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Producción de α-Amilasas

Reactores Biologicos
by

alba portilla

on 4 January 2013

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Transcript of Producción de α-Amilasas

Indice : PRODUCCIÓN DE -AMILASAS Introduccion Introducción
Microorganismos
Parámetros cinéticos
Medios de cultivos
diseño
composición
Diagrama de flujo del proceso
Diseño del reactor
tipo de reactor
requerimiento de oxígeno
potencia de agitación
dimensionamiento
requerimiento energético
esterilización Viabilidad económica
producción
ventas netas
van, tir
Control
Aplicaciones
Conclusiones
Bibliografía
Anexos
planos
seguridad y normas
cálculos Microorganismos PARÁMETROS CINÉTICOS Medio de cultivo DISEÑO DEL REACTOR PROYECCIÓN Y ESTUDIO DE LA RENTABILIDAD DE UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE α-AMILASAS MEDIANTE EL EMPLEO DE BACILLUS SUBTILIS 1.REFERENCIA
2.BIBLIOGRÁFICAMODELO
3.MATEMÁTICOPROGRAMAS
4.INFORMATICOSEL INGENIO HERRAMIENTAS Amilasa ALFA: GAMMA: Enzima hidrolasa que cataliza la reacción de hidrólisis de los enlaces 1,4 del componente -amilasa al digerir el glucógeno y el almidón para formar azúcares sencillos. Cualquier punto de hidrocarburos.
La más rápida BETA: Desde el extremo no reductor de la cadena.
Vegetales. Rompe más enlaces, más eficaz en medio ácido Ejemplo ¿Dónde podemos encontrarlos? Cereales Fúngico: hongos Bacteriano: bacterias pancreas ELECCIÓN DEL MICROORGANISMO: La primera razón por la que elegimos el bacillus subtilis como microorganismo , fue porque era el que mas bibliografía para diseñar un proceso de obtención de -amilasas.

De entre las cepas disponibles elegimos la bf 7658 , ya que los mejores resultados bibliográficos encontrados son para esta cepa.

La cepa elegida puede obtenerse del instituto de biotecnología: ‘’south china university of technology’’. CARACTERISTICAS GENERALES: Microorganismo gram+

Aerobio y anaerobio facultativoMesofilo

Ph óptimo (4’9 – 9’3)

Es uno de los microorganismo mejor caracterizados dentro de la investigación microbiológica básica y aplicada.

No es un microorganismo patógeno. En este proyecto vamos a realizar el diseño del reactor contemplando dos posibles estrategias , que son :

Trabajar con las células en suspensión.
Trabajar con las células inmobilizadas.

Balances de materia: - Teniendo en cuenta que los datos de crecimiento son mucho mayores , nos queda: Los parámetros de crecimiento de la biomasa en el medio se toman de la gráfica de crecimiento en medio libre que determinamos anteriormente: De modo que podemos expresar la ec. como: La velocidad de crecimiento es proporcional a la velocidad específica de crecimiento y a la concentración de biomasa: Si tenemos en cuenta la ecuación de monod: La ecuación cinética de crecimiento de los microorganismos inmovilizados: La máxima velocidad específica de crecimiento (µmax) y la constante de la ecuación de monod (ks) se determinan aplicando la ecuación de lineweaver-burk: Los valores obtenidos en el artículo bibliográfico tienen los siguientes valores: µmf=0,47/hksf=0,27mg/mL Los resultados obtenidos nos indican que el crecimiento celular se ve reducido por el inmovilizado. PRODUCCIÓN DE ALFA AMILASAS La producción de alfa amilasas por la especie bacillus subtilis es del tipo asociada al crecimiento. En dicho caso beta es cero por lo que conocidos épsilon y mu podremos despejar el valor de alfa para el crecimiento de nuestro microorganismo Despues de seguir los cálculos mencionados , llegamos obtenemos los siguientes parámetros cinéticos: Para crear un medio de cultivo necesitamos una serie de elementos y para conseguir esos elementos unos nutrientes.

Para nuestro cultivo los elementos que necesitamos son el C, N, H, O, Cl, Ca, Na, Mg, S, K, P, Mn, Cu, Fe y Mo.

