Final Bazan

DIVISIÓN DE BIOTECNOLOGIA

PRODUCCIÓN DE ENZIMAS PECTINASAS A PARTIR DE RESIDUOS AGROINDUSTRIALES DEL CÁFE UTILIZANDO

ASPERGILLUS NIGER.

INTEGRADORA I

EVALUADORES:

M. EN C. FLORENCIA DEL CARMEN SALINAS PEREZ

M. EN C. EDUARDO BAZAN LUGO

PRESENTADO POR:

BARRERA CASTILLO LEIDY ARELI

CRUZ CRUZ CLEMENTE

RAMIREZ CASTILLO VICTOR EDUARDO

SANCHEZ CAMPOS LETICIA GABRIELA

TELLEZ AGUILAR EDUARDO

ÍNDICE

1. INTROCUCCIÓN............................................................................................................................ 5

2. ANTECEDENTES................................................................................................................ 6

3. MARCO TEÓRICO.............................................................................................................. 8

4. JUSTIFICACIÓN............................................................................................................... 15

5. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN.................................................................16

6. DIAGRAMA DEL PROCESO...................................................................................................... 17

7. DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO........................................................................18

8. PARAMETROS DE CONTROL.......................................................................................19

9. EQUIPOS INVOLUCRADOS EN EL PROCESO.......................................................20

10. IDENTIFICCIÓN DEL EQUIPO CLAVE......................................................................21

10. PRODUCTIVIDAD DEL PROCESO........................................................................22

11. MEMORIA DE CÁLCULO DE BALANCE MASICO Y ENERGETICO DEL EQUIPO CLAVE........................................................................................................................ 24

11.1. BALANCE MÁSICO..................................................................................................... 24

11.2 Balance energético..................................................................................................................... 27

12. PROCESO FERMENTATIVO.................................................................................... 29

12.1 MEDIO DE CULTIVO..................................................................................................... 29

12.2 CINÉTICA DE LA FERMENTACIÓN.......................................................................31

13. CARACTERIZACIÓN DEL EQUIPO CLAVE.......................................................34

13.1 CARACTERIZACIÓN HIDRODINÁMICA................................................................34

13.2 TRANSFERENCIA DE MASA.................................................................................... 34

13.3 TRANSFERENCIA DE CALOR..................................................................................35

14. IDENTIFICACIÓN DEL EQUIPO CLAVE..............................................................37

15. CARACTERISTICA DE MATERIA PRIMA, EN PROCESO Y PRODUCTO TERMINADO DE LOS INSUMOS........................................................................................ 40

17. PROPUESTA DE LISTA DE VERIFICACIÓN......................................................46

18. PLAN HACCP DEL PROCESO................................................................................53

19. BUENAS PRÁCTICAS DE MANUFACTURA DEL PROCESO........................2

20. CONCLUSIONES............................................................................................................ 9

21. BIBLIOGRAFÍAS.......................................................................................................... 13

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Realizar la producción de enzimas pectinasas a partir de Aspergillus niger usando

como sustrato residuos agroindustriales del café.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Aprovechar los residuos del café, para usarlos la fermentación en estado

sólido.

Comercializar la producción de enzimas a nivel industrial para impulsar el

desarrollo técnico y tecnológico del país.

Disminuir el número de importaciones de enzimas.

1. INTROCUCCIÓNEl café es el segundo producto en importancia después del petróleo en el

comercio mundial, es difícil entender por qué su producción y exportación en

México es una actividad que ocupa uno de los primeros sitios de aportación

económica al país.

El procesamiento de café, produce una gran cantidad subproductos considerados

tradicionalmente como desechos, incluyendo materiales tales como pulpa de café,

mucilago, cascara de café y jugo de pulpa de café.

Es necesario, por lo tanto, proceder en la búsqueda de nuevas alternativas de

utilización de dichos subproductos.

La pulpa de café por ejemplo, puede ser usada directamente para producir

composta, biogás, alimento para animales, etanol, etc., puede utilizarse también

como sustrato para la producción de biomasa de microorganismos tales como

levaduras y hongos y la extracción de pectinas y otros componentes químicos.

Es importante obtener enzimas pectinolíticas mediante la utilización de pulpa de

café como fuente de carbono por medio de fermentación sólida. La fermentación

sólida, representa una alternativa importante para la producción de compuestos

del metabolismo tanto primario como secundario, sintetizados por hongos

filamentosos.

El género Aspergillus se ha estudiado en procesos de producción de diversas

enzimas otorgando resultados favorables, en este caso se utilizara Aspergillus

niger para la obtención de pectinasas usando como fuente de carbono residuos

agroindustriales del café, convirtiéndolos así de un desecho a una fuente de

sustrato.

Las enzimas tienen numerosas aplicaciones en la industria de los alimentos y

bebidas, se utilizan para la transformación y producción de aromas y de productos

intermedios. Se emplean varias enzimas microbianas en la industria de alimentos

tales como α y β amilasa, proteasas, invertasas, pululanasa, dextranasa

pectinasas entre otras.

El objetivo de este trabajo es encontrar utilidad a este desecho empleando hongos

capaces de sintetizar y excretar exo-enzimas, pectinasas, en una fermentación

solida con condiciones controladas.

2. ANTECEDENTES.En los países productores de café, los residuos y sub-productos del café

constituyen una fuente de grave contaminación y problemas ambientales. Por ese

motivo, desde mediados del siglo pasado se ha tratado de inventar métodos de

utilizarlos como materia prima para la fabricación de algún producto como

enzimas, abono biogás etc. El uso de la pulpa de café fresca o procesada ha sido

tema de muchos estudios en los que, en general, se determino que los residuos y

sub-productos del café pueden usarse de varias maneras. A continuación se

presentan algunos proyectos previos con diferentes microorganismos para evaluar

la mejor producción.

Se realizó un estudio comparativo de tres cepas pectinolíticas de hongos

filamentosos en medio líquido, de las cuales se seleccionó Aspergillus niger por

su alta producción de pectinasas. Esta cepa fue cultivada sobre un soporte sólido

(bagacillo de caña de azúcar), impregnado de una solución nutritiva que contiene

un inductor (pectina) y una fuente de carbono (sacarosa). Se optimizó la relación

inductor/fuente de carbono y se estudiaron cinéticas de producción de pectinasas.

(M. R. Trejo, 1991)

Cultivo liquido:

Se utilizaron 3 cepas de hongos filamentosos: Aspergillus niger, Penicillium sp. y

Rhizopus oryzue en cultivo líquido. Se realizó un estudio comparativo de

crecimiento y de producción de pectinasas a diferentes tiempos de incubación

(48, 72, y 120 h). Se consideraron: la biomasa, el pH y la actividad

pectinolítica como criterios importantes para la selección. Se observa que el

comportamiento de los microorganismos es diferente. La cepa de R. oryzae

presentó una mayor producción de biomasa, después de 120 h de cultivo

agitado. Con respecto a las otras dos cepas, únicamente A. niger presentó

crecimiento rápido y abundante durante las primeras 48 h, contrariamente a la

cepa de Penicillium sp. que tuvo un crecimiento bajo y lento durante las primeras

72 h. Para ambas cepas, la biomasa producida fue cercana después de 120 h

de cultivo. En relación a la producción de pectinasas, se observó que R. oryzae,

se caracterizó por una baja producción.

Al contrario, para A. niger, que su biomasa obtenida fue menor, la producción en

pectinasas apareció a partir de las 48 h y fue más importante que la de R. oryzae.

En la cepa de Penicillium sp., se observó que la producción de pectinasas era alta

pero aparece mucho más tarde, alrededor de 120 h de cultivo.

En consecuencia, se seleccionó A. niger por su mayor capacidad para sintetizar

pectinasas en un medio a base de pectina y sacarosa.

Cultivo sólido:

EI soporte utilizado fue bagacillo de caña de azúcar. El bagacillo de caña, así

preparado, se impregnó al 70% con el medio nutritivo que contiene pectina como

inductor y sacarosa como fuente de carbono.

La produccicin de enzimas pécticas alcanzó un máximo de actividad a las 45 h,

reduciéndose dos veces el tiempo de fermentación con respecto al medio líquido.

La cepa de A. niger fue seleccionada por su capacidad para sintetizar enzimas

pectinolíticas extracelulares, además de presentar características adecuadas

para su desarrollo en medio sólido con soporte impregnado.

Los resultados obtenidos en este estudio, permiten considerar la utilización

posterior de desechos agroindustriales como substratos pera la producción de

pectinasas en medio sólido. Estos podrán ser utilizados a la vez como soporte y

como substrato de la fermentación, lo que disminuirá el costo de producción de

enzimas pécticas.

Producción de enzimas a partir de la pulpa de café:

Estudios preliminares realizados demostraron que la pulpa de café es un material

adecuado para la producción de enzimas pectinoilticas (pectinasas) de origen

fúngico.

El proceso simple, que consiste en poner la pulpa de café en condiciones de pH,

temperatura y humedad adecuadas (4.5, 35'C y 70% respectivamente) para que el

hongo, previamente inoculado, se desarrolle a partir de la pulpa de café. Una vez

que el hongo alcanza su máximo crecimiento, el material es humedecido (con el

100% de agua) y prensado para obtener as1 un extracto rico en pectinasas. El

extracto producido al final de la etapa de crecimiento del hongo, pude ser

pretratado y almacenado para posterior utilización (Tapia y col., 1989).

La adición de enzimas producidas por mohos acelera el proceso de fermentación

natural del café, obteniéndose un café de muy buena calidad.

3. MARCO TEÓRICO

SISTEMA PECTOLÍTICO:

El grupo de enzimas encargadas de degradar la complicada estructura de la

pectina hasta sus azúcares constitutivos, se conoce en su conjunto como

pectinasas. La complejidad estructural de la pectina tiene ciertas implicaciones

sobre las enzimas involucradas en su degradación. De esta manera, la primera

gran clasificación de las pectinasas se da con base en la parte de la estructura

sobre la que actúan, teniéndose dos grupos: Enzimas que actúan sobre la

estructura principal de la pectina y el conformado por las enzimas accesorias.

Las actividades enzimáticas que actúan sobre la cadena principal de la pectina,

tiene la función de degradar hasta sus unidades monoméricas básicas.

Así, de acuerdo al mecanismo de acción que desarrollan, este grupo se divide en

dos subproductos:

Enzimas desesterificantes: se encargan de liberar los grupos acetilo

(pectina cetil esterasas) o metilo (pectinmetilesterasas) colocados a lo largo

de la cadena principal.

Enzimas despolimerizantes: estas se subdividen, con base en la reacción

que catalizan, en tres grupos: las polimetilgalacturonasas, las

poligalacturonasas, las poligalacturonato y las polimetilgalacturonato liasas

(Kashyap et al, 2001).

Las polimetilgalacturonasas incorporan una molécula de agua durante la ruptura

de los enlaces α-1,4-glicosídicos existentes entre dos unidades de monosacáridos,

mediante una catálisis ácida. Dependiendo el mecanismo mediante el cual lleven a

cabo esa ruptura, estas enzimas se subclasifican en dos grupos: las de tipo endo y

las de tipo exo. El primer se encuentran las enzimas encargadas de hidrolizar de

manera aleatoria los enlaces α-1,4-glicosídicos de la pectina, preferentemente

aquellos que están altamente esterificados.

