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/Nombres :
Telefonos:
Matrículas:
Clave:
/Carrera:
Trimestre :
Horas semana:
Angel Osornio Rivera
Miguel Castro Beristain
753-99-65
691-31-85
82235543
82339255
23.3.101.87
Ingenieria Rioauhica Industrial
88-1
30
Lugar donde se llevo a cabo: Laboratorio de Bioprocesos(T-166)
Fecha de inicio: 01-Julio-1987
U A M-I
J Fecha de terninación: 30-Septiembre-1988/
A o m b r e del tutor: Eduardo E. González Hernhdez
Adscr ipción, D. C. B. I.
@to. de I.P.H.
Area de Ingenieria Ouhica
Categoria. Profesor asociado I ' n I'
/Titulo del nroyecto: Tiempo c-leto " Escalamiento de un nroceso fermenta-
tivo en estado sólido Dara el mejora--
miento de la calidad y cantidad .8.
I
de pro
Escalamiento de un proceso fermentativo
en estado sólido para el mejoramiento de l a
calidad y cantidad de proteína del sorgo.
!
. .
Se adaptó un reactor estático áe 4 charolas con capacidad de 10 kg BS, para desarrollar a Rhizopus oliRosporus NRRL-2710 so-
bre sorgo destanizado, tomando como base las condiciones esta- blecidas a nivel de caja Petri (T= 37OC. pH inicial= 5 . 0 , con. de inÓculo= 2xlOE08, humedad del sustrato= 6 5 % , humedad relativa = 90 %, altura del lecho= 3 cm y relaciones C/N= 13 y C/P= 1 0 0 ) .
para incrementar la cantidad y calidad de la proteína y determi- nar sí el comportamiento del hongo era similar durante el cam- bio de escala.
Se determinó el tamaño de partícula del sorgo, una vez gelati- nizado, era el adecuado ( 1.7-3.4 mm), se varió el flujo de aire ( 0.15-1.26 l/hr. g . BS ) y se determinó, de acuerdo a la cinéti- ca, el tiempo Óptimo para máxima producción de proteína. El proceso fué realizado bajo condiciones asépticas aumentando el tamaño de inóculo para asegurar el desarrollo del hongo. Con respecto al tamaño de partículano se observaron diferencias sig- nificativas dentro de ese intervalo con respecto al incremento de proteína. Con un flujo de 1.05 /hr. g . ; . B S se obtuvo un incre- mento del 83 Z en un tiempo máximo de 32 hr. El estudio cinético permite apreciar la ausencia de la fase de adaptación por el uso de esporas germinadas. Notándose que después de esta fase el corn portamiento es similar al observado en las cajas Petri.
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1 -
INDICE
1 . - INTRODUCCION - 1 . 1 Aspectos generales de la fermentación. 1 . 2 Fermentación en estado sólido. 1 . 3 Antecedentes. 1 . 3 . 1 El sorgo. 1 . 3 . 2 Características bromatológicas del sorgo. 1 . 3 . 3 Efectos tóxicos de los taninos. 1 . 3 . 4 Rhizopus oligosuorus. 1 . 3 . 5 Características del sorgo fermentado.
2 . - OBJETIVOS
3.- MATERIAL Y METODOS
3.1 Materia prima. 3 . 2 Diseño y modificaciones del fermentador. 3 . 3 Caracterización bromatológica. 3 . 4 Remoción de taninos. 3 . 5 Molienda y tamizado. 3 . 6 Preparación del inóculo. 3 . 7 Gelatinización del sorgo. 3.8 Descripción del equipo. 3 . 9 Pasteurización del fermentador. 3 . 1 0 Fermentación. 3 . 1 1 Condiciones de la fermentación.
4 . - RESULTADOS Y DISCUSION
4 . 1 Diseño y modificaciones del fermentador. 4 . 1 . 1 Puerta. 4 . 1 . 2 Inoculador. 4 . 1 . 3 Tuberia. 4 . 1 . 4 Filtros. 4 . 1 . 5 Humidificador. 4 . 2 Remoción de taninos. 4 . 3 Estudio de las variables del proceso. 4 . 3 . 1 AereaciÓn. 4 . 3 . 2 Tamaño de partícula. 4 . 4 Selección de los Óptimos. 4 . 5 Estudio de la cinética, rendimiento y tiempo de fermentación.
1 5 . - CONCLUSIONES
6 . - REFERENCIAS
.
1 . - INTRODUCCION
1 . 1 Aspectos generales. - Las fermentaciones con el fin de elaborar alimentos son conoci-
das desde hace miles de aÑos, como son la producción de cerveza,
vino, tempeh, queso, vinagre, por mencionar sólo algunos. Estos
productos se obtuvieron empíricamente y los conocimientos han
sido transmitidos de generación en generaciÓn(3).
En la actualidad además de los productos tradiconales. se ha
diversificado ampliamente la variedad de sustancias obtenidas
por fermentación, teniendo como fin la producción de metabolitos
primarios y secundarios como: antibibticos. aminoácidos, enzimas
y ácidos orgánicos principalmente, productos de un alto valor
agregado en donde el proceso es altamente rentable.
En los Últimos aÑos se ha presentado el problema de escases de
alimentos, debido a la competencia entre los animales de granja
y el hombre, esto aunado a la sobrepoblación mundial ha traído
graves problemas de abastecimiento para los paises en desarrollo
por lo que se promueve la diversificación de alternativas en la
producción de alimentos a bajo precio, en especial el de protei-
na. Surge así una nueva perspectiva: la producción masiva de pro
teína por medios fermentativos, aprovechando a los microorganis-
mos por sus altos rendimientos reproductivos(30).
Los primeros procesos industriales para la producción de protei
na unicelular se establecen en la decada de los 70's(30), cuando
se realiza una inovación al usar como sustratos compuestos deri-
vados del petróleo ( metano, n-parafinas, etc.). además de los
sustratos tradicionales, como son l o s subproductos de la indus-
tria azucarera, en especial las melazas. En estos procesos se
presentan algunos problemas, por ejemplo en el primer caso al
usar sustancias altamente reducidas implica un alto costo en la
aereación; en el segundo caso l o s costos de energia por la sepa-
ración de hcidos nucleicos, ya que estas fermentaciones son lle-
vadas a cabo por levaduras, organismos con un alto porcentaje
de bases nitrogenadas(30).
