metabolismo que le aporta más rendimiento energético es el aerobio debido a que produce más ATP 
que el anaerobio. 
No, no se produciría etanol. Solo se produciría CO2 y H2O
Inmovilización por atrapamiento en alginato de la enzima catalasa
9. Explique si se ha inmovilizado la enzima catalasa por atrapamiento en alginato. ¿Qué tamaño de 
esferas ha conseguido? ¿Son más densas las bolitas que el agua? (Valoración 1,5 puntos).
Si, si se ha inmovilizado la enzima catalasa por adición de agua oxigenada. Conseguirá esferas de 3 mm
aproximadamente. 
Si, las bolitas son más densas ya que sedimenta cuando se le adiciona agua.
Aireación en biorreactores. Determinación de KLa y velocidad de transferencia de oxigeno
10. Una vez que ha visualizado el efecto del aumento de la velocidad de agitación a un caudal de
aireación constante de 4 lpm, comente e indique para que velocidad de agitación estudiada se
alcanza el punto de redispersión. ¿Si disminuyera el caudal de aireación, se conseguiría el punto de
redispersión a mayores o a menores velocidades de agitación?. (1 punto)
El punto de redispersión se alcanza a 500 revoluciones.
Si disminuyera el caudal de aireación, se conseguiría el punto de redispersión a mayores velocidades de
agitación. 
3
11. Complete la siguiente tabla correspondiente al experimento de determinación del coeficiente de
transferencia de oxigeno. ¿Cuál es el valor de KL a obtenido?. Calcular la velocidad de transferencia
de oxígeno máxima (OTR) del gas al líquido por unidad de volumen de reactor en esas condiciones
de aireación y agitación en kg m-3 s-1. (2 puntos) 
t (min) CL (saturación oxigeno, %) CL (saturación oxigeno, mg/l) Ln (1 - CL/C*)
0 12,8 1,06 -0,136
1,5 18,5 1,5 -0,19
2,5 30,01 2,49 -0,35
4,5 43 3,569 -0,56
10 69,1 5,7353 -1,74
12 73,2 6,07 -1,31
45 96 7,98 -3,26
Caudal de aire: ____4 lpm_______ Velocidad de agitación: _200 rpm________ C*: 100 % = 8,3 mg/l 
KL a: ___0,066_______________ OTR (máxima) (kg m-3 s-1) = KLa C* = 0,066*8,3=0,5478 x 10^-3
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
Concentración frente al tiempo
 Tiempo (min)
ln
 (1
-C
L/
C*
)
Determinación del tiempo de mezcla teórico 
12. Atendiendo al estudio realizado sobre la mezcla en el reactor, complete la siguiente Tabla con los
valores experimentales obtenidos. Calcular el tiempo de mezcla teórico (s) atendiendo a la
geometría del reactor a las distintas velocidades de agitación estudiadas y compárelos con los
valores experimentales obtenidos. Explique y razone sobre los resultados. (2 puntos)
4
0.6 (D/Dr)3 (H/D)
tm (s) = ———————————
N Np
1/3 (Hr/Dr)2/3
Datos: H =11,5 cm D = 12,7 cm Dr = 4,4 cm Hr = 1,2 cm
Velocidad
N (rpm)
Velocidad
N (rps) Rer Régimen NP
Tiempo mezcla
teórico (s)
Tiempo mezcla 
Experim. (s)
50 0,833 1613 Transición 3,9 22,4287703
4 24,2
100 1,667 3227 Transición 4,1 11,0223733
1 11,4
150 2,500 4840 Transición 4,5 7,12515781
4 8,4
200 3,333 6453 Transición 4,7 5,26749422
6 6,2
250 4,167 8067 Transición 4,9 4,15511588
6 4,2
Rer = N Dr
2  /  donde, Dr = 0,044 m
viscosidad del fluido) = 0,001 kg/(m s)
 (densidad del fluido) = 1000 kg/m3
0 50 100 150 200 250 300
0
5
10
15
20
25
30
Velocidad frente al tiempode mezcla experimen-
tal 
Velocidad (rpm)
Ti
em
po
 m
ez
cla
 e
xp
er
m
ie
nt
al
 
El orden que tiene la mezcla es de 4-24 segundo por lo que, podemos decir que se trata de una reacción 
rápida. Y como la agitación pude durar 24 horas, la agitación no serviría porque el agua tiene muy poca 
viscosidad.
5
	I.1 Objetivo
	I.2 Materiales y métodos
	I.3 Diseño de la experiencia