Mediante su acción, liberan oligogalacturónidos saturados y en ocasiones ácido

galacturónico. A le vez, las enzimas de tipo exo causan una ruptura secuencial en

los enlaces α-1,4-glicosídicos de la pectina, a partir de los finales no-reductores de

la cadena principal. Con esto provocan la liberación de residuos saturados de

ácido galacturónico (Niture, 2008).

Las poligalacturonasas catalizan la hidrólisis de los enlaces α-1,4-glicosídicos en

el ácido poligalacturónico. Estas enzimas también pueden ser d tipo endo (que

catalizan la hidrólisis aleatoria de los enlaces α-1,4-glicosídicos del ácido péctico)

o con mecanismo exo (catalizan la hidrólisis secuencial de los enlaces α-1,4-

glicosídicos del ácido péctico).

La acción de poligalacturonato y polimetilgalacturonato liasas rompe los enlaces α-

1,4-glicosídicos mediante reacciones de trans-eliminación, que remueven un

protón, lo que da como resultado un enlace insaturado entre los carbonos C-4 y

C-5 de la unidad de sacáridos y los extremos no reductores. Si actúa sobre la

región esterificada del homogalacturonano, se conoce como pectin liasas,

mientras que si lo hacen sobre la región parcialmente esterificada de éste, se

conoce como pecto liasas. De igual manera, dentro de las liasas se encuentran

enzimas con los mecanismos endo y exo mencionados previamente.

Las enzimas accesorias se encargan de liberar las ramificaciones laterales a la

cadena principal de la pectina, mediante la hidrólisis de los enlaces glicosídicos

correspondientes. Las enzimas que conforman a este grupo pueden observarse

en la figura 1.

Regulación de la actividad pectolítica:

Figura 1. Clasificación de las enzimas que conforman el sistema pectinolítico

Las poligalacturonasas pueden tener distintas funciones, en dependencia del

organismo que las produce. Así, mientras que en los hongos saprófitos, como A.

niger, estas enzimas son importantes para proveer al microorganismo los

nutrientes a partir de los materiales de su medio ambiente, en el caso de los

microorganismos fitopatógenos, estas enzimas participan en la degradación de la

pared celular, para ayudar al microorganismo a penetrar a las células y expandirse

hacia el tejido de la planta (Parenicová, 2000).

Considerando la complejidad y tamaño molecular de los polisacáridos, es obvia la

dificultad de estos para ingresar a las células. Así, se ha sugerido que los

oligosacáridos liberados de estos polímeros y/o sus respectivos derivados, son los

encargados de desconectar la inducción de la expresión de las enzimas

degradadoras de estos polisacáridos. Lo anterior se establece con base en la

frecuente observación de que el compuesto que induce la producción de una

cierta enzima, resulta ser precisamente el producto de esa reacción enzimática, o

el derivado metabólico de este producto (de Vries, 2003).

Se ha demostrado que los hongos saprófitos producen de manera constitutiva una

serie de isoformas de poligalacturonasas. La acción de estas sobre la pectina

provoca la liberación de diversos grupos reductores, de los que destaca el ácido

galacturónico, con lo que a su vez se activan los miembros de la familia de genes

inducibles que codifican para pectinasas. Adicionalmente, la expresión de estos

genes puede verse afectada por los fenómenos de represión catabólica por

carbono (Wubben, 2000).

Los mecanismos exactos mediante los cuales sucede la regulación de la

expresión de pectinasas aún no son claros, debido a la complejidad y diversidad

de sustrato. Sin embargo se ha observado que la síntesis del complejo

pectinolítico pareciera estar controlada, al nivel de transcripción, por al menos tres

mecanismos diferentes:

La inducción especifica por pectina o ácido galactorónico

Expresión catabólica por el factor transcripcional CreA

Regulación de pH ambiental, controlada por el factor transcripcional PacC

(Bruno-Bárcena et al, 2002).

Regulación por la fuente de carbono:

Respecto a la inducción del sistema pectinolítico, se ha reportado en A. niger al

ácido D-galacturónico como el principal inductor de la expresión de la mayoría de

los genes que codifican para enzimas pectinolíticas (de Vries, 2003), mientras que

fuentes como L-arabinosa, L-ramnosa o ácido ferúlico provocan la expresión de

subseries de genes pectinolíticos. De hecho, los genes individuales se expresan a

diferentes tiempos y en respuesta a distintas fuentes de carbono (de Vries, 2002).

En lo que se refiere a la expresión catabólica de las pectinasas, se ha observado

que muchas de estas enzimas, dependiendo del sistema biológico que las

produzca, pueden sufrir represión catabólica por carbono. Los principales

represores de los sistemas pectinolíticos son las fuentes de carbono fácilmente

metabolizables, como glucosa, fructosa y sacarosa. El principal elemento

involucrado en el proceso de represión catabólica de las pectinasas es la proteína

CreA (Parenicová, 2000; de Vries, 2003; Akimitsu et al, 2004).

Microorganismos productores de pectinasas:

Las enzimas pectinolíticas son producidas por una extensa variedad de

organismos, tales como nematodos, insectos, protozoarios, levaduras, bacterias y

hongos (Hoondal et al, 2002). De entre todos ellos destacan los hongos

filamentosos, debido a su fácil cultivo, y a su alta producción de enzimas

extracelulares con potencial industrial (Guimares et al, 2006). La diversidad de las

enzimas producidas por estos microorganismos, así como su elevada actividad,

provienen de su diversidad metabólica inherente, que se refleja a su habilidad para

crecer sobre diversos sustratos bajo una gran variedad de condiciones en el

ambiente (MacCabe e al, 2002).

Características de género Aspergillus:

Los microorganismos de Aspergillus son hongos filamentosos que crecen en

materia orgánica bajo condiciones aerobias. Se encuentran en el suelo,

compostas y en materiales de plantas en descomposición. Se caracterizan por

tener una estructura morfológica conformada por un conidiósporo, el cual tiene un

tallo y una cabeza conidional de más de 70 µm de diámetro, que surge desde la

delgada pared micelial, llamada célula pie, como se muestra en la figura 2.

Los hongos de género Aspergillus crece en un rango de temperatura de 6-47°C,

con una temperatura optima entre 35-37°C y un intervalo de valores de pH de

entre 1.4 y 9.8 (Schuster et al, 2002). Tiene la capacidad de crecer en diferentes

fuentes de carbono. Se caracteriza por su propiedad para producir una variedad

de enzimas de importancia a nivel industrial (Ward et al, 2006).

Sistemas de producción en cultivo en medio líquido:

Figura 2. Morfología microscópica de Aspergillus y micrografía 400X (Casas López, 2004)

Cuando se desea estudiar tanto la fisiología, como los aspectos cinéticos y

metabólicos que conlleva la producción de pectinasas, se opta por emplear

distintas metodologías utilizadas durante el desarrollo de cultivos líquidos, en

donde los parámetros involucrados sea de fácil medición y por ende, se puedan

generar correlaciones a partir de estos (Teixeira et al, 2000; Jacob y Prema,

2006). Dos de las técnicas más utilizadas para tal fin son el cultivo en lote y el

cultivo en lote alimentado.

Cultivo en lote: es uno de los métodos más sencillos empleados para el

desarrollo de cultivos líquidos. Se caracteriza por el hecho de que la

concentración de sustratos, productos y células, así como el estado

fisiológico y metabólico celular, cambian conforme avanza el cultivo. De

igual manera, parámetros como pH y el oxígeno disuelto cambia, a menos

de que se establezcan estrategias adecuadas para su control (Ramírez

Reivich, 2004).

Cultivo alimentado: cuando la generación de productos y subproductos

provocan efectos negativos sobre la formación de metabolitos de interés, o

bien el sistema de producción es susceptible a represión por la

concentración del sustrato, una alternativa es el empleo de cultivo

alimentado. En este, uno o varios de los nutrientes limitantes se suministran

a lo largo del cultivo y la alimentación de los sustratos pueden hacerse por

pulsos, o de manera continua; en este último caso, el volumen se

incrementa lineal o exponencialmente. A pesar del cambio en el volumen de

operación, el valor de ciertas variables clave, como las concentraciones del

sustrato y biomasa pueden controlarse en valores relativamente constantes.

Mediante el desarrollo del cultivo alimentado se puede además controlar la

velocidad de crecimiento dentro de los intervalos que favorezcan una

función objetivo particular (Ramírez Reivich, 2004; Najafpour, 2007).

4. JUSTIFICACIÓN.El uso de enzimas dentro de industrias tales como la química, la farmacéutica, la

petroquímica y la alimentaria, entre otras, es cada vez de mayor importancia, ya

que implica grandes ahorro en tiempo y energía, así como mayor rendimiento en

la producción, gracias a la gran especificidad de estos catalízadores biológicos.

La producción de enzimas es un área sumamente importante para nuestro país.

Actualmente, las enzimas utilizadas por este tipo de industrias son importadas

casi en su totalidad, haciendo que el estudio de procesos encaminados a la

producción de enzimas conforme a las necesidades del país sea indispensable;

con el desarrollo de esta tecnología se podrá ahorrar grandes cantidades de

dinero que son pagadas a países extranjeros.

La industria de producción de enzimas ha tenido una rápida expansión en los

últimos años debido al incremento del consumo nacional observado a partir de la

demanda actual en consumo de jugos, néctares, vinos y café en México. Se

requiere buscar alternativas que satisfagan la demanda de enzimas pectinasas

utilizadas en la industria alimentaria para la extracción de jugos y néctares, en la

clarificación de vinos como de la misma forma para la fermentación del café y

cacao (Orbegoso A. 2002-2007).

Se desea que la producción de enzimas sean originadas de un proceso alterno y

ecológico, para esto se plantea la creación de una planta que sea capaz de

producir enzimas pectinasas a partir de los residuos agroindustriales del café,

debido al incremento en consumo de esta enzima año con año.

Para la producción de pectinasas haremos uso de la fermentación en sustrato

sólido, como se mencionó antes, utilizamos el café como sustrato, lo que asegura

que nuestras enzimas sean específicas a ese componente y puedan inducir a

importantes incrementos de la productividad.

Se decidió utilizar la fermentación en sólido y no la fermentación en cultivo

sumergido; ya que una de las características generales de las fermentaciones en

sustrato sólido es su baja actividad de agua.

Con lo que se obtendría cierta seguridad de obtener un proceso no contaminado

con algunas actividades microbianas. Lo que posiblemente ahorraría costos en la

elaboración de las enzimas pectinasas, con esto se invertiría menos tiempo y

dinero en actividades relacionadas en la purificación (Duarte A. 2000-2004).

5. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓNEl proceso de producción para obtener enzimas pectinasas empieza cuando se

recibe la materia prima, en este caso se habla de los residuos agroindustriales del

café, estos pasaran a un tamizado donde se le retira residuos ajenos al café, una

vez seleccionado se llevara a triturarlo para después pesarlo, esto para llevar un

control de materia prima, almacenándola y cuidando su integridad, otro objetivo

del pesado es facilitar la etapa de carga del fermentador, ya que el sustrato estará

en las porciones que demanda la fermentación.

