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SISTEMA DE CONTROL DE FLUJO, TEMPERATURA Y HUMEDAD

RELATIVA DEL AIRE PARA PROCESOS DE FERMENTACIN EN ESTADO

SLIDO PARA PRODUCIR ENZIMA INTRACELULAR.

LOS PROCESOS DE FERMENTACIN EN ESTADO SLIDO (FES)

Los hongos se han convertido en expertos en descomposicin de la materia

orgnica en la tierra, ya que la gran mayora de las especies de hongos son

saprfitos (materia orgnica en descomposicin). Esta capacidad es

considerada fundamental para el ciclo del carono ase, elemento qumico

conocido de toda la vida. !s que eso, estos microorganismos se han

adaptado a vivir en simiosis con plantas, donde interact"an con sus races y

facilitan los procesos de asorcin de agua y minerales.

El crecimiento de hongos por lo general depende de algunos nutrientes, entre

ellos# fuentes de carono, nitrgeno y otras sales adems de agua y oxgeno.

$anto la asorcin oxgeno como agua a trav%s de las paredes celulares

depende de sus concentraciones en medio amiente. En procesos &E',

fuentes de carono, nitrgeno y se define como disponile para la preparacin

de cultivo. ara el oxgeno, la fuente disponile es el aire circula a trav%s del

iorreactor. ara el agua, depende de las condiciones de humedad inicial del

sustrato, ms la cantidad que est en el aire. 'in emargo, el alance de masa

de agua en medio amiente tami%n depende, en algunos casos, la necesidad

de eliminar el calor (enfriamiento por evaporacin). El enfriamiento por

evaporacin es para eliminar el calor por significa el paso del aire, retirar el

agua y el calor del agua. or lo tanto, el fluo, temperatura y humedad relativa

del aire que pasa a determinar la cantidad de calor que puede ser eliminado

(*+EL, -/).

Los procesos &E' tienen ventaas cuando se compara con &', ya que son

capaces de utili0ar grandes cantidades de residuos agroindustriales slida, ms

peque1o cantidades de contaminacin del agua por acterias es menor y, en

algunos casos dispensan la esterili0acin deido a la aa cantidad de agua

necesaria en el proceso. + pesar de tener ventaas, &E' no se aplica a escala

industrial deido a la dificultad del control y la vigilancia de las variales durante

el proceso, y como# la temperatura y p2 del medio, la cantidad de aguadisponile para los microorganismos y la respiracin microiana. +dems,


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presenta dificultades, homogenei0acin y reproduciilidad (2ol3er y Len0,

-4). Estas dificultades se deen a ausencia de agua lire, aa conductividad

t%rmica y variedad de sustratos slido ('+5+*$6' et al, /778).

BIOREACTORES DE FERMENTACIN EN ESTADO SLIDO

En los "ltimos a1os, la mayora de los artculos pulicados en la &E' est

relacionada con la produccin de metaolitos a escala de laoratorio (9urand,

-8), con pocas +ordaron la escala proceso de ampliacin. El uso de

iorreactores a escala industrial disminuir consideralemente el coste de la

produccin de en0imas hidrolticas, pero esto escalamiento aches en algunos

prolemas tecnolgicos, especialmente la eliminacin de calor y mantenimiento

de la humedad del sustrato (*agel et al., -/). La eliminacin de calor durante

el proceso ''& tpicamente ha sido reali0ada por paredes t%rmicas de

conduccin o de enfriamiento por evaporacin de agua, dependiendo de la tipo

de iorreactor. 9esde los a1os /77, huo un avance considerale con el fin de

comprender los fenmenos que intervienen en los procesos de &E'. !eoras

significativas en comprensin de cmo dise1ar, operar y ampliar los procesos

de &E' tiene como ase aplicacin de t%cnicas de modelado para descriir los

fenmenos iolgicos y el transporte el sistema (!itchell et al., -:).

Los estudios de caracteri0acin de estos procesos se llevan a cao sore la

ase de las propuestas iorreactores existentes, como la columna, cacerola,

tamor rotatorio (9;5+*9,--). ara cada uno de estos estudios con

instrumentacin necesaria y el control especfico, dada la variailidad espacial

existente en las fermentaciones en cada auste.