Con desalentadoras perspectivas en cuanto a la rentabilidad pa-
l
ra la producción de proteína unicelular, se propone retomar las
antiguas fermentaciones sobre sustrato sÓlido(FES). Un ejemplo
típico de este proceso es la preparación de alimentos orientales
como el tempeh. El dominio de l a s técnicas involucradas en la
elaboración de alimentos orientales se presenta como una alter-
nativa en la producción de alimentos para consumo pecuario. Sur-
giendo así la fermentación sobre sustrato sólido con el objetivo
principal de aprovechar desechos agroindustriales, como por ejeg
plo; residuos de caÑa de azhcar,rastrojo. paja, cascaras de fru-
tas, cascarillas de cereales y algunas plantas tuberosas como
la yuca y papa, Todos ellos con un alto contenido de carbohidra-
tos y baja calidad y cantidad de proteínas en cuanto a la presen
cia de aminoácidos escenciales(l,2).
1.2 Fermentación en estado sólido.
I ,
La fermentación en estado sólido comienza a ser estudiada con
más fqrmalidad a fines de la decada pasada(1). Este tipo de pro-
ceso consiste en el uso de un sustrato con poca cantidad de agua
3
sustratos tradicionales, somo son los subproductos de la indus-
tria azucarera, en especial las melazas. En estos procesos se
presentan algunos problemas, por ejemplo en el primer caso al
usar sustancias altamente reducidas implica un alto costo en la
aereación; en el segundo caso los costos de energia por l a sepa-
-
ración de ácidos nucleicos, ya que estas fermentaciones son lle- l I
vadas a cabo por levaduras, organismos con un alto porcentaje
...
de bases nitrogenadas(30).
Con desalentadoras perspectivas en cuanto a la rentabilidad pa-
ra la producción de proteína unicelular, se propone retomar las
antiguas fermentaciones sobre sustrato sólido(FES). Un ejemplo
típico de este proceso e s la preparación de alimentos orientales
como el tempeh. El dominio de las técnicas involucradas en la
I elaboración de alimentos orientales se presenta como una alter-
nativa en la producción de alimentos para consumo pecuario. Sur-
giendo así la fermentación sobre sustrato sólido con el objetivo
principal de aprovechar desechos agroindustriales. como por ejes
plor-residuos de caÑa de azÚcar.rastrojo. paja, cascaras de fru-
tas, .cascarillas de cereales y algunas plantas tuberosas como
la yuca y papa, Todos ellos con un alto contenido de carbohidra-
tos y baja calidad y cantidad de proteínas en cuanto a la prese'
cia de aminoácidos escenciales(l,Z)..
1 . 2 Fermentación en estado sólido.
I
~
I
La fermentación en estado sólido comienza a ser estudiada con
más formalidad a fines de l a decada pasada(1). Este tipo de pro-
ceso consiste en el uso de un sustrato con poca cantidad de agua
-
disponible, del 1 2 al 20 X de humedad, siendo la necesaria para
la biotransformación, en donde se desarrollan microorganismos,
en especial hongos filamentosos.
-
El bajo contenido de ácidos nucléicos presentes en ciertos hon-
gos filamentosos los hacen adecuados para su desarrollo sobre
sustratos para enriquecimiento proteico del mismo, lo que ha per I
mitido incrementar la cantidad de proteína y tener un buen valor
nutricional(4,5).
El crecimiento de l o s hongos sobre un sustrato sólido sigue un
patrón característico, conocido como crecimiento logistico(36).
Este patrón e s similar al que se presenta en la naturaleza(36).
en la degradación de detritus, en la industria y en condiciones
controladas de laboratorio sobre una gran variedad de sustratos.
El desarrollo de l o s microorgasnismos. creciendo sobre un medio I
tan heterogéneo como el que se tiene en la FES, presenta proble- I I
mas de transferencia de masa y remoción de calor metabólico que
se genera durante la fermentación. La transferencia de masa en
la FES se realiza de dos maneras: inter e intraparticula; en el
primer caso tenemos la difusión de 0s y C O I ; en cuanto al 0 1 ,
que es necesario para el metabolismo aeróbico del hongo es vital
ya que permite estimular el crecimiento. Este estimulo se logra
con niveles mayores al 1 % en volumen de 0 1 , En tanto el C O I cua’
do llega a alcanzar niveles tan altos como 21 W en volumen, inhj
ben el crecimiento(32). Influyendo de gran manera en la transfe-
rencia de estos gases el diametro de la partícula del sustrato,
el cual deja epacios entre partículas adyacentes. Estos espacios
permiten una mejor transferencia de gases, cuanto mayores sean -
I
estos espacios permitiran una mejor penetración de las hifas lo
que permite un mejor desarrollo del hongo.
En la transferencia de masa intrapartícula, aunque se tenga una
alta concentración de sustrato s í este es insoluble, como es el
caso de los polímeros, almidón o celulosa, no son disponobles; I por lo que se presentan problemas de accesibilidad hacia estos.
Esta situación de insolubilidad produce una baja velocidad de
difución de nutrientes, lo que puede provocar una anticipación
de la esporulaciÓn(3). Por lo que se hace necesario mejorar la
disponibilidad del sustrato por medio de un tratamiento térmico
del sustrato (gelatinización), para que se de una mayor disponi-
bilidad, ya que con este tratamiento se consigue una hidrólisis
parcial del almidón en el sorgo. De esta manera podemos asegurar
nos de que el hongo dispondrá de una fuente de carbón.
I I
Durante el crecimiento del hongo la generación de calor metabó-
lico presenta un problema de vital importancia, si se toma en
cuenta que puede inhibir su crecimiento por la acumulación de
calor, la cual se ve marcadamente influenciada por el diámetro
de partícula y la altura del lecho del sustrato(4,5,32,35).
Las formas como se ha solucionado en gran parte el problema de
la remoción del calor metabólico. han sido mediante la utiliza-
ción de equipo de agitación y el flujo de aire para eliminarlo
por convección (33,35).
Los equipos utilizados en la FES han sido de diferentes capaci-
dades, geometrías y aplicaciones. !
Los fermentadores tienen las más diversas formas, que van desde
una simple caja de Petri o una columna empacada hasta tambores
giratorios y de charolas. Los fermentadores utilizados pueden
dividirse en estáticos o dinámicos. los cuales por las caracte-
rísticas propias permiten tener control sobre las variables del
proceso. El monitoreo de la temperatura, pH, humedad del sustra-
to, concentración de 0 1 , entre otras variables, permiten obtener
datos suficientes y necesarios para escalar apropiadamente el
proceso.
-
I
Ha sido la FES estos Últimos años, por las razones expuestas,
motivo de intensa investigación, lográndose resultados que hasta
ahora nos llevan a establecer las condiciones apropiadas de ope-
ración a nivel laboratorio. Queda por el momento aplicar estas
experiencias con un enfoque productivo y benefico(4,5).
1.3 Antecedentes. I
Como se ha mencionado la FES permite obtener proteína unicelu-
lar usando ciertos hongos filamentosos (Trichoderma, Rhizopus,
Aspergillus, etc.) a partir de sustratos con altos contenidos
de carbohidratos. como residuos de cereales, tuberculos, sub-
productos agrícolas. etc. los cuales ya enriquecidos se pueden
destinar a la alimentación pecuaria.