Cada que inicie el proceso se llevara cabo la esterilización del sustrato como del

fermentador y equipo auxiliar necesario, acabada la esterilización se procederá a

inocular el medio con Aspergillus niger tratando de obtener una homogenización

en la inoculación, una vez con el medio inoculado se llevara a cabo el proceso de

fermentación en un fermentador de tambor rotatorio. Terminado el proceso de

fermentación se realizar un proceso de separación por medio de una extracción

solido-liquido utilizando como solvente metabisulfito de sodio para así recuperar

mayor parte de las enzimas dela fase sólida, para purificarlas en la siguiente etapa

se hará pasar ese solvente con nuestras enzimas por una ultrafiltración que estará

compuesta por dos membranas una correspondiente al tamaño de nuestra

pectinasas y la siguiente del tamaño de nuestro microorganismo, esto para

separar la biomasa del producto, tratando de recuperar la mayor parte de este..

Obtenidas las enzimas ya purificadas se someterán a un proceso de conservación

que será una deshidratación para así poder conservar nuestro producto en

óptimas condiciones, para esto se pesara y se almacenara en para su posterior

distribución.

En el siguiente esquema se puede observar el proceso de producción de enzimas

pectinasas.

Producción de enzimas pectinasas a partir de residuos agroindustriales del café utilizando Aspergillus Niger

6. DIAGRAMA DEL PROCESO

7.

17

FERMENTADOR

TAMIZADO

TRITURACIÓN

PESADO Y ALMACENAMIENTO

ESTERILIZACIÓN

DEL MATERIAL Y EQUIPO

MEZCLADOR

RECEPCIÓN DE MATERIA PRIMA

EXTRACCIÓN

SOLIDO-LIQUIDO

SEPARACIÓN DEL PRODUCTO DE LA BIOMASA

ALMACEN DISTRIBUCIÓN

INÓCULO AL 10%

(107esporas/gr)

PESADO

METABISULFITO DE SODIO


18


7. DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO

19


20


8. PARAMETROS DE CONTROL

En una fermentación existen muchos factores involucrados para obtener el metabolito de

interés, existen variables que se pueden controlar desde un principio como el volumen de

operación, el microorganismo a utilizar el pH, la concentración de sustrato y la temperatura

inicial, en todos los procesos fermentativos se llevan a cabo variaciones de estas

condiciones de operación por eso es importante saber cuáles son las condiciones optimas

de nuestro microorganismo para tener así un mayor rendimiento.

Para el proceso de producción de enzimas pectinasas se implementara el proceso de

fermentación con las siguientes parámetros, estos parámetros se han establecido con los

antecedentes del proyecto, con estas condiciones se realizara el proceso de producción pero

a su vez se estarán realizando variaciones en los parámetros para así llegar a las

condiciones óptimas del proceso.

Las condiciones en las que se realizara la fermentación de residuos agroindustriales del café

se muestran en la siguiente tabla:

Tabla 1 Parametros de control en la producción de enzimas pectinasas

PARÁMETRO RANGO DESCRIPCIÓN

TEMPERATURA

20°C - 38°C

Temperatura

optima:30°C

Dentro de este rango de temperatura se pueden producir pectinasas, en este caso se utilizara la temperatura de 30°C ya que con este valor se obtiene un mayor rendimiento de producto.

pH4.5 – 6

optimo:5

Se decidió trabajar con el rango de pH 5 ya que es óptimo para la producción de pectinasas.

PRESIÓN 1 atmosfera

En este caso se trabajara con la presión atmosférica que se presente en el área de trabajo que aproximadamente será de 1 atmosfera.

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PORCENTAJE DE

HUMEDAD RELATIVA65% - 80%

Se trabajara con este porcentaje de humedad relativa, para controlar esta variable se contara con un aspersor que en determinado tiempo de la fermentación, se le hara pasar agua destilada y estéril, para conservar la humedad relativa que será de 80%.

Concentración de

inoculo

107

esporas/gramo

La concentración de inocula estar a un 10%, que tendrá un valor de 107 esporas/gramo de sustrato, que es la pulpa de café, ya que en este rango es el más adecuado para llevar a cabo una buena fermentación del sustrato.

Esterilidad del material,

equipo e inocuidad del

medio

Esterilización

Para mantener las medidas de asepsia correctas todo el material y equipo así como uniformes de trabajo serán esterilizado para evitar contaminación del medio de cultivo llevando al fracaso la fermentación y la producción de enzimas

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9. EQUIPOS INVOLUCRADOS EN EL PROCESO

El proceso de producción de pectinasas con Aspergillus niger a partir pulpa de café, la cual

es un residuo agroindustrial, involucra los equipos que se muestran en la tabla 2, tomando

en cuenta que la fermentación es sólida.

Tabla 2 Características de los equipos involucrados en el proceso

EQUIPO POTENCIA/ENERGIA

REQUERIDA

MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN

CARÁCTERÍSTICASGENERALES

Trituradora 15 HP Acero inoxidable Dimensiones generales(mm): 3100x1750x1600

Reactor, tambor rotatorio

1440W Acero inoxidable 340

Tambores: Eje de tubos excéntricos

Contenedor 1000 L Acero inoxidable Pulido espejo por ambas superficies

Secador 220 V Construido con acero inoxidable EISI-316

Rotámetro y válvulas medidoras de flujo

Tamizador 25W Acero inoxidable AISI 304 0 316

Tamiz de 2mm de diámetro, tamiz de 1.1 mm de diámetro para separar el sólido.

Autoclave 13 W Acero inoxidable Válvulas que regular la presión, temperatura.

Mezcladora 36W Acero inoxidable 316

Motor del mezclado de 4C.V velocidad de vaciado de la tolva de 2- 3 min.

Ultra filtrador Todos los componentes son de acero inoxidable, P.V.C. y polietileno.

Tiene un caudal de 2m2/h

Banda transportadora

28 W Banda transportadora con guardas integradas de acero inoxidable

Motor de 1/2 HP estándar

Tanque de almacenamiento

De 8 a 30 m3 Acero inoxidable, lámina interna lámina externa.

Sistema de enfriamiento

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10. IDENTIFICCIÓN DEL EQUIPO CLAVEEl equipo de tambores rotatorios, construido básicamente con el propósito de obtener datos

confiables y reproducibles en la fermentación de diferentes sustratos, proporciona las

condiciones óptimas para el crecimiento del microorganismo seleccionado, tales como

temperatura, humedad, agitación, etc. (tabla 3); además, el equipo mencionado provee aire y

agua en condiciones estériles.

Tabla 3 Características del reactor.

ELEMENTOCARACTERÍSTICAS

Controladores

ControladoresTipo: proporcional de ganancia variableVoltaje: 110V.Intervalo de operación (OC):20 -100.Potencia máxima manipulada 1440W.

Resistencia para calentamiento del agua (Sistema de humidificacióndel aire)

Voltaje: 110 V.Potencia: 800 W.Longitud: 0,50 m.Material: cobre

Resistencia para calentamiento delaire.

Tipo: encapsuladaLongitud: 0,5 m.Voltaje: 110 V.Potencia: 200 W.Material: cobre

Columna de burbujeo

Difusor de aire:Diámetro: 0,0889 m.Altura: 0,42 m.- diámetro de los orificios: 0,001m.- número de orificios: 22Material: acero inoxidable.

Elementos primariosde medida

Sensor LM35Ganancia: 10(mV)/(OC).Longitud: 0.076 m.Diámetro: 0.28 m.Soporte de los tambores:

TamboresDiámetro exterior: 1.1 m, calibre 40Diámetro interior: 1 m, calibre 40Orificios de entrada y salida del aire:Diámetro: 0,0027 m.Material: acero inoxidable 340.

10. PRODUCTIVIDAD DEL PROCESO.PECTIENZ tiene como objetivo satisfacer la demanda actual de enzimas pectinasas, por tal

motivo es importante determinar una producción especifica anual. Para conocer la cantidad

24


de enzima que la empresa debe producir, fue necesario hacer un análisis sobre la oferta y la

demanda en el mercado de pectinasas, con ello determinar si existe mercado potencial, para

así posicionarnos como empresa competitiva en este rubro; como resultado del análisis a

continuación se muestra una gráfica del mercado potencial.

Gráfica 1 Oferta y demanda

Como se puede observar en el gráfico, se determinó que la demanda es superior a la oferta,

es por ello que nuestro mercado potencial es aceptable para poder introducir nuestro

producto al mercado competitivo.

Para determinar la producción anual de nuestra empresa se utilizó la siguiente ecuación:

(todos los datos son manejados en toneladas).

Y= a + bx

Demanda

A= 10.17

B= 14.71

Demanda = 10.17 + 14.71 (año) =

Demanda = 10.17 + 14.71 (12) = 186.69 ton

25

MERCADO POTENCIAL


Oferta

A= 20.04

B= 9.48

Oferta = 20.04 + 9.45 (año) =

Oferta = 20.04 + 9.45 (12) = 133.44 ton

Evaluación de la producción al primer año

186.69 (demanda) + 133.44 (oferta) = 320.13 ton

Como una empresa no puede cubrir toda la demanda entrando al mercado competitivo se

utiliza solo el 10% el cual nos da un valor de 32.013 ton, este sería la producción que tendría

nuestra empresa por año; Partiendo que el año tiene 365 días pero de los cuales

aproximadamente solo 303 días son laborales obtenemos que diario produciremos 0.10565

tons, ósea 105 kg diarios.

El proceso de producción se lleva a cabo en un tiempo de 52 hrs, entonces por cada lote se

debemos producir 227 kg. Es por ello que se debe lograr esta producción por lote, ya que

con esto, estamos garantizando un lugar en el mercado competitivo.

11. MEMORIA DE CÁLCULO DE BALANCE MASICO Y ENERGETICO DEL EQUIPO

CLAVE.

11.1. Balance másico Para el balance de materia se utilizó la reacción estequiometrica para obtener la cantidad de

moles que participan en la reacción, partiendo que un rendimiento se puede convertir en un

coeficiente estequimetrico y viceversa, se calculó de dicha manera como se muestra a

continuación.

Rendimiento de sustrato-producto

YX/S = cantidad de biomasa/ 1 mol de sustrato

YX/S= C PMB /PMS

26


Despejar a C para obtener el coeficiente estequiometrico

C= PMS YX/S / PMB

Es necesario obtener los pesos moleculares del sustrato así como el de la biomasa

PM de biomasa = 24.9g

PM del sustrato= 180g

YX/S= 0.68g

C= (180)(0.68)/24.9 =

C= 4.916

Una vez obtenido el primer coeficiente lo colocamos en la ecuación de reacción

Cw Hx Og + aO2 + bNH3 cCH1.8 O0.5 N0.2 + d CO2 +eH2 O +P

C6 H12 O6 + bNH3 cCH1.72 O0.55 N0.17 + d CO2 +eH2O + f C18H37N(CH3)2

C6 H12 O6 + bNH3 4.916 CH1.72 O0.55 N0.17 + d CO2 +eH2O + f C18H37N(CH3)2

Se obtienen las ecuaciones correspondientes pada cada elemento

C 6 = 4.916 + d + 20f

H 12 + 3b = 8.456 + 2e + 43f

O 6 = 2.703 + 2d + e

N b= 0.836 + f

Y se despeja a manera que sea más conveniente para introducirlas a una matriz para su

resolución

C d + 20f = 1.084

H 2e + 43f – 3b = 3.544

O 2d + e= 3.30

N b – f= 0.836

27


Se colocan en la matriz

b d e f1 0 0 -1 0.836

0 1 0 20 1.084

0 2 1 0 3.3

0 -3 2 43 3.54

Resolución

b d e f1 0 0 -1 0.836

0 1 0 20 1.084

0 0 1 -40 1.132

0 0 0 1 0.025

Una vez resuelto, se obtienen los valores de los demás coeficientes

f = 0.025

e – 40f =1.132e= 1.132 + 40 (0.025)e = 2.132

d + 20 f =1.084d = 1.084 -0.5d=0.584

b – f = 0.836b = 0.836 + 0. 025b = 0.861

Para comprobar que entradas son igual a Salidas se muestra en la siguiente tabla utilizando

las ecuaciones originales:

Tabla 4 Balance por elemento

Átomo Entrada Salida

28


C 6 4.916+.584+20(.025)=6

12 +3(0.861)=14.583 8.456+2(2.132)+43(.025)=13.795

O 6 2.703+2(0.584)+2.132=6.003

N 0.861 0.861 – 0.025= 0.861

En la tabla se puede mostrar que las entradas son iguales a las salidas excepto por el

hidrogeno el cual tiene una diferencia:

14.583 – 13.795= 0.788

La falla se debe a que no se utilizaron todos los decimales al resolver la matriz.

