Producción biotecnológica de Dextrano a partir de Leuconostoc mesenteroides

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Según trabajos realizados en la producción de Alginatos, Dextranos y Xantanos a valores de la temperatura que estén entre 29 y 34ºC y se ven favorecidos a altas concentraciones de oxígeno (6).

Se trabajará con un biorreactor de tanque agitado de 100 L fabricado en acero inoxidable, con un volumen efectivo de 60,4 L, ya que el crecimiento de este microorganismo se ve notablemente influenciado por la agitación, se mantendrá a 150 rpm, 30° C, en un rango de pH de 6.0 a 6.9 y a 0,5 vvm de aire, las cuales son condiciones favorables para la producción de dextrano y reducir el tiempo de fermentación. (6)

Además de contar con un sistema de suministro de aire para el proceso con caudalímetro y control automático de caudal, con filtro estéril de 0.2 um en línea de entrada de aire y control de presión automático del proceso. La aireación y mezclado son dos factores determinantes en la producción de polisacáridos sobre todo a gran escala en donde surgen dificultades que no son apreciables a nivel laboratorio, debido a que al incrementar el tamaño del equipo, cambia la relación superficie volumen y la presión hidrostática. Para el caso de algunos cultivos donde se producen polisacáridos, el uso combinado de impulsores de tipo axial y de agitadores de tipo turbina Rushton, proveen una adecuada transferencia de oxígeno, además de un excelente mezclado. (9)

3.1 MODO DE OPERACIÓN

Para la producción de dextrano por Leuconostoc mesenteroides el modo de operación será continuo, en el cual se provee un medio de cultivo constante para el crecimiento de las células y para la formación del producto; en este modo el volumen se mantiene constante retirando una cantidad de fluido equivalente al que se agrega. Se operará de esta forma para asegurar que el medio en el biorreactor esté siempre a la concentración óptima dado que el fluido tiende a obtener consistencia viscosa y además se reporta que con este modo de operación se obtiene altas tasas de productividad. (10)

Sistemas de control de las variables del proceso

- Temperatura: Para mantener la temperatura se usará la chaqueta del biorreactor para la transferencia de calor, el proceso debe mantenerse en una rango de 29 a 34°C, la cual es un factor clave en la velocidad de crecimiento y productividad del microorganismo.

- Control del pH : Se utilizará un sensor con el fin de monitorear el pH que debe mantenerse cercano entre 6.0 y 6.9 y el cual será regulado con solución de NaOH a 1 M o HCL por bombas peristálticas.

- Antiespumante: La formación de espuma en los procesos de fermentación aerobia es muy común y puede generar problemas en el proceso, además de proporcionar una vía de acceso a microorganismos contaminantes y un bloqueo de la salida de gases, para esto Se utilizará uno de los antiespumantes EROL™, BIOSPUMEX™o CLEROL™ de PMC Ouvrie, por su baja toxicidad, por ser estables al calor al momento de ser esterilizados y por qué no interfieren con los procesos metabólicos, además controlan la formación de espuma que ocurre frecuentemente.

- Agitación: Dado el crecimiento de Leuconostoc mesenteroides se requiere de una agitación constante de 150 rpm, con un agitador de potencia de agitación de 0.5 kW. Dicha agitación podrá aumentar o disminuir durante el tiempo de fermentación teniendo en cuenta las variaciones que se comiencen a desarrollar durante el proceso, por lo que dependiendo de la necesidad de una mayor agitación o menor se realiza el control de dicha variable, para lograr favorecer otras.

Análisis KLa

La velocidad de transferencia de oxígeno es afectado por varios factores químicos y físicos, que varían el valor del Kla, en nuestro caso una fermentación aerobia , el Kla depende en gran medida de las propiedades hidrodinámicas existentes alrededor de las burbujas y teniendo en cuenta que al aumentar el tiempo de fermentación aumenta también la viscosidad del medio por la formación del polisacárido, el kla va a disminuir, por lo que se hace necesario aumentar la velocidad de agitación y/o operar el sistema en continuo.

3.2 CÁLCULOS DE LOS REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES

Tabla 2. Pesos y fórmulas moleculares de componentes implicados en el proceso. (11) (12)

Compuesto

Fórmula molecular

Peso molecular (g /mol)

Sacarosa

C12H22O11

324,30

Dextrano

C18H32O16

504,44

Biomasa

CH2,05O0,45N0,20

24,05

Fructosa

C6H12O6

180,16

Amoniaco

NH3

17,03

Oxígeno molecular

O2

32

Agua

H2O

18,01

Dióxido de carbono

C02

44,01

Balance estequiométrico para biomasa, sustrato y producto.

Ecuación Estequiométrica

aC12H22O11 + b O2 + c NH3---> d CH2,05O0,45N0,20 + e C6H12O6 + f C18H32O16+ g CO2+ h H2O

Partiendo de 1 mol de Sacarosa y 3 rendimientos obtenidos en investigaciones previas, se realizó el balance estequiométrico el cual se presenta a continuación.

Tabla 3. Datos requeridos para realizar el balance estequiométrico.

Parámetro

Valor

Fuente

Biomasa Yx/s

0,26 mol/mol

Rodríguez, 2007

Dextrano