Y los nutrientes de los que vamos a extraer los elementos serán:
Glucosa
Cloruro de amonio
Cloruro cálcico
Cloruro de sodio
Sulfato de magnesio heptahidratado
Fosfato diácido de potasio
Cloruro de manganeso (II)
Sulfato de cobre (II)
Cloruro de hierro(III)
Molibdato de sodio dihidratado Los precios de los nutrientes que nosotros necesitamos para este medio de cultivo son: MATERIA PRIMA UTILIZADA LACTOSUERO Por motivos económicos y facilidad de obtención hemos optado por seleccionar una fuente de sustrato para nuestros microorganismos que sea la línea de residuos de otra empresa.

Se diseño un medio de cultivo usando lactosuero como fuente carbonatada y nitrogenada, y KCl, MgCl12, MgSO4, CaCl12 y FeSO4 como base mineral (medio W). Se crecieron células de B.Sutilis sobre el medio W y se chequeo la producción de biomasa, enzimas proteolíticas y amilolíticas.

El lactosuero es un subproducto derivado de la fabricación del queso Para la quesería es un residuo al que debe dar una salida que no provoque contaminación en el medio ambiente. DIAGRAMA DE FLUJO Tipo de reactor Requerimientos de oxigeno Calculo de la potencia de agitacion Esterilizacion Secador rotatorio Hornos rotatorio Funcionamiento y caracteristicas 1)Con las dimensiones del tanque calculamos Vg,Vl
2) Calculamos εg.
3) Calculamos ρg
4) Calculamos Na
5) Determinamos Np gráficamente.
6) Calculamos ρg.
7)Hallamos P.
8) Escalamos el resultado a nuestro caso ( 3 veces el caso base) DISCUSIÓN DE RESULTADOS SE IMPULSÓ UNA VELOCIDAD DE AGITACIÓN AL SISTEMA DE 50 rpm





CÁLCULO DE LA VELOCIDAD QUE LLEVA LA PUNTA DE LA PALA: ESTERILIZACION DEL AIRE Para esterilizar la corriente de aire que va al fermentador tendremos que eliminar los microorganismos, partículas de polvo y otros residuos como aceites o elementos químicos no deseados.

Así , no nos bastaría con instalar un único sistema de retención de sólidos sino que tendremos que establecer una configuración de filtros de tamaños de malla de mayor a menor hasta 0,20 μ ( ya que el aire no contiene partículas de un diámetro menor a 0,22 μ).
 
Pensamos que la mejor configuración sería poner un filtro de carbón activo (eliminación de aceites y grasas) o un filtro de profundidad(un filtro creado a partir de muchos filtros de distintas mallas superpuestas para eliminar distintos residuos ). USAREMOS UN EQUIPO DE HORNOS ROTATORIOS PARA EL SECADO DE NUESTRO PRODUCTO.

EL MODELO DE INTERÉS ES UN HORNO ROTATORIO DE SECADO CON CALENTAMIENTO DIRECTO.

TRATAREMOS LA CORRIENTE DE PRECIPITADO , NUESTRO RESIDUO , Y LO ACONDICIONAREMOS PARA DARLE UN VALOR AÑADIDO PUDIENDO VENDERLO A OTRAS EMPRESAS Y ASI OBTENER BENEFICIOS. TRABAJAREMOS EN FLUJO PARALELO DE GAS CALIENTE Y DE MATERIA PRIMA , ESTA CONFIGURACIÓN ES ADECUADA PARA SECAR MATERIAL SENSIBLE AL CALOR.

TAMBIÉN ES CONVENIENTE PARA EL MATERIAL ADHESIVO, MATERIALES CON ALTO CONTENIDO DE HUMEDAD , LODO, ETC...

ESTE SISTEMA DARÁ LUGAR A MAYOR DIFERENCIA DE TEMPERATURA ENTRE EL GAS CALIENTE Y MATERIA PRIMA, Y ENTONCES LA RÁPIDA VAPORIZACIÓN DE LA HUMEDAD EVITARÁ CALENTAMIENTO EL EXCESIVO DEL MATERIAL.