,
La descripción del proceso en el cual s e utilizan cereales como I
sustrato ( 6 ) ha permitido obtener un producto tipo tempeh; el
cereal usado ha sido sorgo y el microorganismo Rhyzopus.
1.3.1 El sorgo.
.-
El sorgo es una graminea probablemente originaria del este del
Africa central, su cultivo se inició probablemente hace cerca
de 5000-7000 años en Etiopía y Sudán.
Fué introducido a México en 1944 por la oficina de estudios es-
peciales de la S.A.G., utilizando variedades procedentes de EE
UU para sustituir otros cultivos con rendimientos deficientes
en zonas de poca precipitación pluvial(l1).
Debido a estas características de adaptación a la sequía, el
sorgo se ha extendido rápidamente en las Últimas decadas, llegan
do a ocupar en la actualidad el quinto lugar en la producción
mundial de cereales y el segundo a nivel nacional. Como conse-
cuencia, en México. en el año de 1987 se cultivaron 955,639 hec-
táreas, con una producción total de 3,885,280 toneladas(29).
"
1.3.2 Características bromatológicas del sorgo.
Con respecto a la digestibilidad de la proteína del sorgo. se
ha encontrado que esta es inferior en un 1 0 % a la del maíz al
realizar ensayos de valor biológico, se concluyó que la proteína
de este cereal e s de baja calidad. El sorgo tiene un intervalo
de 10-12 X en cuanto al contenido de proteína, dependiendo de
la variedad, en cuanto a la presencia de aminoácidos se encuen-
tran deficiencias en lisina, triptofáno. treonina, arginina. y
metionina(7.8.9).
El grano de sorgo contiene diferentes tipos de carbohidratos.
siendo el principal almidón (60-80%) del grano, sin embargo tam-
bién contiene hemicelulosa en una proporción de 2-3%; azúcares
simples en una proporción de 0.9-2% ( entre los cuales se pueden
. .
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mencionar la fructosa, glucosa, rafinosa y estaquinosa ) . El a l -
midón del s o r g o es un polisacárido formado por amilosa y amilo-
pectina. Laamilosa presenta ligaduras CL 1,4 que da una cadena
lineal y la amilopectina presenta también ligaduras a 1 , 4 y un
5% de ligaduras a1,6 que le confieren una estructura ramificada.
La relación de estos dos polisacáridos es diferente en l o s di-
versos cereales ya que l o s almidones comunes presentan un 75-80%
de amilopectina y un 20-25% de amilosa. Los almidones de l o s ce-
reales de tipo ceroso, como maíz, arroz y sorgo contienen cási
unicamente amilopectina y solamente.l% o menos de amilosa, aun-
que hay s o r g o s que presentan almidones comunes(l2).
El almidón del s o r g o de tipo común se gelatiniza a una tempera-
tura de 67-77'C, mientras que l o s almidones de s o r g o tipo ceroso
se gelatinizan a 62-72°C (13) .
La semilla del sorgo contiene 3.6 % de lípidos no polares con-
teniendo 13% en el endospermo, 76% en el embrión y 11% en la
cubierta. El tipo de lípidos son principalmente trigliceridos,
pequeñas cantidades de esterolesteres, ácidos grasos, monoglicé-
ridos, diglicéridos, esteroles y fosfolípidos.
Presenta grasas menos saturadas que las del maíz, conteniendo
más ácidos oléicos, esteárico y menos linoléico, mirístico y pai
mítico que el maíz, contiene 1-2% de linoléico. Se encuetran tam
bién lípidos asociados al almidón dandoles una influencia pasto-
sa e insoluble(l4).
El sorgo contiene 0.25% de grasas, que es un 50% más que las
del maíz. las principales grasas son: parafinas, ésteres y frac-
ciones de alcohol en variedades cerosas(l5).
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-
mencionar la fructosa. glucosa, rafinosa y estaquinosa ) . El al-
midón del sorgo es un polisacárido-formado por amilosa y amilo-
pectina. La milosa presenta ligaduras CL 1,4 que da una cadena
lineal y la amilopectina presenta también ligaduras a1.4 y un
5% de ligaduras a1,6 que le confieren una estructura ramificada.
La relación de estos dos polisacáridos es diferente en los di-
versos cereales ya que los almidones comunes presentan un 75-80%
de amilopectina y un 20-25% de amilosa. Los almidones de los ce-
reales de tipo ceroso, como maíz, arroz y sorgo contienen cási
unicamente amilopectina y solamente 1% o menos de amilosa, aun-
que hay sorgos que presentan almidones comunes(l2).
El almidón del sorgo de tipo comhn se gelatiniza a una tempera-
tura de 67-77OC, mientras que los almidones de sorgo tipo ceroso
se gelatinizan a 62-72°C (13).
La semilla del sorgo contiene 3.6 % de lípidos no polares con-
teniendo 13% en el endospermo, 76% en el embrión y 11% en la
cubierta. E l tipo de lípidos son principalmente trigliceridos,
pequeñas cantidades de esterolesteres, ácidos grasos. monoglicé-
ridos, diglicéridos, esteroles y fosfolípidos.
Presenta grasas menos saturadas que las del maíz, conteniendo
más ácidos oléicos, esteárico y menos linoléico. mirístico y pal
mítico que el maíz, contiene I-2% de linoléico. Se encuetran tam
bién lípidos asociados al almidón dandoles una influencia pasto-
sa e insoluble(l4).
El sorgo contiene 0.25% de grasas, que es un 50% más que las
del maíz. las principales grasas son: parafinas, ésteres y frac-
ciones de alcohol en variedades cerosas(l5).
I
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. . . . , . - . - . ~~
En cuanto a la presencia de vitaminas manifiesta las mismas ca'
tidades en riboflavina y piridoxiña que el maíz, más ácido pan-
toténico. nicotinic0 y biotina. Los niveles de tiamina y niacina
son similares a los del trigo y arroz, aunque e s pobre en ribo-
flavina(l6). La mayor parte de las vitaminas s e encuentran en
el embrión.
Con respecto a los minerales, contiene una mayor proporción de
fósforo, magnesio, potasio y silicio, menores de calcio y sodio
y trazas de algunos otros en proporciones de 0.5-150 ppm(l7).
1 . 3 . 3 Efectos tóxicos de los taninos.
Otro factor que contribuye al bajo valor alimenticio del sorgo
e s la presencia de altos niveles de taninos, compuestos polifen6
licos, que s e combinan con proteínas y otros polímeros como ce-
lulosa y pectina(lO), causando la inhibición de algunas enzimas
como 8-glucosidasa, tripsina, a-amilasa y lipasa, se debe a la
combinación del tanino con la fracción protéica. La astringencia
es causada por la precipitación de las glucoproteinas de la sali
va con los taninos y los grupos receptores,reduciendo su propie-
dad lubricante.
