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Procesos de recuperación de productos en la fermentación.

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FEUTEM 2012

on 21 November 2012

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Transcript of Procesos de recuperación de productos en la fermentación.

Procesos de recuperación de productos en la fermentación.

Universidad Tecnológica Metropolitana

Facultad de Ciencias naturales, matemáticas y del medio ambiente

Departamento Biotecnología - Ingeniería en Industria alimentaria Lilian Araos Sebastian Gamboa Monserrat Delgado Selección de técnicas
depende de: 1.- Naturaleza del producto - Naturaleza del producto
- Características físicas, químicas
- Características biológicas 2.- Concentracion en la que se encuentra 4.- Destino del producto 3.- Presencia de productos laterales. 5.- Precio del producto Existen una serie de etapas en el proceso de recuperación del producto, una vez ha concluido la fermentación como lo son:

Separación de los sólidos en suspensión Extracción, concentración y purificación.

se inicia el proceso de extracción en base al tamaño del producto., donde se pueden tener diferentes tamaños. ( En función del tamaño se usará el método). . Métodos función del tamaño a. Sedimentación: es el método más fácil y barato
b. Centrifugación
c. Floculación
d. Filtración
e. Filtración perpendicular
f. Filtración tangencial
g. Diálisis Introducción Uno de los aspectos más críticos de un proceso de fermentación industrial es la recuperación y purificación del producto.

Cuando se habla de recuperación del producto se debe distinguir entre los conceptos de purificación y concentración..

En los primeros tiempos de la microbiología industrial las técnicas utilizadas en la recuperación de productos (por ej., extracción, destilación, diálisis, cristalización, precipitación, desecación).

Actualmente el biorreactor y las técnicas de purificación están considerados como un sistema integrado, en el que todos los componentes deben ser optimizados conjuntamente. Existen otras técnicas de separación como: h. Cromatografía de adsorción
i. Cromatografía de intercambio iónico
j. Cromatografía de exclusión molecular
k. Cromatografía de afinidad Principio de recuperación del producto El propio microorganismo puede ser el producto final deseado.


Ejemplos de metabolitos intracelulares: ácidos nucleicos, las vitaminas, las enzimas y ciertos antibióticos y ejemplos de metabolitos extracelulares: aminoacidos, el ácido cítrico, el alcohol, algunas enzimas.


La primera etapa en la recuperación del producto es, por consiguiente, la separación de la biomasa celular y los ingredientes insolubles del sobrenadante.


Una vez el metabolito ha sido separado de las células la selección de etapas adicionales de purificación dependerá del producto deseado. Cuando se selecciona un sistema de filtración deben considerarse numerosos parámetros. Entre ellos
- Tamaño de poro.
- Selectividad de la partícula
- La velocidad a la que se pasa el fluido.
- La facilidad con la que pueden ser limpiados los filtro.
- Coste del sistema de filtros.
- el área de superficie que presenta la membrana.
- El volumen muerto dentro del filtro (que determina cuanto producto se perderá).

. Otro factor que reduce frecuentemente la eficiencia de un filtro es la presencia de agentes antiespumantes que se utilizan frecuentemente en las fermentaciones a gran escala. Filtrado tangencial y perpendicular

- Detección inmediata de rompimiento
- Rendimiento maximizado del producto
- Reducción de los costos al optimizar el control
- Pérdida de producto reducida
- Vida útil del filtro extendida
- Tiempos de filtrado mejorados Procesos de filtración "tangencial", o "cross-flow filtration". Mediante este tipo de filtración, la alimentación
líquida fluye paralelamente a la superficie de la membrana, lo que provoca que la misma
alimentación barre continuamente la superficie del medio filtrante. Esta modalidad disminuye
drásticamente el depósito e incrustación de solutos en la membrana.

Como resultado, se produce un efectivo control del fenómeno de polarización por concentración, aumentando la eficiencia de la
separación. Esta técnica es más eficiente que el proceso tradicional de filtración, o "filtración
perpendicular", lo que permite procesar volúmenes mayores de alimentación en forma continua o batch Beneficios de la(s) Filtrado tangencial Ejemplos de algunos procesos que utilizan la recuperación de productos: Filtración tangencial:
Esta recuperación de productos tiene 2 características:
- Dar un valor agregado

- Productos recuperados provenientes de un cultivo industrial de microorganismo y/o células, como Insulina, enzimas alfa amilasa, quimiosina, pectinasas etc.(productos que fueron obtenidos al final del cultivo celular en biorreactores , son recuperados para su procesamiento usando filtración tangencial Ejemplos de algunos procesos que utilizan la recuperación de productos: Ejemplos de algunos procesos que utilizan la recuperación de productos: Ingeniería de Fermentaciones
Claudia Garcia Proceso de recuperación Floculación y flotación Las células aisladas en el rango de tamaño de 1 a 10 µm sedimentan muy lentamente y son difíciles de precipitar incluso con la centrífuga. En la mayor parte de los casos se añade un agente floculante, como una sal inorgánica, un polielectrolito orgánico o un hidrocoloide mineral. Dependiendo del agente utilizado el proceso de floculación puede ser reversible o irreversible. El proceso de floculación está también influido por la naturaleza de las células y los constituyentes iónicos y por su concentración. El proceso reverso a la floculación es la flotación, las células se adsorben a las burbujas de gas y suben a la capa de espuma en la parte superior del recipiente donde pueden ser recogidas y sacadas del biorreactor. Sistemas de filtros