LA CORRIENTE SE SECA RÁPIDAMENTE EN LA ENTRADA. EVITANDO, POR TANTO, LA ADHESIÓN DEL MATERIAL EN LA PARED Y LOS FILTROS. PRECIO APROXIMADO DEL EQUIPO SEPARACIÓN DE ALFA-AMILASAS EN NUESTRO DISEÑO NOS HEMOS DECANTADO POR EL EMPLEO DE UN TANQUE DE PRECIPITACIÓN, POR SER ESTE SISTEMA EL MÁS EMPLEADO A ESCALA INDUSTRIAL EN ESTE TIPO DE PROCESOS (SEGÚN CONSULTAS BIBLIOGRÁFICAS). PARA PERMITIR UNA CORRECTA SEPACIÓN ES NECESARIA LA ADICIÓN DE SULTATO AMÓNICO QUE ACTÚA COMO AGENTE SURFACTANTE FACILITANDO EL PROCESO Y AHORRANDO TIEMPOS DE OPERACIÓN. (a 4ºC durante 20’ con sulfato amónico al 40%) LIOFILIZADO La liofilizaciónes un proceso en el que se congela el producto y posteriormente se introduce en una cámara de vacíopara realizar la separación del agua por sublimación.
Queda un sólido completamente seco, de aspecto pulvurulento.

Debe trabajarse, por tanto, por debajo del punto triple del agua (273,16 K y 6,105 kPa), pasando el agua previamente congelada del sólido directamente a vapor. Viabilidad economica Fondo de rotacion Ventas netas Datos de partida Calculo de rentabilidad VAN vs TASA DE ACTUACION Esterilización del equipo La contaminación biológica es la invasión de microorganismos extraños, sin interés industrial Disminuye la productividad Puede degradar el producto final Producir la lisis celular Esterilización:
La eliminación o destrucción de todos los microorganismos presentes capaces de competir con el organismo deseado CALOR HÚMEDO Esterilizamos nuestros equipos mediante la inyección de vapor de agua a alta presión, es muy eficaz ya que destruye los microorganismos por coagulación de sus proteínas celulares. Control e instrumentación Aplicaciones El Pan El uso de la alfa-amilasa para mejorar el valor panificador de harinas se basa en el hecho de que un adecuado y mantenido desprendimiento de anhídrido carbónico depende de la cantidad de maltosa y glucosa fermentescibles
Esto depende de la acción sincronizada de la alfa- y la beta-amilasa; en mejor forma que por adición de extracto de malta usado también para este objeto.
Muchas harinas de trigo son deficientes en alfa-amilasa, siendo entonces conveniente su adición. Ventajas Mayor contenido de azúcares fermentescibles en la masa
Aceleración de la fermentación;
Desprendimiento gaseoso, mayor y uniformemente mantenido;
Aumento del volumen y textura del pan con una miga de porosidad más fina y de costra más uniforme y más coloreada. Observaciones La alfa-amilasa de origen bacteriano es más estable al calor que la de hongos y de cereales, de manera que no se inactiva totalmente en el horno panificador.
Por este motivo, su adición debe ser bastante cuidadosa para evitar una sobreproducción de dextrina residual y con ello una miga gomosa y pegajosa
La actividad residual de la alfa-amilasa en el pan le suministra una mejor conservación, al restringir durante el almacenamiento del pan la retrogradación de su almidón, causante del envejecimiento.
Al sustituir la adición, de la amilasa por extracto, jarabe o harina malteados, debe tenerse presente la relativa termo-resistencia de su alfa-amilana y su considerable actividad proteolítica Cerveza PROBLEMA EN EL PROCESO TRADICIONAL DE LA FABRICACIÓN DE LA CERVEZA El sustrato principalmente utilizado en la producción de cerveza es el almidón, el cual es degradado por las amilasas.
Debido a que las levaduras no poseen amilasas, antes del proceso de fermentación, se tiene que hidrolizar el almidón. Esta hidrólisis se ha hecho tradicionalmente malteando la cebada en agua caliente para que las propias amilasas contenidas en los granos de cebada se activasen y actuasen sobre el almidón. LOGRO ALCANZADO: REDUCCION DE LOS COSTES Cuando estas amilasas se añaden al tanque de fermentación, realizan las funciones tradicionalmente desempeñadas por los enzimas de la cebada malteada, lo cual permite emplear cebada no malteada, más barata,
No afecta al producto final. Edulcorantes Otro proceso industrial en que participan estos tipos de enzimas es en la obtención de un edulcorante con alto contenido en fructosa a partir de almidón de maíz, conocido como jarabe de maíz, muy empleado en la fabricación de bebidas refrescantes.
la alfa-amilasa, producida por Bacillus subtilis hidroliza el almidón en fragmentos cortos o unidades de maltosa. Residuos HEMOS ENCONTRADO GRAN CANTIDAD DE REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS SOBRE EL USO DE BACILLUS SUBTILLIS COMO FERTILIZANTES EN SUELOS DEGRADADOS, DONDE DA EXCELENTES RESULTADOS.
Por este motivo decidimos introducir en nuestra planta un horno de secado rotatorio con el que producir sacos de biofertilizante, aprovechando así todas las corrientes. PRODUCCION ÓRGANICA DE QUINUA EN BOLIVIA Bibliografia Articulos Enlaces de internet
Consulta de libros electronicoswww.alibaba.comwww.uca.es
www.diana.uca.es
www.rodin.uca.es
www.scopus.com
www.sciencedirect.com