Se ha sugerido que la formación del complejo tanino-proteína
y otras combinaciones con polimeros son explicables por tres ti-
pos de enlace:
a) enlaces hidrógeno, entre el grupo fenólico de los taninos
y los grupos receptores ( - " I , -COOH. -OH) de las proteínas u
otros polimeros.
b) enlaces iónicos entre grupos aniónicos de los taninos ioni-
zados o grupos carboxilo y grupos catiónicos de las proteínas.
por ejemplo grupos epsilon de la lisina. -
-
c) ligaduras covalentes formadas por la reaccción entre quino- - nas, las cuales pueden formar parte de la estructura del tanino
o son producidos por oxidación de algunos grupos reactivos de
las proteínas u otros poiímeros(i8).
r,
” ”
1 . 3 . 4 Rhizopus oligosporus.
Es un hongo verdadero que presenta zigosporas como estructuras
de resistencia durante su reproducción sexual, por lo que se le
clasifica dentro de los Zygomycetes en el orden de los mucorales
, y a la familia Mucoracea(l9).
Es un hongo que forma un micelio algodonoso constituido pos hi-
fas no septadas polinucleadas con estolones y rizoides pobremen-
te desarrolldos. Presenta como estructuras de reproducción espo-
rangioforos cortos que emergen cuando los rizoides s e han forma-
do. Los esporangios son largos y usualmente negros con una colu-
mela hemiesférica y una apófisis en forma de copa en la base del
esporangioforo, las esporangiosporas son sésiles y se encuentran
en la cavidad esporangial(l9). En condiciones naturales el hongo
vive en suelos forestales como saprófito; puede utilizar carbohi
dratos como xilosa, glucosa, galactosa. celobiosa, y almidones;
sin embargo no aprovecha lactosa, rafinosa. inulina o eritrosa.
Como fuente de nitrógeno puede recurrir al sulfato de amonio
y a la asparagina, sirviendole ésta Última como fuente de carbo-
no también(20).
Presenta actividad amilolítica. proteolítica, lipolítica y la
presencia de pectinasas.
Aunque es un hongo microaerófilico presenta crecimiento de tipo
aeróbico, aunque sus requerimientos sean bajos(5).
1 . 3 . 5 Características del s o r g o fermentado.
Con la fermentación se puede c0nsegui.r un producto con o l o r a
levadura con suficiente desarrollo micelial. Los resultados de
las pruebas a nivel laboratorio, de proteína, almidones y grasas
se presentan a continuación en la tabla 1 :
Tabla 1. Comparación del s o r g o fermentado. % proteína 7 almidones Z grasas
sorgo sin fermentar 9 . 5 8 7 8 . 7 2 3 .84
sorgo fermentado 16.86 73.96 2.08
A s í como l o s niveles alcanzados de l o s diferentes aminoácidos
presentes en el producto fermentado, como se muestra en la tabla11 (5).
Tabla 1I.ComposiciÓn de aminoácidos en el sorgo normal, fermentado y recomendado por la FAO(*)
normal fermentado patrón(*)
valina 5 . 2 1 4 . 6 7 1.7
isoleucina 3 . 9 5 4 . 0 5 4 . 3
treonina 3 . 2 3 3 . 5 6 3 . 3
fenilalanina 5 . 0 5 . 2 0 2 . 9
leucina 1 3 . 3 0 1 1 . 5 3 b . 9
lisina 2.17 4 . 3 3 4 .3
met ionina 1 . 5 1 1 . 9 4 1.7
histidina 2 . 2 0 2 . 3 0 _ _ ac. aspártico 6 . 8 5 7 .O5 _ _
ac. glutámico 2 1 . 5 0 1 7 . 8 4 -- prolina 8 . 1 6 7 . 9 4 -- glicina 3 . 3 2 4 . 1 5 _ _ alanina 9 . 5 4 7 . 8 8 _ _ arginina 2 . 7 0 3 . 5 3 _ _
serina 4 . 4 0 4 . 4 5 _ _
( 1 6 ) Patrón provisionai FAO/W HO 1965 (expresados en g/lOOg de proteha).
Es por lo expuesto anteriormente que se hace necesario adaptar
un proceso a este nivel el cual permita eliminar los taninos prg -
sentes en el sorgo, y que posteriormente sirva como sustrato de
Rhizopus olinosporus para lograr su enriquecimiento protéico.
La investigación realizada(5) sobre la fermentación del sorgo,
en donde se cuenta con resultados a nivel laboratorio, sirven
como base al presente trabajo para extrapolar l o s datos obteni-
dos previamente a nivel planta piloto.
I
2. OBJETIVOS
2.1 Modificaciones al diseño y puesta en marcha de un reactor
biológico. intermitente, estático con capacidad de 10 kg de sus-
trato en base seca(BS).
2.2 Estudio del comportamiento de las variables y parámetros de
proceso: aereación, tamaiio de partícula. tiempo de fermentación,
humedad del sustrato y pH inicial: y selección de Óptimos.
2.3 Estudio de la cinética de la producción de biomasa y rendi-
miento con el cambio de escala.
-
_ -
3. MATERIAL Y METODOS.
3.1 Materia prima.
En los experimentos realizados se emplea como microorganismo
la cepa NRRL2710 de Rhizopus oligosoorus y como sustrato Sorghum i
bicolor(L.Moench), cosecha 1986 procedente del estado de Morelos
2
I I o
. -.
3.2 Diseño y modificaciones del fermentador. - Para el funcionamiento del fermentador y del equipo accesorio
se realizaron algunos cambios que se indican a continuación:
- diseño y construcción de una puerta para el fermentador. - modificaciones en el sistema de filtración. - instalción de tubería. - diseño del sistema de inoculación. - adaptación del humidificador.
3.2 Descripción del equipo.
Para poder ubicar de una manera precisa el lugar de cada compo-
nente nos referimos al diagrama de proceso, fig 1.
R.- fermentador en lámina de aluminio con espesor de 3 . 1 7 5
mm con cuatro charolas del mismo material. Una puerta de acero
inoxidable para la toma de muestras, a la vez que tiene una miri
lla de vidrio.
E1,EZ.- calentadores para el aire, éste equipo consta de un
tubo aislado, en su interior contiene resistencias eléctricas,
las cuales calientan el aire por radiación.
F1.- recipiente para la humidificación del aire, en este re-
cipiente se hace burbugear el aire en agua para obtener aire hú-
medo.
F2.- recipiente para inoculación, es un recipiente en acero
al carbón el cual está barnizado en su interior con pintura anti
corrosiva, capaz de soportar altas temperaturas, como la pasteu-
rización y esterilización.