Los cultivos bacterianos deben ser filtrados con filtros absolutos. La eficiencia de la filtración está influenciada por factores, como tamaño de los microorganismos, morfología, pH, viscosidad, presencia de capas mucosas, temperatura y presencia de otros organismos como posibles contaminantes. Generalmente la primera etapa en el proceso de recuperación, la separación de la biomasa y el filtrado del cultivo, se lleven a cabo por algún tipo de proceso de filtración. Los dos principales tipos de filtros son denominados filtros profundos y filtros absolutos.  Las partículas son frecuentemente más pequeñas que los poros del filtro, pero a pesar de ello son separadas a medida que pasan a través de los espacios retorcidos del filtro.
Los filtros absolutos son membranas en las que el tamaño de los poros es más pequeño que las partículas que van a ser filtradas. Cuando se selecciona un sistema de filtración deben considerarse numerosos parámetros. Entre ellos
- Tamaño de poro.
- Selectividad de la partícula
- La velocidad a la que se pasa el fluido.
- La facilidad con la que pueden ser limpiados los filtro.
- Coste del sistema de filtros.
- el área de superficie que presenta la membrana.
- El volumen muerto dentro del filtro (que determina cuanto producto se perderá).

. Otro factor que reduce frecuentemente la eficiencia de un filtro es la presencia de agentes antiespumantes que se utilizan frecuentemente en las fermentaciones a gran escala. Centrifugación La centrifugación no se utiliza solamente para separar partículas sólidas de la fase líquida, sino también para la separación de fluido/fluido y fluido/fluido/partícula. La separación fluido/partícula es de la mayor importancia.

Se utilizan dos tipos distintos de centrífugas, centrífuga de filtro o tamiz, y centrífuga con deflectores.
En la centrífuga de filtro o tamiz la separación se produce a medida que las partículas son forzadas contra un material filtrante.
En la centrífuga de deflectores la separación se produce debido a la diferencia de densidad entre las partículas y el líquido. El producto puede ser separado continua o discontinuamente. Para la separación de fluidos/partículas se deben considerar los siguientes factores:
-La pureza necesaria de la fase fluida
-La recuperación que se necesite de la fase fluida
-La recuperación que se necesite de la fase particulada
-El contenido en humedad permisible de las partículas.
Para separaciones fluido/fluido los principales factores a considerar son:
-La pureza que se necesita del líquido más ligero o más pesado -La recuperación que se requiera de la fase más ligera o más pesada Filtrado tangencial y perpendicular

- Detección inmediata de rompimiento
- Rendimiento maximizado del producto
- Reducción de los costos al optimizar el control
- Pérdida de producto reducida
- Vida útil del filtro extendida
- Tiempos de filtrado mejorados Procesos de filtración "tangencial", o "cross-flow filtration". Mediante este tipo de filtración, la alimentación
líquida fluye paralelamente a la superficie de la membrana, lo que provoca que la misma
alimentación barre continuamente la superficie del medio filtrante. Esta modalidad disminuye
drásticamente el depósito e incrustación de solutos en la membrana.

Como resultado, se produce un efectivo control del fenómeno de polarización por concentración, aumentando la eficiencia de la
separación. Esta técnica es más eficiente que el proceso tradicional de filtración, o "filtración
perpendicular", lo que permite procesar volúmenes mayores de alimentación en forma continua o batch Beneficios de la(s) Filtrado tangencial Cristalización Una vez extraído el metabolito es purificado por cristalización, por evaporación, o por cristalización a baja temperatura, en donde la más usada es esta ultima , ya que es un método muy suave de purificación.
En el caso de purificar de añade un agente químico para facilitar la reacción de la concentración Desecación Es una de las etapas finales del proceso , en donde es esencial para materiales biológicos secar el producto final para que no pierda su actividad.Esta etapa consiste en una transferencia de calor ( directa, convección o radiación) al producto húmedo y en un desprendimiento de la humedad por la adición de una corriente de gas. En algunos casos cuando el producto final es un cultivo microbiano vivo, es necesario usar la técnica de liofilización , ya que de esta forma los microorganismo vivos no son sometidos a calor y así no son destruidos.

Un ejemplo de esto es la preparación de la penicilina, que prepara la dosis adecuada y luego de liofiliza directamente en las ampolletas para ser usada. Conclusiones permite por un lado disminuir el grado impureza de los productos bajando sus concentraciones para que no sean tóxicos al momento de consumirlos La recuperación de productos son procesos de bajo costo, ya que permite que un solo método elimine tanto residuos como que recupere su- productos que son sometidos a purificación para ser usados, sin tener perdidas. la recuperacion es una etapa fundamental para la liberación del metabolito que se desea obtener, pues de esta etapa depende el grado de purificación que posteriormente obtendrá el dicho metabolito.
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