Aplicaciones Industriales de alfa amilasas
http://www.21food.com/products/bacterial-alpha-amylase---textile-263705.htmlhttp://www.21food.com/products/bacterial-alpha-amylase---beer-266007.htmlhttp://html.rincondelvago.com/enzimas-comerciales.htmlhttp://www.rincondelasciencias.com/enzimas%20en%20industria%20alimentaria.pdfhttp://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/lb/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/schmidth02/parte07/03.htmlhttp://www.21food.com/products/bacterial-alpha-amylase---beer-266007.htmlhttp://www.21food.com/products/bacterial-alpha-amylase---textile-263705.htmlhttp://www.quiminet.com/productos/bacillus-subtilis-36220717129.htmhttp://www.canarygrowshop.es/?q=content/bacillus-subtilis
http://spanish.ec21.com/ks-bacillus-subtilis/http://spanish.alibaba.com/product-gs/probiotics-bacillus-subtilis-608131503.htmlhttp://www.oocities.org/ohcop/cambiano.htmlhttp://bibing.us.es/proyectos/abreproy/20046/fichero/Anexo%252FANEXO+7.pdfhttp://www.ucv.ve/fileadmin/user_upload/facultad_farmacia/catedraMicro/10_Esterilizaci%C3%B3n_por_calor_h%C3%BAmedo.pdfhttp://www.ucv.ve/fileadmin/user_upload/facultad_farmacia/catedraMicro/10_Esterilizaci%C3%B3n_por_filtraci%C3%B3n.pdfhttp://www.emagister.com/curso-metodos-esterilizacion-laboratorio-quimico/esterilizacion-calor-humedo http://sistemadeesterilizacion.blogspot.com.es/ Libros ANEXOS LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DE ESTA CAPA ES LA SIGUIENTE:



DOS DERIVADOS DE AZÚCARES UNIDOS POR ENLACE GLUCOSÍDICO:

N-ACETILGLUCOSAMINA

N-ACETILMURÁMICO

UN GRUPO DE CUATRO AMINOÁCIDOS:

D-ALANINA

ÁCIDO GLUTÁMICO

L-ALANINA

L-LISINA CÁLCULO DE ALFA COMPOSICION
ELEMENTAL: Crecimiento aerobio: f=0,6Factor de multiplicación = 1,5
Nutriente limitante : CΔX (g/L) = 2 CÁLCULO DEL MEDIO DE CULTIVO ESTERILIZACION Emplea la fuerza centrifuga para separar sólidos de líquidos, mediante un movimiento rotatorio.
Características:
Útil cuando tenemos un solido mezclado en un liquido y este no sedimenta
Los componentes mas densos se desplazan hacia fuera del eje de rotación, al contrario que los de menor densidad.
Se puede aumentar la gravedad efectiva al aumentar la velocidad de rotación para así dar rapidez al proceso Tipo de filtración caracterizada por uso de membranas que pueden ser sumergidas, reutilizables y limpiables.
Características
Se necesita de una etapa de separación previa
Eliminan la necesidad de clarificadores
Aplicable en casos de flujo cruzado o sin salida ULTRAFILTRACION Presenta estupendos rendimientos pero encontramos un gran inconveniente en el coste, así como en la corta vida del equipo. Realizado por:
José María Román Cabrerizo
Pablo San José García
Alba Portilla Jarillo
Marina López García
Jesús Segundo Gutierrez
Gisela Asencio Esteve
Cristina Muñoz Moreno
José Carlos Romero Torrecilla
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