N L -
1 +-
N I i
I m
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n
I L L i: ;::
L
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L
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H1.- filtro para partículas de gran tamaño, por su estructura - sólo atrapa partículas como las de polvo.
H2.- filtro industrial para atrapar aceite del aire.
H3.- filtro absorvente de humedad; éste filtro en su interior
aloja partículas de silica, las cuales tienen la capacidad de
atrapar el agua presente en el aire.
H4.- filtro de membrana; es de tipo comercial, Sartorius,
con membrana de acetato de celulosa. con un poro de 0.2 micras.
H5.- filtro atrapa esporas.
K.- indicador de humedad, es un termohigrómetro, Cole-Palmer,
el cual indica la humedad relativa y temperatura del aire.
K1.- indicador de temperatura, selector con diez canales, que
utiliza termopares tipo K , Newport.
K2.- válvula de derivación de 6.35 mm de diámetro (1/4' NTP).
K3.- válvula de no-retroceso en bronce de 12.7 mm(1/2' NTP).
k4.- válvula de esfera en bronce (1/2' NTP).
Rt.- regulador de temperatura, es un termostato con intervalo
de temperatura O-80'C.
Rp.- regulador de presión de diafragma con manómetro integra-
do, Coil-Pneumatics.
G.- Rotámetro, Gilmont D-1446
Para poder apreciar mejor el programa de trabajo experimental,
nos referiremos a l a fig. 2, en la cual se destaca la manera de
llevarse a cabo la fermentación.
3.3 Características bromatológicas del sorgo y de las muestras
fermentadas.
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La caracterización se efectúa en las etapas 2,4 y 12 y son prar -
ticados 10s siguientes análisis:
a) cuantificación de proteina(21) b) cuantificación de taninos(22) c) cuantificación de carbohidratos(21)
' d) extracto etéreo(21) e) fibra cruda(21)
f) humedad(21)
9 ) PH (27) N O T A : el inciso b) sólo se realiza en la etapa 2 y 4.
3.4 Remoción de taninos.
Por medio de un proceso térmico-alcalino se realiza la extrac-
ción de los taninos, utilizando 40 1 de NaOH al 2% en una marmi-
ta de acero inoxidable, con agitación ( 9 rpm) hasta alcanzar los
60°C por medio de vapor. Posteriormente se incorporan 20 kg de
sorgo; esta mezcla se manitene en agitación durante 10' a 60°C.
despues de este tiempo se traslada el grano a otra marmita en
donde se lava con agua corriente hasta eliminar el pericarpio
desprendido, posteriormente se acidifica con HC1 hasta un pH de
3.0; el grano es secado en estufa a 50'C durante 24-48 hr.
3.5 Molienda y tamizado del sorgo. '
El grano es molido en un molino de cuchillas, posteriormente
son seleccionados los tamaños de partícula adecuados por medio
de mallas; el propósito es obtener partículas retenidas entre
mallas 10 y 20, que es el tamaño utilizado en la fermentación.
3.6 Preparación del inóculo.
A partir de la cepa que se conserva en refrigeración las espo-
ras son producidas en matraces Ferbanch. sobre 350 ml de agar-
i
,
., .
.. ,
papa-dextrosa (PDA) a 3 5 ° C durante 5-7 días.
Una vez presentada la esporulación en el medio mencionado, l o s
matraces son lavados con solución germinadora(37). Se realiza
un conteo de esporas con el fin de determinar la cantidad de sus
pensión que se va a emplear para inocular el reactor (2xlOE8 es-
poras/g. de sustrato); paralelamente a esto se han puesto a ger-
minar las esporas a 37'C durante tres horas.
3.7 Gelatinización del sorgo.
a) para la gelatinización del s o r g o se utiliza un medio el cual
contiene l o s minerales necesarios para balancear el medio(5)
b) disolver las sales en agua destilada y ajustar el pH a 5
c) mezclar la solución anterior con el s o r g o .
d) la mezcla se gelatiniza en autoclave durante 30' a 15 lb
e) se aconaiciona sobre las charolas del fermentador.
3 . 8 Pasteurización del fermentador.
O
in 2
El proceso de fermentación comienza con la pasteurización del
fermentador, por medio de aire caliente: s i observamos el diagrg
ma de proceso, fig 1, el aire recibido de la linea que surte al
laboratorio primeramente pasa por una válvula de esfera, después
a una de derivación, en donde sigue la linea 1 , llegando al regg
lador de presión. Despues atravieza una serie de filtros conec-
tados en serie, llegando al filtro de membrana, el aire en este
momento se encuetra estéril. La tubería nos conduce a un calenta
dor, en donde el fluido incrementa su temperatura por medio de
las resistencias eléctricas. Con ayuda de otra válvula de triple
efecto el flujo es conducido por la linea 1 hasta otro calenta-
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I.
-
der. entrando finalmente al fermentador. Lográndose una tempera-
tura de 80-90°C,la cual e s mantenida una hora como mínimo(28).
3.9 Fermentación.
-
Una vez gelatinizado el sorgo y con el fermentador a 37OC, se
procede a llenar las charolas a la vez que se desempaca el sus-
trato. Previamente se ha ajustado el flujo de aire a experimen-
tar, el que e s conducido por la línea 3. dirigiendose al reci-
piente de humidificación, fig 1 . Cuando el sistema se encuentra
estabilizado con respecto a temperatura y flujo de aire, se pro-
cede a la inoculación por medio del sistema de aspersión, línea2
el cual está conectado a un recipiente en donde se encuentra el
inóculo, por medio de la presión dada por el aire se logra la
I I
nebulización de las esporas. Una vez inoculado el fermentador
y mantenido constante la temperatura por medio del termostato,
el cual controla el segundo calentador. Se monitorean los cam- 1 bios de temperatura por la generación de calor metabólico; cuan-
do esta temperatura sobrepasa el valor Óptimo de crecimiento se
hace pasar aire a una temperatura inferior hasta alcanzar nueva-
mente la temperatura de incubación, así se mantiene el proceso
hasta el final de la fermentación. En esta etapa se estaran to-
mando muestras cada cuatro horas para poder seguir la cinética
de crecimiento y de consumo de sustrato.
Una vez finalizada la fermentación, se vuelven a conectar los
calentadores, siendo regulados para no sobrepasar 60°C, cumplieo
dose la doble función de fermentador y secador.
3.10 Condiciones de la fermentación.
Durante l a fermentación se manejaran diferentes variables y pa-
rámetros, la manera de como se manejen y combinen permitiran es-
tablecer las condiciones adecuadas en el desarrollo del proceso.