Por cada mol de glucosa (180g) se obtiene 0.025 moles de pectinasas (297 g).

Si queremos producir 105 kg de pectinasas por día

227000g / 297g = 764.3 (factor de conversión)

Por tanto: se requiere 137.57 kg de glucosa, 11.18 kg de amoniaco para producir 93.55 kg

de biomasa y 227 kg de enzima.

11.2 Balance energético.Para el balance de energía de la producción de pectinasas, se `considero que nuestra

fermentación, es en estado estacionario, esto quiere decir que las propiedades se mantiene

constantes, por lo tanto la energía cinética como la energía potencial son despreciables.

Se realizó un balance de energía interno, considerando los calores de combustión de

reactantes menos productos, la potencia y la masa evaporada para determinar la cantidad

de calor en nuestro reactor.

∆hrxn + WS + Mv∆ hv = Q

Se calculó ∆hrxn

Para esto fue necesario convertir la cantidad de materia que entra y lo que se produce a

kg/hr quedando de la siguiente manera:

Fuente de carbono = 5.72 kg/hr

29


Fuente de nitrógeno = 0.46 kg/hr

Biomasa = 3.89 kg/hr

Después se investigó los calores de combustión

∆hc glucosa * = -2800 kJ / molhc amoniaco * = -382 kJ / mol

∆hc biomasa * = -552 kJ / mol

Multiplicando el flujo másico por el calor de combustión correspondiente

Glucosa (5.72 kg/h)( -2800 kJ / mol) 1mol / 0.180 kg = -88977.77 kJ/hr

NH3 =(0.46)(-382.6 kJ / mol) 1 mol / 0.017kg = -4883.97 kJ/hr

Biomasa = (3.89 kg/hr)(-552 kJ / mol) 1 mol / 0.249 = -8623.61

∆Hrxn = h biomasa – h glucosa – h NH3

= -8623.61 + 88977.77 +4883.97

= 85238.13 kJ/hr / 3600s = kJ / s

= 23.67 kJ / s = kw

La masa de evaporización se obtuvo de acuerdo al balance de materia es de 0.44 kg/ hr y la

entalpia de evaporización * de acuerdo a la temperatura que estamos trabajando (30 °C) es

= 2430.7 kJ / kg por lo tanto

MV ∆hv = (0.44 kg/ hr)( 2430.7 kJ / kg) = 1069.5 kJ / hr

1069.5 kJ hr -1 / 3600s = 0.48 kw

La potencia que requiere el reactor es 1.44 kw

WS = 1.44 kw

Por lo tanto:

Q = 23.67 kw + 1.44 kw + 0.48 kw

Q = 25.59 kw

La Q es positiva esto indica que el calor es removido del sistema

30


Nuestro reactor requiere un sistema de enfriamiento para siempre contar con las condiciones

óptimas de temperatura (30 °C), con el balance de energía podemos calcular la cantidad de

agua que se necesitara en nuestro aspersor.

Q = mCp ∆T

m = Q / Cp ∆T

m = 7.108x10-3 kJ h-1 / (4.181 kJ kg-1 K-1) (311 K - 298 K)

m = 1.30x10 -4 kg/hr

*Bioprocess Engineering Principles pag. 406, 407 y 408

*Procesos de transporte y operaciones unitarias pag. 945

31


12.PROCESO FERMENTATIVO

12.1 MEDIO DE CULTIVO.

a) Justificación Del Medio De Cultivo:

La producción de enzimas pectinasas se realizara en sustrato sólido, siendo este los

residuos agroindustriales del café (pulpa de café), en la tabla 5y 6 se muestra la

composición química del café, en la tabla7 la composición del medio basal con el que será

impregnada el sustrato, la cantidad de pulpa a utilizar por lote será de 394 kg, :

Tabla 5 componentes de la pulpa de café

Tabla 7 Composición del medio basal

En la Tabla5 se puede observar la composición química del café, mostrando que el café es

rico en hidratos de carbono, convirtiéndolo así en una fuente de carbono apropiada para

nuestra fermentación; que utilizara como fuente de carbono la sacarosa que al pasar por el

proceso de hidrolisis se convertirá en glucosa, como fuente de nitrógeno se ocupara NH3. ya 32

Tabla 6 Contenido de otros compuestos en la pulpa de café

Tabla 8: Composición de la solución de

oligoelementos elementosCOMPUESTO g/L

KH2PO4 0.25

K2HPO4 0.18

MgSO4•7H2O 0.18

Oligoelementos (solución)

1ml/L


que el café cuenta con un porcentaje en su composición química de 6.5% de pectina servirá

como inductor para la formación de pectinasas, por este motivo resulta importante la

utilización de este medio de cultivo ya que favorece a una mayor producción de pectinasas,

otro motivo del uso de este medio, se debe a que la pulpa de café es un desecho de la

industria cafetalera, y al ser este un desecho se puede convertir en un contaminante, pero

para PECTIENZ, la pulpa de café es un medio de cultivo apropiado para la producción de

enzimas.

12.2 CINÉTICA DE LA FERMENTACIÓNLa fermentación de Aspergillus níger sobre la pulpa de café como fuente de carbono para la

producción de pectinasas en un cultivo sólido, en un lote de producción se presenta los

valores mostrados en la tabla 9 de biomasa, sustrato y producto.

Tabla 9 Cinética de fermentación.

Tiempo X rs rs final rq5 0.031158 0.007809 13.992191 0.000069

10 0.069342 0.017379 13.982621 0.00015315 0.154324 0.038678 13.961322 0.00034020 0.343455 0.086080 13.913920 0.00075625 0.764374 0.191575 13.808425 0.00168230 1.701146 0.426358 13.573642 0.00374335 3.785970 0.948878 13.051122 0.00832940 8.425831 2.111766 11.888234 0.01853745 18.752031 4.699822 9.300178 0.04125448 30.304677 7.595262 6.404738 0.066670

A continuación se muestran las gráficas donde se representa el crecimiento de biomasa,

consumo de sustrato y formación de producto, en la fermentación de pulpa de café con

Aspergillus niger.

33


0 10 20 30 40 500

5

10

15

20

25

30

35

CINÉTICA DE CRECIMIENTO

TIEMPO(HORAS)

BIO

MAS

A (g

/L)

Gráfica 2Cinética de crecimiento de biomasa de Aspergillus niger en FMS

En la gráfica 2 se muestra el crecimiento de biomasa generado en la fermentación solida de

café con Aspergillus níger, teniendo una máxima producción a las 48 horas iniciada la

fermentación. La biomasa fue calcula a partir de la ecuación de Monod.

X=Xoeμt

Dónde:

Xo= concentración de biomasa inicial (g/L)

µ= velocidad máxima de crecimiento (h-1)

t= tiempo (horas)

34


0 10 20 30 40 500

2

4

6

8

10

12

14

16CONSUMO DE SUSTRATO

TIEMPO(HORAS)

CON

CEN

TRAC

IÓN

DE

GLUC

OSA

/CEL

ULAR

(g

/L)

Gráfica 3 Consumo de sustrato de Aspergillus Níger en FMS.

En la gráfica 3 se muestra la curva de consumo de sustrato que presenta Aspergillus níger

en la FMS en un periodo de tiempo de 48 horas, con una concentración de glucosa de

14g/L, quedando 6g/L aproximadamente. El consumo de sustrato fue determinado a partir de

la siguiente ecuación que relaciona el consumo de sustrato asociado indirectamente al

metabolismo energético.

rs=( μYXS + qpYPS

+ms)xDónde:

µ= velocidad máxima de crecimiento (h-1)

qp= velocidad especifica de producción de producto (h-1)

ms= coeficiente de mantenimiento (gr de glucosa/gr de células-h)

X= concentración de biomasa (g/L)

Yx/s= rendimiento biomasa/sustrato (gr biomasa/gr sustrato)

Yp/s= rendimiento producto/sustrato (gr producto/gr sustrato)

35


0 10 20 30 40 500

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08FORMACIÓN DE PRODUCTO

TIEMPO (HORAS)

CON

CEN

TRAC

IÓN

DE

PECT

INAS

AS (g

/L)

Gráfica 4 Consumo de sustrato de Aspergillus niger en FMS.

En la gráfica 4 se muestra la cantidad de producto que se produce en un tiempo máximo de

48hr iniciada la fermentación. La formación de producto se calculó a partir de la ecuación

siguiente:

rp=qp∗x

Dónde:

rp= velocidad de formación de producto (g/L)

qp= velocidad especifica de producción de producto (h-1)

X= concentración de biomasa (g/L)

En la tabla 6 se muestran los datos para calcular los coeficientes estequiometricos.

Tabla 10 condiciones iniciales del sustrato

CONSTANTESCondiciones iniciales

M=0.14Humedad relativa: 80%

xo= 0.014Humedad en el medio seco: 15%

qp=0.00022Temperatura optima: 30°C

Yp/s=0.04123pH: 5

Yx/s= 0.68 Tamaño de inoculo: 107 esporas/g

ms=0.01

36


13.CARACTERIZACIÓN DEL EQUIPO CLAVE.

13.1 CARACTERIZACIÓN HIDRODINÁMICA

Debido a que nuestra fermentación es en medio sólido sólo un porcentaje de humedad es el

que interviene en nuestro proceso fermentativo, la cual es de 15% (medio seco).

Los procesos de fermentación en medio sólido (FMS) involucran el crecimiento de

microorganismos sobre sustratos sólidos húmedos en ausencia de agua libre. A

partir de la naturaleza de la fase sólida se distinguen dos tipos de sistemas de FMS: cultivo

en un sustrato natural y el cultivo sobre un soporte inerte impregnado con un medio líquido.

Ya que la transferencia de oxigeno es casi nula porque nuestro microorganismo es

anaerobio, por lo que no hay un Kla que calcular.

13.2 TRANSFERENCIA DE MASAMismo a lo mencionado anteriormente en la caracterización del equipo debido a que en una

fermentación en medio solido no existe aeración por los requerimientos de nuestro

microorganismo, Aspergillus niger ya que anaerobio. No existe una transferencia de masa

como tal correspondiente a la oxigenación en el sistema.