Escala ! "a#c$

El iorreactor construido sin columnas es uno de los ms utili0ados, este

est dise1ado para peque1as cantidades de sustrato, unos pocos gramos, y

sirve para estudiar el comportamiento de procesos relacionados con las

condiciones de aireacin, el sustrato y el microorganismo utili0ado, ms all

del metaolito producido (&ari1as, -//). La eliminacin de calor se lleva a

cao la pared del mismo, que se sumerge en un a1o con termostato a la

temperatura deseada por el usuario. La aireacin se reali0a por la parte

inferior de la columna. La figura /./ ilustra el sistema desarrollado por5aimault y +la0ard (/7


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El iorreactor construido en tamor rotatorio y paletas me0cladoras

verticales sirven para el calor generado por el estudio de crecimiento f"ngico

en mayores cantidades de sustrato, que van desde unos pocos hasta

muchos 3ilogramos. La aireacin se reali0a a trav%s de un cilindro central

que distriuye el aire dentro del iorreactor. Los gases de intercamio con el

medio de cultivo por continuo la agitacin del sustrato. La eliminacin de

calor se puede hacer mediante la conveccin del aire interno, o a trav%s de

las paredes y el agua de alance de masa controlado a trav%s de la

reposicin de agua a trav%s de pulveri0ar el sustrato. La figura /.- ilustra el

tamor giratorio utili0ado por Lindenfelser y =iegler (/7>4) y la &igura /?8 es

el usado por *agel (-/).

F%&'a .* c$l'+#as &as!$sas %-$ ! !ac$.


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F%&'a .* a+"$ $a$%$ '%l%/a$ !# l$s !s'%$s L%#!#0!ls! 1

C%!&l! (234).

F%&'a .5* a+"$ $a$%$ '%l%/a$ -$ Na&!l (66).

Escalas -%l$$ ! %#'s%al!s

ara los reactores a escala piloto y de eliminacin de calor industrial se

vuelve crtica deido a la gran cantidad de sustrato slido usado. El

desarrollo de estos iorreactores ha sido en parte, la aplicacin a gran

escala de la tecnologa ya utili0ada por las antiguas civili0aciones.

@arios tipos de iorreactores se han desarrollado en los "ltimos a1os se

pueden dividir en categoras generales definidos por el tipo de agitacin y

aireacin. =omo para la agitacin se puede dividir en esttica, intermitente o


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continua. ara la aireacin se puede separar por# un amiente calentado y la

circulacin calentado o aireacin for0ada a trav%s del sustrato.

El iorreactor tipo Aoi es proalemente el ms antiguo y tami%n el ms

simple. Estn construidos en andeas apiladas con un mximo de /4 cm en

cada sustrato, de ser colocados en amientes con aire acondicionado, con o

sin aireacin for0ada (9urand, -8), como se muestra en la &igura /.B.

F%&'a .7* T%-$ ! "%$!ac$ 8$9%* () C:+aa cl%+a%/aa, () la

;:l;'la ! a&'a, (5) l:+-aa UV, (7, '+%%0%ca$, (


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F%&'a .4* Es@'!+a &!#!al ! '# "%$!ac$ a&%a$ c$# a%!ac%?#

0$/aa. S's -a!s c$#s%'1!#!s* () C:+aa ! 0!+!#ac%?#, ()

;:l;'las ! c$#$l ! 0l'9$ ! a%!, (5) S!#s$!s ! !+-!a'a, (7) !l

s!#s$ ! >'+!a !la%;a !l a%!, (4) !#a9! ! -'&a, (=) cal!#a$

! a%!, (3) >'+%%0%ca$, (


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F%&'a .=* Pla#a -%l$$ ! '# "%$!ac$ ! l!c>$ +%$. S's -a!s

c$#s%'1!#!s* () M$$ ! !s-la/a+%!#$ !l $#%ll$, () M$$ !

las -alas, (5) V:l;'la -aa a$+%/a$ ! a&'a ! %#?c'l$, (7) s!#s$ !

!+-!a'a, (4) +!%$ ! -!s$, (=) s!#s$ ! >'+!a !la%;a, (3)

!#0%a$, ('+%%0%ca$ -$ %#1!cc%?# ! ;a-$ a&'a, (2) s!#s$ !0l'9$, (6) ;!#%la$, () cal!#a$, () 0%l$ ! a%!, (5) !#0%a$ .

ALUNOS SISTEMAS DE CONTROL UTILIZADOS EN LOS PROCESOS DE

FERMENTACION EN SUSTRATO SOLIDO PARA PRODUCIR ENZIMAS

INTRACELULAR.

+lgoritmos de control de los ms utili0ados en la literatura son el CD* D&&C(encendido apagado) y 69 (roporcional, 6ntegral y 9erivativo). Estos

algoritmos se han aplicado principalmente en el iorreactor de aireacin, en el

que tanto la temperatura de control, la humedad relativa del aire de entrada.