Variables: flujo volumétrico tamaño de partícula tiempo de fermentación
Parámetros: relación C/N, 13 concentración de inóculo, 2xlOE8 esporas/g. BS humedad del sustrato, 6 5 % humedad relativa, 90% altura del lecho, 3 cm pH inicial, 5 . 0
Para realizar la fermentación se divide la charola por la mitad
en ambas partes se coloca 1 k g de s o r g o , BS, de diferente tamaño
de partícula, 1 . 7 y 3 . 4 mm, manejando una humedad del 6 5 % .
La variación del flujo, con diferente tamaño de partícula y con
una altura del lecho de 3 cm, nos permitirá seleccionar l o s me-
jores valores del proceso, de acuerdo con el rendimiento de pro-
teína obtenido en cada caso durante las 20 hr. de fermentación
previamente establecidas.
La cinética de crecimiento en el reactor se realiza con l o s va-
lores Óptimos seleccionados.
Se lleva a cabo una fermentación con duración de 4 0 hr., se to-
man muestras cada 4 hr, a cada muestra se le determina: proteína
azúcares totales, pH, humedad del sustrato y temperatura a 0,. 15
y 3 0 m m de altura de lecho, después de tener l o s resultados se
puede establecer el tiempo de fermentación Óptimo para la pro- -
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ducción de proteína.
4.- RESULTADOS
4.1.1 Puerta.
Para el adecuado funcionamiento del fermentador se hizo necesa-
rio el diseño y fabricación de una puerta para la toma de mues-
tras. Por los requerimientos y condiciones de fermentación se
tomaron algunos factores para selección del material a usar: por
las condiciones corrosivas presentes durante el proceso como la
humedad relativa elevada y ambientes ácidos, se optó por la uti-
lización de acero inoxidable, además con este material no se en-
cuentran metales o productos de su oxidación que puedan alterar
el crecimiento del microorganismo. Otro factor a tomar en cuenta
en el diseño es la presión ajercida dentro del fermentador, en
algunas etapas del proceso, como la pasteurización e inoculación
I
se ejercen presiones de hasta 2 kg/crna, por lo que material se- i leccionado y diseño cubren esta necesidad. La puerta se diseño
para soportar esfuerzos de hasta 4 kg/cm' como mínimo.
Las características de la puerta son: marco de acero inoxidable
A-304, con doble lámina de calibre 816 con las siguientes dimen
siones: 0 . 7 8 x 0.615 x 0.03 m. En elcentro del marco se aloja
la puerta para muestreadora, del mismo material, con mirilla,
bisagra doble y mariposas para presionar sobre el empaque. Las
dimensiones de la puerta son: 0.502 x 0.207 x 0.03 m, como puede
ser observado de una manera más clara en el diagrama d e diseño,
fig 3 y fig 4 , que muestran la puerta construida e instalada en
el fermentador.
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Fig. 4 . - Puerta del fermentador, aspecto general del marco y
la puerta muestreadora tipo mirilla.
26
4.1.2 Sistema de inoculación. - Para inocular el total del área de la charola en donde está con - tenido el sustrato y además para poder ser mantenidas las condi-
ciones asépticas del reactor, se pensó en un sistema de inocula-
ción por aspersión; por medio de un tubo sobre la charola el que
permite cubrir el área de exposición del sorgo con la suspensión
de esporas y con ayuda del aire a presión. I
Para esto se realizaron varios experimentos, en los cuales se
hizo variar el diametro del tubo, el número y disposición de las
perforaciones en el tubo así como las presiones desarrolladas
para lograr una buena nebulización. El primer tipo de tubo que
se utilizó fue de acero comercial cedula 40 de los siguientes
diámetros: 6.35. 12.7 y 25.4 mm (1/4', 1/2' y 1' NTP). La dispo-
sición de las perforaciones fueron en línea y en forma de trián-
gulo en series de 7,s y 3 perforaciones, con diámetros de 3.175
y 1.587 mm. El intervalo de presiones del aire utilizadas para
este sistema fueron del orden de los 0.68 a 2.73 kg/cm'.
De esta serie de ensayos se observó que los mejores resultados
se obtienen con las siguientes características:
el diámetro de tubería e s de 12.7 mm y el arreglo de las perfora
ciones de tres en línea de 1.587 mm de diámetro, la separación
entre cada serie de perforaciones es de 8 cm. En lo relacionado
a las presiones desarrolladas, las encontradas en el intervalo
de 1.36 a 2.73 kg/cm' resultaron las apropiadas.
Al ser utilizada tuberia de acero comercial a las condiciones
de proceso, ocaciona la formación de oxidos de fierro(26). por
lo que se recurre al empleo de tubo de cobre de las mismas cara2
-
terísiicas, el cual en su interior está recubierto con una pintg
. .
r.a epóxica resistente tanto a los ácidos y álcalis, como a temps
raturas elevadas, y para el exterior se recurrio al cromado.
Para la selección de la tubería de cobre se tomaron en cuenta:
el costo y disponidilidad de encontrar accesorios, así como la
resistencia a soportar esfuerzos axiales elevados(23,24,25).
Otra parte importante dentro del sistema de inoculación e s el
recipiente en donde s e coloca la suspensión de esporas ( 1 . 5 It.
de capacidad), este debe soportar la presión desarrollada, por
lo que fué contruido en acero al carbón, pintado en su interior
y cromado en el exterior, además el sistema cuenta con una serie
de vávulas y uniones para poder ser instalado de una manera prác
tica y rápida cada vez que se requiera, fig 5.
4.1.3 Tubería.
El sistema de conducción del aire lo podemos dividir en dos
partes: una antes y la segunda después del calentador (cañón).
En la primera etapa que consta en el transporte de aire a par-
tir del suministro al sistema de filtración (línea 1) en donde
el fluido se encuentra a temperatura ambiente y presiones modera
das, fué suficiente el empleo de manguera reforzada de plástico
(23.24,25) de 9.5 mm de diámetro (3/8' nominal) ver fig. 6 .
Para lasegunda etapa,en la cual el aire sale del sistema de ca-
lentamineto a temperaturas elevadas ( durante la pasteurización
y el secado). Fué necesario la utilización de tubería de cobre
flexible de 9.5 mm (3/8'), la cual soporta estas temperaturas y a
I
2 d
4
F i g . ia.- S i s t e m a d r i n o c u l a c i ó n , r e c i n i e n t o i
t u b e r í i f u e r : J ut.; r e a c t o i ~ .
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F i g . 5b.- i i c t e r n a de inoculación, tubería d e n t r o del r e a c t o r
. .
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F i f . ú . - Tubería. s e muestran los caminos
q u e toma ei a i r e durante el p r o c e s ~ .
F i s . 8 . - Cisterna de f i l t r a c i h n , de i z q u i e r d a a d e r e c h a s e tier:^
e l f i l t r o a t r a p a e s p o r a s , pa ra p o l v o , a c e i t e Y humedad.