La transferencia de masa es calculada con la ley de Fick e interviene la difusividad de gas en

el medio, pero dado que no tiene aeración nuestro medio no hay transferencia de masa

significante.Por tal motivo no fue incluida en este trabajo.

13.3 TRANSFERENCIA DE CALORLa Transferencia de calor es la energía en tránsito debido a una diferencia de temperaturas

en un cuerpo o entre cuerpos diferentes. Esta estudiada por la termodinámica. El calor

siempre fluye desde una región con temperatura más alta hacia otra región con temperatura

más baja. La transferencia o dispersión del calor puede ocurrir a través de tres mecanismos

posibles, conducción, convección y radiación.

La transferencia de calor que surge en nuestro sistema es por conducción esto quiere decir

que es la transferencia de calor a través de un material estacionario, tal como un solido o un

fluido en reposo o régimen laminar. Este tipo de transmisión no involucra un movimiento

relativo de partículas del cuerpo y por tanto se define como difusión de energía debida a un

movimiento molecular aleatorio.

37


TRANSFERENCIA DE CALOR EN ESTADO ESTABLE

Para el cálculo de este tipo se utiliza la ley de Fourier, la cual nos dice que el flux de energía

es directamente proporcional a la constante térmica por el gradiente de temperatura

respecto a un plano.

Donde:

q/A= es el calor respecto a un área.

-k = es la conductividad térmica.

dT/dr= es el gradiente de temperatura respecto a un plano.

-Para la transferencia de calor en un cilindro la ecuación queda de la siguiente manera:

Donde:

-k es la conductividad térmica. En este caso del acero (45.3 W/mk)

A1m es la media logarítmica de área. A1m= A2-A1/ log (A2/A1)

T1 r1* son la temperatura y el radio interno.

T2 r2 *son la temperatura y el radio externo.

Área transversal de flujo de calores: A=2πrL

- Calcular el área transversal de flujo de calores interna y externa.

38


A1=2πrL = 2π(1m)(o,5m) = 3.1415 m

A2=2πrL = 2π(1m)(o,55m) = 3,4557 m.

- Calcular. A1m

A1m=3.4557m -3.1415m/ log (3.4557m/3.1415m) =3.58m2

- sustituir datos en la fórmula:

A1m= A2-A1/ log (A2/A1)

A1m= 3.4557-3.1415/ log (3.4557/3.1415)

A1m=7.58m2

-Sustituir datos en la ec. De Fourier

Q= 45.3 W mk-1(7.58 m2)(311k-298k/0.55m-0.5m)

*los radios utilizados son tomados de la tabla 3 vista anteriormente.

Q= 89272.24 W

El signo positivo indica que el calor va del radio uno al radio 2 es decir de del interior al

exterior.

39


14. IDENTIFICACIÓN DEL EQUIPO CLAVE

Características del reactor de tambor rotatorio

El equipo de tambores rotatorios, construido básicamente con el propósito de obtener datos

confiables y reproducibles en la fermentación de diferentes sustratos, proporciona las

condiciones óptimas para el crecimiento del microorganismo seleccionado, tales como

temperatura, humedad, pH agitación, etc. (tabla 11); además, el equipo mencionado provee

aire y agua en condiciones estériles.

En la figura 6) se muestra el modo de operación del fermentador rotatorio paso por paso.

Tabla 6 Diagrama de operación del fermentador rotatorio

40


Tabla 11. Características de los sistemas de humidificación del aire y ajuste final de Temperatura.

Elemento Características

Controladores

Controladores

Tipo: proporcional de ganancia variable

Voltaje: 110V.

Intervalo de operación (OC):20 -100.

Potencia máxima manipulada 1440W.

Resistencia para calentamiento del agua (Sistema de humidificación

del aire)

Voltaje: 110 V.

Potencia: 800 W.

Longitud: 0,50 m.

Material: cobre

Resistencia para calentamiento del

aire.

Tipo: encapsulada

Longitud: 0,5 m.

Voltaje: 110 V.

Potencia: 200 W.

Material: cobre

Columna de burbujeo

Difusor de aire:

Diámetro: 0,0889 m.

Altura: 0,42 m.

- diámetro de los orificios: 0,001m.

- número de orificios: 22

Material: acero inoxidable.

Elementos primarios

de medida

Sensor LM35

Ganancia: 10(mV)/(OC).

41


Longitud: 0.076 m.

Diámetro: 0.28 m.

Soporte de los tambores:

Tambores

- Eje de tubos excéntricos

Diámetro exterior: 0.038 m, calibre 40

Diámetro interior: 0,013 m, calibre 40

Orificios de entrada y salida del aire: .

Diámetro: 0,0027 m.

Material: acero inoxidable 340.

15.CARACTERISTICA DE MATERIA PRIMA, EN PROCESO Y PRODUCTO TERMINADO DE LOS INSUMOS.

La materia prima principal para llevar a cabo el proceso de fermentación solida utiliza como

sustrato los residuos agroindustriales del café, principalmente la pulpa de café, en la tabla

12 se presenta los siguientes componentes del fruto del café:

PESO FRESCO

Tabla 12 Componentes del café en peso fresco de 1 kg.

Producto (Gramos) (%)

Fruto 1 000 100.0

Pulpa 432 43.2

Mucílago 118 11.8

Cascabillo 61 6. 1

Granos 389 38. 9

El porcentaje de pulpa de café representa el 43.2% de la composición del café, siendo esto

una ventaja para el proceso, ya en diversas empresas cafetaleras consideran a este

componente como un desecho agroindustrial, convirtiéndose en nuestro sustrato principal,

en la tabla 13 se muestra los componentes de la pulpa de café:

42


Tabla 13. Otros compuestos de la pulpa de café

Análisis físico-químico del sustrato (café):

Tabla 14: Composición físico-química del café

43

Propiedades físicas Propiedades químicas

Estado de

agregaciónSólido Acidez

−0.13–1.222 pK

a

AparienciaAgujas blancas o

polvo. Sin olor.

Solubilidad en

agua

2,17 g/100 ml

(25 °C)

Densidad1230 kg/m3;

1.230 g/cm3

18,0 g/100 ml

(80 °C)

Masa molar 194,19 g/mol67,0 g/100 ml

(100 °C)

Punto de

fusión510 K (237 °C) Momento dipolar

3,64

(calculado) D


CARACTERISTICAS DE PRODUCTO TERMINADO

Descripción: La pectinasas es producida a partir de Aspergillus Níger atravez de la

fermentación y procesos de extracción. La pectinasa es una clase de enzimas que puede

hidrolizar a la pectina.

Aplicación: Se usa en el procesamiento de frutas y hortalizas para preparar jugos y

néctares a si como la a clarificación de estos.

Empaque de almacenamiento: La pectina es una sustancia orgánica bioquímica, la luz del

sol y las altas temperaturas causaran inactivación de la enzima.

La enzima tipo solida se empaca en un frasco de plástico con tapa de rosca esto nos permite

abrir y cerrar nuevamente sin ningún problema como se observa en la fig. 3 y 4

Tabla 15 Datos básicos del producto

Nombre Pectinas

Clasificación Catalizador

Lugar de origen México

Marca Pect 60

Color Café opaco

Aspecto Polvo

Olor Característico

Uso Ayuda a extraer, aclarar los zumos

de fruta

Tipo Enzima del grado de alimentación

Microorganismo de origen

Aspergillus Níger

Temperatura 30 a 35°c

pH 5

44


45


Instrucciones de uso de PECTIENZ

Manipulación:

Exposición del Usuario: Evitar el contacto con los ojos, la piel o la ropa. Evitar la inhalación.

Evitar la exposición prolongada o repetida.

Almacenamiento:

Bajo condiciones apropiadas en un lugar seco y fresco con la tapa no abierto como se

muestra en la figura 1.

Requisitos especiales:

No congelar.

Las características de producto son:

Frasco con 100 g. de enzima, el producto tiene que estar en un lugar fresco y seco

Este producto está elaborado bajo estándares de calidad muy estrictos esto es para

garantizar a las industrias y a los posibles compradores un producto eficaz y confiable.

Vida útil

Mínimo de 12 meses a partir de la fecha de producción, tiempo máximo es de 2 años, en

buenas condiciones de almacenamiento.

46


16.PROPUESTA DE LISTA DE VERIFICACIÓN

Lista de la Verificación de la Gestión de la Inocuidad de los Alimentos acorde con HACCP

SECCION PUNTO DE CONTROL CUMPLIMIENTO (SI/NO)

COMENTARIOS

Requisitos del sistema HACCP

Requisitos generales

La organización ha establecido y manteniendo el sistema HACCP con todos los requisitos de esta verificación

SI La organización debe identificar los procesos así como poner en práctica un sistema HACCP acorde con los requisitos de esta lista de verificación

Política de inocuidad de los alimentos

Ha definido y documentado la alta organización una política y compromiso de inocuidad de alimentos

SI

La alta organización debe definir la política y compromiso con la relación a la identificación control de peligros y evaluación

La política de inocuidad de los alimentos es apropiada y considera: la identificación la evaluación y control de peligros relacionados con la inocuidad de los alimentos

SI

Incluye la política de inocuidad de los alimentos el campo de aplicación de los sistemas HACCP categoría de los productos y lugares de producción que

NO

47


serán cubiertos por el sistema

relacionados con la inocuidad de los alimentos. Asegurando que la política de esta, en los alimentos sea comunicada entendida implementada y mantenida en todos los niveles de la organización.

Asegurar la relevancia de política cumpliendo con los objetivos de negocio de organización

SI

Incluye el compromiso de cumplir con la legislación y reglamentos de inocuidad de alimentos aplicables por la organización.

NO

Proporciona el marco para establecer y relacionar los objetivos de la inocuidad de los alimentos

SI

Está documentada la política de inocuidad de los alimentos

NO

Esta puesta en practica

NO

Se mantiene y comunica a todos los trabajadores de la organización

SI

Está disponible para el publico

NO

organización

Responsabilidad y autoridad

Ha definido, documentado y comunicado la organización las funciones y responsabilidad y

SI

48


autoridad para asegurar la operación del sistema HACCP

La organización debe establecer mantener y actualizar en forma documentada las funciones responsabilidad y autoridad la operación del sistema HACCP así como dotar de los recursos necesarios para su efectiva implementación y control en consecuencia para el producto el proceso y el sistema HACCP el personal asignado debe identificar y registrar cualquier problema iniciar medidas correctivas y controlar los productos inconformes.

Esta responsabilidad permite al personal asignado:

Identificar y registrar cualquier problema con relación con el producto, el sistema HACCP.