Dtro algoritmo que se ha utili0ado es el !odelo redictivo o programacin

dinmica, y se aplican en el control de grandes iorreactores.

odemos destacar la utilidad del control de la aireacin en dos situaciones

distintas#


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=ontrol de aireacin en iorreactores tipo de columna

La precisin del sistema de aireacin permite la reali0acin de estudios

necesarios para una comprensin ms profunda del proceso (desarrollo de

modelos ms precisos). ;no puede hacer un estudio estadstico de lainfluencia de las condiciones amientales sore la fermentacin.

=ontrol de aireacin en iorreactores de mayor tama1o

=alidad de aireacin permite la eliminacin de calor ms eficiente, meor

estimacin del alance de masa de agua, la meor estimacin del calor

producido y la temperatura media gloal dentro del iorreactor, y tami%n

una meor estimacin de crecimiento microiano.

9e todas las oras pulicadas, elegimos algunos sistemas deido a las ases

que tienen que llevar nuestro propio.

FarstoG et al (/7


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F%&'a .3* D%a&a+a !s@'!+:%c$ ! la !sa!&%a ! c$#$l ! la

!+-!a'a !l l!c>$ ! '# "%$!ac$ !l %-$ ! a+"$ &%a$%$. S's

-a!s s$#* () !l a+"$ $a%;$, () C$+-'a$, (5) ca+%sa !

cal!#a+%!#$, (7) P'l;!%/a !l a&'a, (4) !9! !s:%c$, (=) T!+$-a!s, (3)s!#s$ ! >'+!a, (


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F%&'a .< (a) 1 (")* R!s'la$ $"!#%$ c$# !#0%a+%!#$ -$ !;a-$ac%?#.

E# (a), la c';a () !s la !+-!a'a !l "%$!ac$ ! l!c>$, 1 () !s !l

0l'9$ ! a%!. E# (") () !s la !+-!a'a !l "%$!ac$ ! l!c>$ s%# !l

c$#$l ! 0l'9$ ! a%! 1 () la !+-!a'a !s: "a9$ c$#$l.

'argantis et al (/778) evaluaron el efecto de condiciones de aireacin en un

proceso de fermentacin, considerando como variales de proceso a la

iomasa (masa de microorganismos en peso de sustrato) de materia seca

inicial (masa sustrato sin adicin de agua), el contenido de humedad a1adido al

sustrato (cantidad de agua) y la temperatura de fermentacin. La figura /.7

ilustra el sistema utili0ado para la caracteri0acin de la fermentacin, el

iorreactor traaar con un tipo de tamor giratorio con unas dimensiones de

/-,- cm de largo, /-,> cm de dimetro interno y 4,/ cm de dimetro en el ee

central de aireacin resultante en aproximadamente /,8 l de volumen interno.

=on este sistema es posile controlar el fluo, la humedad relativa y

temperatura del aire, la evaluacin de los efectos sore el crecimiento

microiano para diferentes condiciones de aireacin.


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F%&'a .2* D%a&a+a !s@'!+:%c$ !l s%s!+a '%l%/a$ -$ Sa&a#%s

(225).

$ami%n se llevaron a cao varias simulaciones del proceso para investigar el

modelo propuesto con respecto al crecimiento microiano, ver &igura /./ en el

aumento de la iomasa. Este modelo considera un sistema fermentacin en

estado slido una consideracin homog%nea importante, ya que la variailidad

espacial de un proceso de &ermentacin en estado slido puede ser muy

grande. Esta heterogeneidad es deida a la utili0acin de sustratos slidos, la

agregacin de las hifas de los hongos y el cuidado necesario para que no se

rompan demasiado (hifas son estructuras de crecimiento de hongos

filamentosos).


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F%&'a .6* C$+-aac%?# c$# l$s !s'la$s ! las s%+'lac%$#!s

!-!%+!#al!s. La 0!+!#ac%?# !# la 0%&'a (a) s! -$'9$ a 53 C 1 (") a

7 C, a#$ la >'+!a %#%c%al !l s'sa$ a =6. Las l#!as c$#%#'as!-!s!#a# las s%+'lac%$#!s ! la ca#%a ! "%$+asa !# -!s$ s!c$ !

la "%$+asa 1 s'sa$ $al !s-!c%;a+!#! las l#!as 1 . L$s

!s'la$s !-!%+!#al!s -aa la ca#%a ! "%$+asa !# -!s$ s!c$ 1 la

"%$+asa $al s$#, !s-!c%;a+!#!, l$s -'#$s G 1 .

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