. . .
que en algunas ocaciones sobrepasan los 100°C. El tubo de cobre
por su elevada conductividad térmica, presenta el problema de
la pérdida de calor, por lo que fué necesario cubrirlo con fibra
de vidrio y sobre ésta una cinta de asbesto, con lo cual se dis-
minuye en gran medida el flujo de calor al ambiente(31) fig. 7.
4.1.4 Filtros.
-
El proceso cuenta con un sistema de siltros que permite obtener
aire libre de partículas y microorganismos, como se muestra en
la fig. 8; en primer lugar de un filtro para partículas de polvo
H1. el siguiente e s un filtro para elimnar rastros de aceite que
s e desprnden del compresor(H3) y finalmente un filtro para atra-
par humedad presente en el aire(H2), la cual afecta el adecuado
funcionamiento del filtro de membrana.
Como los filtros HI y H2 s e construteron con tubería de acero
comercial de 7 6 . 2 mm de diámetro, atornillandose en los estremos
a bridas, se detecto la exitencia de fugas de aire, en las unio-
nes, ocacionandas por defectos de las cuerdas. El sellar las fu-
gas con soldadura autógena con bronce, por la parte interna del
tubo y por fuera con un polimero moldeable permite eliminar el
problema de pefdida de aire. El filtro H1 y H3 son similares,
la Única diferencia es en cuanto al medio filtrante, el empaque
del filtro para partículas de polvo consiste de malla de poli-
etileno, en el caso del filtro de humedad su empaque está consti
tuido por partículas de silica.
4.1.5 Humidificador.
33
- Fi;. 1 . - Tubería, p a r t e c o m ~ i e m e n t a r i a d e l
sistema antes de entra1 a l reactor.
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Es de gran importancia para el adecuado desarrollo de la ferme:
tación el mantener en forma estable la humedad del sustrato. Pa-
ra lo cual se hace necesario la humidificación del aire que e s
suministrado al reactor durante la fermentación. Para lograr e s -
te objetivo se adaptó una botella Rhaux, conteniendo hasta un
8 0 % de s u capacidad de agua acidulada, en donde se burbujea el
aire, con esta adaptación e s posible obtener aire hasta con un
90% de humedad relativa, permitiendo de esta manera mantener la
humedad inicial del sustrato durante la fermentación, fig 9.
-
4 . 2 Remoción de taninos.
Tomando en cuenta los efectos perjudiciales de los taninos pre-
sentes en el pericarpio del sorgo, estos deben eliminarse del
grano para un total aprovechamiento del cereal. La remoción de
taninos e s llevada a cabo por medio de un proceso térmico-alcali
no, con este tratamiento se obtiene un grano con pocos efectos
degradativos en cuanto al contenido de proteína y carbohidratos,
los cuales son la fuente de carbón, nitrógeno y energía del mi-
croorganismo. Los resultados de dicha remoción aparecen en la
siguiente tabla:
Tabla I11 Efecto del tratamiento térmico-alcalino en la remoción de taninos. sin tratar tratado
proteína 10.20 10.14 ext. etéreo 3.35 2.36 cenizas 1.18 1.13
fibra cruda 2.65 3.65
azúcares totales 82.62 82.74
Fig. 9 . - H u m i d i f i c a d o r , a s p e c t o que muestra sus componen tes .
1
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.
..
Como se observa en la tabla 111, el efecto sobre la proteína es
mínima, presentando apenas una pérdida del 0.58%. En lo referen-
te a los azúcares totales la acción del tratamiento sobre ellos
no presenta algún efecto perjudicial.
-
El mayor cambio de manera apreciable es el relacionado con las
grasas, esto e s causado por que se ha removido un gran porcenta-
je del pericarpio del sorgo, el cual además de contener los ta-
ninos, también contiene gran cantidad de lípidos(l4), sin que
llegue a ser perjudicial para el crecimiento de R. oliRosporus.
i
El contenido de taninos presentes en el grano, después del tra-
tamiento nos indica que este es efectivo, de tal manera que el
grano pierde el 80% de los taninos. El contenido se encuentra
por debajo del nivel permitido como puede verse en la tabla IV.
Tabla IV Contenido de taninos y fenoles en el grano de sorgo con el tratamiento ( promedio de diez muestras).
antes despues pemitido taninos (equiv. catequina/ gramo de muestra ) O. 14 0.03 0.05
fenoles ( mg/ g de muestra) 1.04 0.62 0.40
4.3 Estudio de las variables de proceso.
Para determinar las variables de proceso, con las que se obten-
ga un mayor incremento de proteína durante las 20 hr. de fermen-
tación preestablecidas. se hizo variar: el flujo de aire de 0.15
a 1.26 l/ht.g.BC y el diámetro de partícula de 1 . 7 y 3.4 mm. El
manejo adecuado de estos valores tiene gran influencia para lo-
grar un crecimiento adecuado del microorgani y además permitir
."
I
-
una eficiente remoción de calor metabólico generado.
4.3.1 AereaciÓn. -
El mayor contenido de proteína se obtiene con el flujo volumé-
trico de aire de 1.05 l/h g BS. esto se presenta para los dos
diámetros de partícula trabjados, en la cual se observa una ga-
nancia de alrededor del 50 % , como puede verse en la fig. 10.
Con el análisis de varianza(38). se estableció que entre los va-
lores de 0.15 y 1 . 2 6 l/h g BS no existen diferencias significa-
tivas, por lo que una cantidad baja de aire es insuficiente para
estimular el crecimiento del hongo. Ahora que un exceso de aire
ocaciona una baja producció de proteína y favorece la esporula-
ción; ya que se trata de un hongo microaerófilo.
Lo mismo se realizó con los valores de 0.66 y 1.05 l/h g BS,
en el que se encontró una diferencia significativa. P o r lo que
se establece que existe un estímulo mayor al trabajar con 1.051.
4.3.2 Tamaño de partícula.
El rendimiento de proteína obtenido con los dos diferentes di&-
metros de partícula con el flujo de 1.05 l/h g BS es alto por
lo que mediante un análisis de varianza se establece que no exig
te diferencia significativa entre estos, por lo que la selección
del diámetro de partícula se baso en otro criterio, principalmen
te en el aspecto práctico, ya que la partícula de 3.4 mm de diá-
metro permite un fácil desempaque del sustrato al ser colocado
sobre las charolas de fermentación, además con este tamaño de
partícula, el s o r g o gelatinizado presenta menor compactación y
los agregados que se forman se rompen con facilidad, permitiendo
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de esta manera una mayor penetración de las hifas dentro del le-
cho del sustrato, como l o f u é en l o s ensayos realizados con esta
variable.
4 . 4 Selección de l o s Óptimos.