SI

Iniciar las medida correctivas y controlar los productos no conformes hasta que se corrija la deficiencia o condición insatisfactoria

SI

Iniciar acciones preventivas a la ocurrencia de cualquier inconformidad relativa al producto, proceso o al sistema HACCP

SI

Líder del equipo HACCP

Ha designado la organización un líder para el equipo HACCP

SI

La alta dirección de la organización debe implementar un líder con responsabilidad y autoridad para asegurar el sistema de HACCP así como

El líder del equipo HACCP tiene la responsabilidad y autoridad para:

Asegurar que el sistema HACCP este operado de acuerdo con esta lista de

SI

49


verificación programar u organizar todo en equipó

Programar y organizar el trabajo del equipo HACCP

SI

50


LISTA DE VERIFICACION PARA PROCESO DE PRODUCCION DE ALIMENTOS

51

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X

X


52

x

x

x

Sin observaciones

x

x

x

x

x

x

x

x


53

X

X

X

X

X

X

X

X


17. PLAN HACCP DEL PROCESO

La inocuidad de un alimento es el primordial objetivo para la comercialización de

algún producto alimenticio o aditivo para producir dicho alimento, debido a esto la

industria alimentaria ha reconocido el Análisis de Riesgos y Control de Puntos

Críticos, por sus siglas en Inglés: HACCP, como un método efectivo para asegurar

la inocuidad alimentaria desde el principio del proceso hasta el consumo. Este

método se basa en prevenir antes que en corregir los problemas y se apoya en siete

principios que incluyen: el análisis de los riesgos, la identificación de los puntos

críticos, establecimiento de límites críticos, el establecimiento de procedimientos de

monitoreo, de medidas correctivas en caso de desviación, y de formas de

documentar y de verificar todas estas acciones.

El plan HACCP debe contar con:

Una descripción precisa del producto, y además, descripción del tipo de

empaque, el uso final del producto, el consumidor hacia quien va dirigido,

tiempo de vida útil y recomendaciones de almacenamiento

Un esquema del flujo del proceso

El análisis de los riesgos biológicos, químicos y físicos que se presentan en

cada etapa del proceso, identificando los puntos críticos de control o PCC

El esquema del plan en sí, que incluye los PCC identificados, el riesgo a

eliminar, los límites críticos, el monitoreo de los PCC (qué, cómo, con qué

frecuencia y quién), las acciones correctivas, los registros del monitoreo y la

verificación, expresado con la ayuda de una tabla.

En las páginas siguientes se presenta plan HACCP que se aplicara en la producción

de enzimas Pectinasas usando como sustrato la pulpa de café, sometiéndola a una

fermentación sólida para la producción de dichas exo-enzimas.

54


HOJA DE DESCRIPCIÓN DE PRODUCTO

DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO

Las enzimas pectinasas son biocatalizadores empleados en diversas industrias especialmente la alimentaria, la presentación del producto es un polvo café opaco.

EMPAQUEEnvases de plástico, estériles sellados a vacío, contenido de producto 100 gr de enzimas pectinasas.

TIEMPO DE VIDACon las condiciones apropiadas de almacenamiento, el tiempo de vida útil máximo es de 2 años.

CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO

El producto debe permanecer perfectamente cerrado y puede someterse a temperaturas de refrigeración (2ºC a 8ºC °C), evitando así la desnaturalización de las enzimas, conservando en óptimas condiciones el producto.

USOS

El producto está orientado hacia la industria alimentaria especialmente a la industria de jugos y vinos, por ser una enzima que ayuda a la clarificación de vinos y clarificación de jugos.

55


Plan Haccp: Diagrama De FlujoProducto: “Enzimas Pectinasas”

56

Recepción de la pulpa de café

Tamizado de la pulpa de café

Esterilización del medio de cultivo.

Inoculación con Asperguillis niger

Fermentación solida

Extracción con metabisulfito de sodio

Ultrafiltración

Envasado y Etiquetado

Almacenamiento


ANÁLISIS DE LOS PELIGROS E IDENTIFICACIÓN DE LOS PCC SEGÚN LA TÉCNICA DEL ÁRBOL DE DECISIÓN

Etapa del proceso Peligros potenciales

¿El peligro es significativo

para la inocuidad del

producto?

Justificación de la decisión

Medidas de control para los peligros

PCC

Recepción de la pulpa de café

Biológico:

Presencia de microorganismos patógenos, debido a una contaminación durante el transporte de la materia prima.

Contaminación con patógenos por la contaminación del equipo, operadores o prácticas no higiénicas.

Físico:

Presencia de materia extraña a la pulpa de café como: piedras, cabellos, pedazos de basura.

Químico: Ninguno

SI

SI

SI

La pulpa debe llegar sin presencia de patógenos para así evitar su multiplicación.

Transportan microorganismo y provocan perdida de efectivo ya que es materia inútil para el proceso

Los medios de carga que se utilicen para el transporte de la pulpa serán los más limpios posibles.

Aplicar los manuales de BPM efectivamente.

Tratar de comprar la materia prima lo más seleccionada posible, hacer uso de una filtración rápida antes de la adquisición.

NO

NO

NO

57


Tamizado de la pulpa.

Biológico:

Presencia de microorganismos patógenos la materia prima almacenada.

Contaminación con patógenos por la contaminación del equipo, operadores o prácticas no higiénicas

Físico: Ninguno

Químico: Ninguno

SI

NO

NO

La pulpa debe llegar sin presencia de patógenos evitando su multiplicación y la degradación de la pulpa de café.

Las áreas de almacén de la pulpa serán los más asépticos posibles.

Aplicar los manuales de BPM efectivamente

NO

NO

NO

Esterilización

Biológico:

Supervivencia de agentes patógenos en la etapa de esterilización a causa de emplear una temperatura o tiempo de esterilización menores a los apropiados.

Físico: Ninguno

Químico: Ninguno

SI

NO

NO

El proceso de esterilización es uno de los importantes antes de llevar a cabo una fermentación, ya que garantiza la inocuidad del proceso.

Controlar los parámetros de control tales como la temperatura con un rango de 121°C y un tiempo de 15 a 20 min.

Supervisar continuamente el proceso de esterilización que cumpla con dichas condiciones.

SI

NO

NO

Inoculación con Aspergillus niger

Biológico:

Una decadente inoculación que no permita una fermentación

SI La cantidad de inoculo presente en el medio de fermentación, debe

Controlar la cantidad exacta de inoculo que se ocupara para un lote teniendo en cuenta la

SI

58


adecuada para la producción de enzimas pectinasas

Físico: Ninguno

Químico: NingunoNO

NO

ser la adecuada para obtener una producción de enzimas favorable

relación de 107

esporas /gr de sustrato, verificando la relación presente al momento de mezclar el inoculo y el medio de cultivo. NO

NO

Fermentación Biológico:

No se debe contar con la presencia de microorganismos ajenos al inoculo, siendo esto un foco de contaminación para al fermentación, interfiriendo totalmente en el proceso.

Físico:

El aumento o disminución de las condiciones como temperatura, humedad dentro del biorreactor, siendo esto factor de cancelar la fermentación.

SI

SI

Un proceso fermentativo debe ser contar con un ambiente aséptico asegurando el éxito de la fermentación.

En una fermentación se deben controlar los parámetros de operación del equipo así como saber controlar las posibles variaciones para evitar cambios en la fermentación.

Antes de iniciar la fermentación realizar las acciones y pruebas de asepsia para asegurar un equipo libre de patógenos.

Controlar las variables como temperatura y humedad, adecuando estas a los parámetros adecuados °T 35°C y humedad de un 80% SI existiera alguna variación. En el caso de la temperatura someter a bañaos de agua fría o caliente según este lo necesita.

SI

SI

59


Químico: Ninguno NO

En el caso de necesitar más humedad conectar la liana de agua al aspersor del biorreator,

NO

Extracción solido-liquido

Biológico:

Presencia de microorganismos en el tanque de extracción debido a un mal saneamiento del equipo o por contaminación cruzada.

Físico: Ninguno

Químico:

La cantidad de metabisulfito de sodio no es la indicada para realizar eficientemente la extracción o este disolvente no se encuentra en la concentración adecuada para el proceso.

SI

NO

SI

Es una etapa final para la obtención del producto terminado es importante conservar las condiciones estériles garantizando un producto inocuo.

La fase liquida juga la parte más importante en una extracción solido-liquido, teniendo como objetivo recuperar el analito de interés (pectinasas).

Realizar las pruebas de esterilidad previa a su utilización y mantener esas condiciones. En caso de presentar contaminación realizar el saneamiento del equipo.

Revisar la concentración del metabisulfito de sodio que corresponda a un 10% así como el volumen presente en el tanque de extracción, corrigiendo el exceso o la falta del disolvente.

SI

SI

NO

60


Ultrafiltración

Biológico:

Presencia de carga microbiana en el equipo de ultrafiltración debido a una mala limpieza del equipo.

Físico: Ninguno

Químico: Ninguno

SI

NO

NO

Los microorganismos presentes son foco de contaminación para nuestro producto final por tal motivo se requiere un equipo libre de contaminación.

Realizar la limpieza de las membranas del equipo después de cada lote de producción. Así como verificar la limpieza del personal que este a carga de esta etapa del proceso evitando contaminación cruzada o directa.

SI

NO

NO

Envasado y etiquetado Biológico:

Contaminación del producto antes de ser envasado a través de los manipuladores o por el medio ambiente.

Físico:

Fallas en la aplicación del vacío

NO

NO

La inocuidad del envase garantiza la conservación del producto y la satisfacción del consumidor.

La aplicación correcta del vacío, en los envases inhibe el crecimiento

Revisar la esterilidad del equipo así como de las áreas donde se realice el envasado, como también del personal encargado.

Realizar el buen funcionamiento de la máquina de etiquetado.

NO

NO

61


Fallas en al etiqueta: información incompleta o borrosa siendo causa de desinformación en la fecha o caducidad, conservación del producto.

Químico: Ninguno NO

de microorganismos patógenos.

Realizar las inspecciones adecuadas de control de calidad del producto terminado.

NO

Almacenamiento

Biológico: Ninguno

Físico: Ninguno

Químico: Ninguno

NO

NO

NO

NO

NO

NO

PLAN HACCP PARA LA PRODUCCIÓN DE ENZIMAS PECTINASAS

62


Punto crítico de control

(PCC)

Peligros Significativo

s

Limites Críticos

Monitoreo

Acciones Correcticas

Verificación

RegistrosQué Cómo Frecuencia Quién

Esterilización

B: Supervivencia de agentes patógenos.

Control de temperatura, tiempo y presión de la esterilización

°T: 35°C

Tiempo: 15-20 min.

Presión: 1atm

Tiempo y temperatura en el autoclave

Observando el termómetro y manómetro, así como el tiempo de esterilización.

En cada proceso de esterilización

Supervisor del proceso de esterilización.

Encargado de laboratorio.

Adecuar la temperatura y la presión necesaria reajustando el calor y abriendo la válvula de presión.

Registros

diarios de

Producción.

Registros

diarios,

revisados y

firmados por

supervisores

Auditar cada

dos semanas

Registros de las bitácoras de operación.

Registros de la revisión del equipo.

Inoculación con

Aspergillus niger

B: Medio inoculado insatisfechamente.

Control en la cantidad de 107

esporas/gr de sustrato.

Concentración de inoculo (Aspergillus niger) presente

Realizar un conteo de esporas en cámara de new Bawer

En cada proceso

Encargado del proceso.

Encargado de laboratorio.

Adicionar o retirar la cantidad de inoculo para obtener el medio de cultivo

Revisión diría de los registros de inoculación.

Registros y bitácoras de la inoculación y mezclado

63


en el medio.

Supervisor de producción

deseado. con el medio de cultivo.

Auditar cada

dos semanas

Fermentación

Solida

B: Presencia de microorganismo en el fermentador.

F: Variación en la temperatura y la humedad durante la fermentación.

Carga MicrobianaNula

Temperatura

:35°C ± 3°C

Presión: 1atm

Tiempo: 48hrs

Humedad relativa:

Revisar los rangos de °T, presión, humedad relativa, presentes en el fermentador

Revisando el termómetro, manómetro, y la etapa de crecimiento del microorganismo.

En cada proceso fermentativo

Responsable del proceso.


Al presentar un aumento de temperatura realizar baños de agua fría o caliente al reactor según como se requiera ajustar la °T.

En caso de necesitar aumentar la Hr conectar al aspersor del birreactor la línea de suministro de agua estéril.

Registros

diarios de

producción

Revisión de las bitácoras de operación.

Manuales y registros de las condiciones del fermentador.

Análisis

Microbiológico del fermentador antes de usarlo.

Registro de la bitácoras y registros de verificación del equipo.

Auditoria

externa del plan HACCAP al menos

64


70% cada dos meses.

Extracción

Solida-liquida

B: Presencia de carga microbiana en el tanque para la extracción.

Q: Variación en el volumen y la concentración del metabisulfito de sodio.

La presencia de microorganismos debe ser nula.

El volumen debe corresponder a 1200 litros de metabisulfito de sodio a una concentración de 10%.

Verificando que el volumen de disolvente corresponda al requerido

Checando el volumen ocupado en el tanque, guiándose en la marca presente en el tanque.

En cada proceso


Supervisor de producción.

Añadir el volumen faltante, o retirar el exceso de metabisulfito de sodio, hasta obtener el volumen requerido.

Registros

diarios,

revisados y

firmados por

supervisores

Auditar cada dos semanas.

Comparar

records contra lo establecido en el plan HACCP.

Ultrafiltración

B: Presencia de contaminación microbiana en el equipo de ultrafiltración.

No debe existir contaminación alguna en el equipo de ultrafiltración.

Confirmar la ausencia de agentes patógenos en el ultra filtrador.

Realizando un análisis microbiológico.

En cada proceso



Realizar la limpieza y la desinfección para eliminar la varga microbiana presente.

Registros

semanales,

revisados y

firmados por

supervisore

Auditar cada dos semanas.

Comparar

records

contra lo establecid

65


s o en plan HACCP.

CRONOGRAMA DE VERIFICACIÓN DEL PLAN HACCP

66


ACTIVIDAD DE VERIFICACIÓN

FRECUENCIA DE LA ACTIVIDAD DE VERIFICACIÓN

RESPONSABLE SUPERVISOR

Programar las actividades de verificación

Trimestralmente o cuando cambien las condiciones en la empresa.

Coordinador de HACCP. Gerente de Planta.

Validación inicial del plan HACCP.

Previamente y durante la implementación inicial del plan.

Experto independiente.Equipo HACCP.

Validación subsiguiente del plan.

Cuando los límites críticos hayan cambiado, cuando se produzcan cambios significativos en el proceso, cuando el equipo o maquinaria se cambie o después de fallas en el sistema.

Experto independiente.Equipo HACCP.

Jefe de control de calidad

Comprobación de la vigilancia de los PCC como han sido descritos en el plan

Cada vez que inicie una operación considerada como PCC.

Depende del supervisor del PCC (ejemplo, supervisor de cavas de almacenamiento).

Equipo HACCP.


Revisión de la vigilancia y registros de acciones correctivas para demostrar conformidad con el plan.

Cada dos semanasDepartamento de Control de Calidad.

Equipo HACCP.


67


Verificación integral del sistema HACCP.

Anual. Experto independiente Gerente de Planta.

68


DISCUSION

En la tabla de análisis de peligros, se aprecia los peligros biológicos tales como

presencia o crecimiento de microorganismos patógenos por una contaminación

cruzada contaminación con patógenos por deficiente limpieza de equipos,

operarios y del medio ambiente, otro de los peligros significativos para el proceso

son los peligros químicos, encontrándose principalmente en la etapa de extracción

con metabisulfito de sodio, representado un peligro químico, por la parte de los

peligros físicos se encuentran las variaciones de los parámetros de control tales

como temperatura, presión, humedad y pH, siendo estos peligros significativos en

el proceso de producción de enzimas pectinasas, . El hecho de implementar el

sistema HACCP, permite disponer de un plan con la menor cantidad posible de

PCC facilitando su implementación y control. En la tabla de plan HACCP se

observan los siguientes PCC: esterilización, inoculación con el microorganismo de

interés, fermentación sólida, extracción y ultrafiltración. Cabe destacar, que

originalmente se consideró la etapa de la recepción de la materia prima como

PCC, descartando esta posibilidad debido a que la empresa está realizando

estrictamente un control de los proveedores, quedándose solo con aquellos que

ofrezcan un tamizado previo de la pulpa de café, estando estas en las mejores

condiciones de higiene. Además, el peligro de reproducción de microorganismos

en caso de presentarse en la recepción de materia prima seria mermado en el

proceso de esterilización, así descartando la recepción de pulpa de café como

PCC.

La inoculación del medio de cultivo dirige el proceso de fermentación mediante la

producción de pectinasas, siendo estos los 2 PCC más importantes en el proceso

ya que de no tener un control adecuado la producción de enzimas, la cantidad de

enzimas producidas sería menor, o peor aún no habría producción de enzimas en

la fermentación por una inadecuada inoculación o contaminación de la

fermentación.

Debe vigilarse y controlarse el funcionamiento del equipo de extracción y

ultrafiltración ya que de estos depende recuperar la mayor parte de enzimas


posibles, considerando a estas operaciones como las segundas más importantes

dentro del proceso, por esa razón fueron consideras como PCC en la producción

de enzimas pectinasas.

El plan debe ser verificado para asegurar una operación exitosa en el cronograma

de verificación del plan HACCP se muestra un ejemplo de un cronograma de

verificación (comprobación). Los puntos a considerar en la comprobación son la

revisión integral del plan, el acatamiento de los PCC y límites críticos, la

confirmación del cumplimiento de los procedimientos, mediante revisión de los

registros de las correcciones, desviaciones o gráficos de control y la frecuencia. El

plan HACCP y los registros correspondientes deben ser archivados en la planta. El

equipo HACCP debe mantenerse actualizado en las modificaciones de los

reglamentos y normas establecidas, tanto por los organismos sanitarios oficiales

como las referidas por expertos o investigadores del área. Todo esto, con el fin de

detectar cualquier modificación de los requisitos utilizados como referencia en el

proceso o en el producto

18.BUENAS PRÁCTICAS DE MANUFACTURA DEL PROCESO

La aplicación de un sistema de Buenas Prácticas de Manufactura (BPM) permite

asegurar las condiciones ambientales y de higiene durante la producción y

transporte de enzimas pectinasas, permite controlar la limpieza e higiene general

del establecimiento y del personal con la finalidad de prevenir la contaminación

física, química o biológica de las pectinasas.

Las BPM garantizan la producción, el manejo y comercialización de los productos

de manera inocua, así como la calidad de los mismos, que en conjunto generen la

confianza de sus clientes potenciales.

PERSONAL

El recurso humano es el principal actor en una planta productora de enzimas, por

ello debe dársele una especial atención, puesto que de ellos depende en gran

proporción la seguridad e inocuidad del producto que se está fabricando.


Se consideran básicamente tres aspectos importantes relacionados con el

personal:

Requerimientos Pre–Ocupacionales

Idoneidad para el Cargo:

Está conformada por el conocimiento y experiencia que el trabajador tenga en la

actividad que va a desempeñar y se refiere a la formación técnica y a las

habilidades específicas para el puesto de trabajo. Para ello la empresa elabora

unos términos de referencia en los que define en forma puntual los requisitos que

el trabajador debe satisfacer.

Examen Pre-Ocupacional

Para la empresa y el trabajador es muy importante identificar si las condiciones

físicas y de salud de este último le permiten desempeñar el cargo

satisfactoriamente o si existen deficiencias que reduzcan la capacidad y eficiencia

del empleado.

Requerimientos Post-Ocupacionales

Son los procedimientos que la empresa define para ser cumplidos como normas

de carácter obligatorio, algunos de los más importantes son:

a). Hoja de vida de cada empleado que debe contener como mínimo:

Valoración médica general.

Valoraciones médicas específicas, audio visual por ejemplo.

Certificaciones de su formación profesional o específica.

b). Uso de uniformes y elementos de protección:

El uniforme caracteriza el empleado de una planta, le confiere una identidad

que respalda las actividades que realiza y es de uso obligatorio para todas las

personas que tengan acceso a cualquier área de proceso.

La empresa definirá sus características, composición, colores, usos

específicos.

o Otros requerimientos de uso obligatorio:

No se permite trabajar con uniformes sucios o incompletos.


No se permite que el personal abandone la planta o ingrese a ella con el

uniforme puesto.

No comer, fumar o escupir en las salas de proceso.

No usar joyas, adornos, reloj de pulso, o portar objetos en los bolsillos, los

cuales puedan caer sobre los productos que se están procesando.

Lavar y desinfectar las manos cada vez que se va a entrar a cualquier área de

proceso, cuando se use el baño, se contacten elementos contaminados, se

tosa o estornude.

EDIFICIOS E INSTALACIONES

Las edificaciones deben cumplir con los requerimientos señalados en las normas

sanitarias oficiales (NOM-002-SSA1-1993), asi como de seguridad y previsión

social (NOM-026-STPS-1998), contando con los señalamientos requeridos, por

ejemplo:

Entorno y accesos:

Los alrededores de la planta y sus accesos, estarán libres de acumulaciones

de basuras, materiales inservibles, malezas, aguas estancadas, que faciliten la

presencia y multiplicación de plagas.

Los accesos y patios de maniobra estarán pavimentados, libres de polvo o

materias que puedan ser trasladadas al interior de la planta por vehículos o

personas.

Los accesos estarán claramente señalizados, demarcadas las zonas de

parqueo, descargue y cargue, flujos de tráfico vehicular y de personas, y zonas

restringidas.

Edificaciones y zonas de proceso:

Las puertas, ventanas, ductos de ventilación, etc., estarán protegidos con

barreras anti plagas tales como: cedazos, vidrios, láminas anti ratas, brazos

para cierre automático, cortinas de aire u otros recomendables.

Estarán claramente demarcadas y señalizadas, definiendo, pasillos para flujo

vehicular o de personas y otras áreas que sean necesarias.


Los pisos serán antideslizantes, construidos en materiales de fácil limpieza y

desinfección, sin grietas ni rupturas, con desniveles que conduzcan las aguas

hacia las canales de drenaje, y las uniones de paredes y pisos serán

acanaladas para facilitar su limpieza.

Las paredes y techos serán lisos, recubiertos con material sanitario, sin grietas

o rebordes y fáciles de lavar y desinfectar.

Las puertas serán construidas en material sanitario, lavable y dotadas con

mecanismo de cierre automático.

Las ventanas, ductos y sistemas de ventilación no tendrán rebordes que

faciliten acumulación de polvo.

La ventilación natural y/o artificial debe garantizar un ambiente de trabajo sano,

no facilitar la remoción de polvos o contaminación durante los procesos y no

transportar contaminación del exterior hacia las áreas de proceso.

En las zonas restringidas se señalarán claramente los requisitos de acceso.

Facilidades para los empleados (baños, guardarropas y cafetería):

Existirán baños separados para hombres y mujeres con duchas, sanitarios,

orinales, lavamanos de accionamiento no manual, jabón, desinfectante, toallas

desechables en el número y calidad exigida por las normas sanitarias vigentes.

De igual manera existirán guardarropas dotados con los elementos necesarios

para que los empleados puedan descansar y tomar su refrigerio o

alimentación, debe existir una cafetería o sala debidamente dotada de los

elementos que facilitan tales acciones, y separada físicamente de las áreas de

proceso.

Áreas para limpieza y desinfección obligatoria:

Se denominan así lugares o puntos específicos en los que deben instalarse

mecanismos o sistemas para limpieza y desinfección.

Algunos de ellos son:

Lavadero para vehículos, ubicado en lugar aislado y lejos de las salas de

proceso.

Lavadero de equipos móviles (tambos, bandejas, tanques) separado

físicamente de las salas de proceso.


Lavadero de botas antes de las puertas de acceso a las salas de proceso.

Lavamanos dotados con jabón, desinfectante y toallas desechables a la

entrada de la sala de proceso.

Pediluvios, tapetes sanitarios o pocetas para desinfectar las botas después de

haber sido lavado y antes de entrar a las salas de proceso.

Lavamanos de iguales condiciones a los de la entrada, situados en el interior

de las salas de proceso.

Sistema para desinfección de equipos de mano, dentro de las salas de

proceso.

FACILIDADES DE LA PLANTA

Comprende los servicios básicos para facilitar el saneamiento y los procesos:

Suministro de agua:

Es importante conocer su origen, calidad y cantidad pues de ello dependerá la

necesidad de establecer sistemas de tratamiento y almacenamiento antes de

usarla.

Es necesario evaluar el consumo para definir el volumen de los tanques de

reserva, en tal forma que en caso de corte se garantice la continuidad de las

operaciones, por lo menos para una jornada de trabajo.

Así mismo debe cumplir con los límites máximos permisibles en aguas de

consumo y uso humano, los cuales se establecen en la NOM-127-SSA1-1994.

Suministro de energía eléctrica:

La planta cuenta con una fuente de energía propia (planta eléctrica) de capacidad

suficiente para garantizar operaciones que no pueden ser interrumpidas.

Equipos:

Todos los equipos de trabajo deben estar construidos en materiales no tóxicos, no

porosos, que sean de fácil lavado y desinfección.

Todos los equipos deben tener un programa de mantenimiento preventivo basado

en sus manuales de operación.

Los equipos de medición utilizados durante el proceso deben ser calibrados a

diario.

Cada equipo de operación debe de contar con una bitácora de uso.


OPERACIONES DE PRODUCCIÓN

Recepción de materia prima: la materia prima son los residuos agroindustriales de

café y el lugar de recepción debe estar alejado de posibles focos de

contaminación. para evitar todas las contaminaciones posibles el área asignada se

someterá a los siguientes procedimientos:

Será lavado y desinfectado antes de comenzar el descargue y cuando sea

necesario durante el resto del día de trabajo.

El personal responsable de la inspección en recepción debe tener la ficha

técnica del producto, para verificar su conformidad y en caso negativo ordenar

las acciones correctivas pertinentes (rechazo, recibo condicional, o cualquiera

otra que esté pre establecida).

Tamizado: en este punto se le retira residuos ajenos al café, cuidando los puntos

críticos de control mencionados en el plan HACCP.

Trituración: se trituran los residuos agroindustriales del café (pulpa).

Mezclador: Cada que inicie el proceso se llevara cabo la esterilización del sustrato

como del fermentador y equipo auxiliar necesario, acabada la esterilización se

procederá a inocular el medio con Aspergillus niger tratando de obtener una

homogenización en la inoculación, esto se lleva a cabo en esta etapa.

Fermentador: ya inoculado el microorganismo se procede a la fermentación.

Separación y recuperación: Terminado el proceso de fermentación se realizar un

proceso de separación por medio de una extracción solido-liquido utilizando como

solvente metabisulfito de sodio para así recuperar mayor parte de las enzimas de

la fase sólida, para purificarlas en la siguiente etapa se hará pasar ese solvente

con nuestras enzimas por una ultrafiltración que estará compuesta por dos

membranas una correspondiente al tamaño de nuestra pectinasas y la siguiente

del tamaño de nuestro microorganismo, esto para separar la biomasa del

producto, tratando de recuperar la mayor parte de este.

Conservación: Obtenidas las enzimas ya purificadas se someterán a un proceso

de conservación que será una deshidratación para así poder conservar nuestro


producto en óptimas condiciones, para esto se pesara y se almacenara en para su

posterior distribución.

EMPAQUE Y ROTULADO

No se permite la presencia de personal extraño en las salas de empaque.

Los empaques deben ser almacenados y protegidos en bodegas limpias, sin

plagas, aisladas de productos químicos.

Los empaques que tienen contacto directo con los alimentos deben ser de

grado alimentario.

Los empaques que no tienen contacto directo con los alimentos, deben

garantiza que en su composición no contienen productos nocivos que puedan

contaminar con sabor, olor, color o cualquier otra condición anormal.

Todos los empaques que se usen en la industria de alimentos serán de primer

uso.

Todos los productos que se empacan deberán estar etiquetados de acuerdo a

las normas establecidas del estado.

TRANSPORTE

Antes de comenzar el cargue del vehículo o contenedor se verificará que haya

sido lavado y desinfectado, que no contenga elementos diferentes al producto

que se va a embarcar y que los sistemas de refrigeración y control de

temperatura estén funcionando correctamente.


19.CONCLUSIONES

Estado de Arte, Competencia y Oportunidades:

Para conocer la cantidad de enzimas que nuestra empresa pectienz deberá

producir, fue necesario hacer un análisis sobre la oferta y la demanda en el

mercado de pectinasas, con ello concluimos que nuestra demanda fue mayor que

la oferta lo que nos da un lugar en el mercado competitivo.

Para determinar la producción anual de nuestra empresa se utilizó la siguiente

ecuación: Y= a + bx (regresión lineal).

Donde concluimos que anualmente produciremos 32.10 ton de enzimas

anualmente ocupando solo el 10% de mercado competitivo por ser una empresa

nueva.

Balance de Materia:

Gracias al balance de materia que se realizó en dicho proyecto se comprobó que

nuestras entradas y salidas fueron las mismas lo que nos llevó a concluir que por

cada 1 mol de glucosa se obtiene 0.025 moles de pectinasas, donde diario

produciremos 0.10565 ton de enzimas, ósea 105 kg de enzimas diarios laborando

solamente 303 días del año y el proceso de producción por lote será en un tiempo

de 52 hrs con una producción de 227 kg de enzimas.

Balance Energético y Transferencia de Calor:

Para el balance de energía de la producción de pectinasas, se consideró que

nuestra fermentación, es en estado estacionario, esto quiere decir que las

propiedades se mantienen constantes, por lo tanto se determina que la energía

cinética como la energía potencial son despreciables.


De acuerdo al balance de energía interno que se realizó, considerando los calores

de combustión de reactantes menos productos, la potencia y la masa evaporada

para determinar la cantidad de calor en nuestro reactor. De acuerdo a esto se

concluyó que la potencia que requiere el reactor para la producción de enzimas

pectinasas es de 1.44 Kw (WS) y la cantidad de energía calorífica es 7.108 Kj h -1

(Q), como este valor es positivo (Q) indica que el calor es removido del sistema.

Por último, gracias al balance de energía anterior se concluyó y obtuvimos la

cantidad de masa de agua que necesita nuestro aspersor para mantener las

condiciones óptimas de temperatura (30 °C), el cual es de 1.30x10-4 kg/hr (m).

Ws :Potencia requerida del birreactor

Q: energía calorífica

m: masa de agua

Cinéticas de Crecimiento:

De acuerdo con las cinéticas de crecimiento fermentativo que se realizaron se

concluyó que el crecimiento de biomasa generado en la fermentación solida de

café con Aspergillus níger, fue de 30 g/L teniendo una máxima producción a las 48

horas iniciada la fermentación.

En la cinética de consumo de sustrato que presenta Aspergillus níger en la FMS

en un periodo de tiempo de 48 horas, se concluyó que a partir de ese tiempo

obtenemos una concentración de glucosa de 14 g/L, quedando 6 g/L

aproximadamente.

En la cinética de formación de producto se concluyó que la cantidad de producto

formada es de 0.069 g/L de pectinasas que se produce en un tiempo máximo de

48 hrs iniciada la fermentación.

Como conclusiones generales de las cinéticas de producción de enzimas

pectinasas, consumo de sustrato, formación de biomasa y la velocidad específica

de crecimiento dependen significativamente del sustrato de fermentación y del

tiempo de fermentación.


Transferencia de Masa:

Debido a que nuestra fermentación es en medio sólido sólo un porcentaje de

humedad es el que interviene en nuestro proceso fermentativo, la cual es de 15%

(medio seco).

Ya que la transferencia de oxigeno es casi nula porque nuestro microorganismo es

anaerobio, por lo que no hay un Kla que calcular.

Mismo a lo mencionado anteriormente debido a que en una fermentación en

medio solido no existe aeración por los requerimientos de nuestro

microorganismo, Aspergillus niger ya que es anaerobio. No existe una

transferencia de masa como tal correspondiente a la oxigenación en el sistema.

Por lo que se concluyó que dado que no tiene aeración nuestro medio no hay

transferencia de masa significante y esta es calculada con la ley de Fick e

interviene la difusividad de gas en el medio. Por tal motivo no fue incluida en este

trabajo.

Características de Materia Prima y Producto Terminado:

La materia prima principal para llevar a cabo el proceso de fermentación solida

utiliza como sustrato los residuos agroindustriales del café, principalmente la pulpa

de café. Gracias a estas características concluimos que es de suma importancia

para saber cuáles son los componentes que conforman el sustrato para que no

haya un desequilibrio en todo el proceso de producción y las condiciones o

parámetros de producción puedan controlarse lo más posiblemente y no tengamos

alteraciones en formación de las enzimas pectinasas.

Como conclusión del producto terminado es que tiene una alta demanda en la

producción de jugos, néctares, agente espesante entre otros y pues obviamente

es de suma importancia su producción.


BPM'S (Manual de Buenas Prácticas de Manufactura, Aplicado a la Producción de Pectinasas):

Gracias al BPM nos permitió determinar las condiciones ambientales y de higiene

durante la producción y transporte de pectinasas, también nos permitió controlar la

limpieza e higiene general del establecimiento y del personal con la finalidad de

prevenir la contaminación física, química o biológica de las enzimas pectinasas.

Donde concluimos q si seguimos adecuadamente estos pasos garantizamos una

mejor y mayor producción, el manejo y comercialización de los productos de

manera inocua, así como la calidad de los mismos, que en conjunto generen la

confianza de sus clientes potenciales.

HACCP (Análisis de Riesgos y Control de Puntos Críticos):

Es importante mantener la inocuidad de nuestro producto para la comercialización

de este, debido a esto decidimos realizar el Análisis de Riesgos y Control de

Puntos Críticos (HACCP), como un método efectivo para asegurar la inocuidad

alimentaria desde el principio del proceso hasta el consumo. Llevando acabo la

implementación del plan HACCP en el producción de enzimas pectinasas nos

permitió determinar los procesos más importantes así como PCC, los límites de

control, acciones correctivas, monitoreo y verificación de estos puntos. Evitando

así pérdidas innecesarias en insumos y materias primas, y más importante

perdidas en la producción garantizando un producto de calidad para el

consumidor.


20. BIBLIOGRAFÍAS

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