Con el procedimiento de optirnizar la producción de proteína fun-
gal, realizado al variar el flujo de aire y el tamaño de partícu
la, obtenemos que para el aire se tiene un valor de 1.05 l/h g R C
y un tamañode partícula de 3 . 4 mm, que junto con l o s parámetros
manejados constituyen los valores Óptimos del proceso, que son
listados en siguiente tabla:
Tabla V Parámetros de proceso seleccionados como Óptimos.
-
paráme t ro flujo de aire (l/hr.g.BS ) diámetro de partícula (mm) humedad del sustrato ( % )
pH inicial relación C/N relación C/P humedad relativa dentro del fermentador altura del lecho en la charola (mm) concentración de inóculo (esporas/ g de sustrato) temperatura de crecimiento ("C)
valores 1.05
3 . 4
65.0
5.0
13.0
100.0
90.0
3 0 . 0
2x108
35-40
4.5 Estudio de la cinética, rendimiento y tiempo de fermentación
Como pueder ser apreciado en la fig. 11, el comportamiento'que
s e sigue a traves del tiempo, el hongo se encuentra en la fase
, . . . . . .. . . . '.-'."&-.-v-*w- . .. . , . . . . ..., . . . I . . . . c
-
de crecimiento exponencial. esto se debe a que se utilizaron las
esporas germinadas, con más de un 80 % de germinación. De esta
manera se elimina la fase de adaptación dentro del reactor, per-
mitiendo reducir el tiempo de fermentación. Por lo que el tiempo
en que se obtiene el máximo de proteína se encuentra entre las
32-36 hr de fermentación, en este tiempo se encuentra que la pro
teina se incrementa un 83 % , con respecto al contenido inicial. 1 La fig. 12 muestra el comportamiento que sigue el pH, enlas pri
meras horas, el valor es de 5.0, en el transcurso de la fermenta
ción el pH desciende, notándose una marcada disminución alrede-
dor de las 16-20 hr, llegando a valores cercanos a 4 al término
de la fermentación, esto e s atribuible a la formación de ácidos
orgánicos derivados del activo metabolismo del hongo, llegando
al final de la fermentación a valores de 3.4.
El comportamiento que siguen los carbohidratos es d-ndente,
conforme transcurre la fermentación, viendo la fig. 11, se nota
como disminuyen los azúcares, al mismo tiempo que la biomasa se
incrementa, por lo que tenemos un consumo en los azúcares tota-
les cercano al 18 %. La alta actividad metabólica del microorga- l nismo durante la fase exponencial de crecimiento se comprueba i
con el aumento de temperatura que se registró, el valor máximo
alcanzado fué de 42 y 40°C a 15 y 30 mm de altura del lecho res-
pectivamente, aunque el valor e s elevado, el hongo puede conti-
nuar desarrollandose satisfactoriamente(32).
Recordando que existen dos etapas para el control d e temperatu-
-
ra, la primera en la cual el hongo comienza su crecimiento, en
esta etapa es necesario mantener el sustrato aproximadamente en
37'C, para ello se recurre al aire húmedo y caliente. En la se-
gunda etapa en donde ya se encuentra en plena actividad metabóli
ca, el calor generado es considerable por lo tanto debe disipar-
s e , ya que la acumulación de este en el medio de cultivo afecta
la velocidad de crecimiento y rendimiento de formación de protei
na se ve afectado a temperaturas mayores de la Óptima. El micro-
organismo trabaja menos eficientemente, existiendo mayor consumo
de ATP no acoplado al crecimiento, aumentando su energía de man-
tenimiento. Para lograr eliminar este calor metabólico generado
se hace necesario la incorporación de aire húmedo a una tempera-
tura menor a la de incubación. La inyección de aire húmedo a 30-
34OC permite controlar la temperatura del sustrato a las difere'
les alturas. Como se ve en la fig. 1 3 , en las primeras horas la
temperatura a l o s 15 y 30 mm tiene una tendencia a incrementarse
hasta las 16 hr., momento en el cual se estaba inyectando aire
a 34OC. el cual permite abatirla gradualmente. Se nota que des-
pués de las 20 hr. podemos controlar la remoción del calor con
el aire húmedo que se suministra.
-
El poder controlar la temperatura del lecho lo atribuimos a que
la disipación del calor se lleva a cabo PO el mecanismo de con-
ducción a traves del lecho, tomando en cuenta el alto contenido
de agua presente en el sorgo ( humedad del 65% ) , y que conforme
transcurre la fermentación el lecho se va compactando, lo que
43
ra, la primera en la cual el hongo comienza su crecimiento, en
esta etapa es necesario mantener el sustrato aproximadamente en
37"C , para ello se recurre al aire húmedo y caliente. En l a se-
gunda etapa en donde ya se encuentra en plena actividad metabÓlL
ca, el calor generado es considerable por 10 tanto debe disipar-
se, ya que la acumulación de este en el medio de cultivo afecta
la velocidad de crecimiento y rendimiento de formación de protei
na se ve afectado a temperaturas mayores de la Óptima. E l micro-
organismo trabaja menos eficientemente, existiendo mayor consumo
de ATP no acoplado al crecimiento, aumentando su energía de man-
tenimiento. Para lograr eliminar este calor metabólico generado
se hace necesario la incorporación de aire húmedo a una tempera-
tura menor a la de incubación. La inyección de aire húmedo a 30-
34 °C permite controlar la temperatura del sustrato a las diferen
tes alturas. Como se ve en la fig. 13, en las primeras horas la
temperatura a los 15 y 30 mm tiene una tendencia a incrementarse
hasta las 16 hr., momento en el cual se estaba inyectando aire
a 34 °C . el cual permite abatirla gradualmente. Se nota que des-
pués de las 20 hr. podemos controlar la remoción del calor con
el aire húmedo que se suministra.
I
El poder controlar la temperatura del lecho l o atribuimos a que
la disipación del calor se lleva a cabo porel mecanismo de con-
ducción a traves del lecho, tomando en cuenta el alto contenido
de agua presente en el s o r g o ( humedad del 65% ) , y que conforme
transcurre la fermentación el lecho se va compactando, l o que
impide el paso de aire: de tal manera que la remoción del calor
por el mecanismo de convección es totalmente realizado sobre la
gran area de las dos caras del lecho, lo cual permite una remo-
ción adecuada del calor metabólico generado y no interferir con
el crecimiento del hongo.
-
Con respecto a la humedad del sustrato, podemos decir que esta
se encuentra en 6 5 %. l a cual oscila en este valor durante el
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transcurso de la fermentación, como se ve en la fig. 1 2 . Aún du-
rante el crecimiento del hongo, esta humedad se mantiene.
La humedad del 6 5 % en el sustrato se mantiene con la ayuda del
sistema de humidificación, el cual permite obtener un aire lo
suficientemente húmedo como para mantener el sustrato en un va-
lor promedio.
Conclusiones.
- el tratamiento térmico-aicaiino para eliminar taninos a esta
escala permite dejar el sorgo con cantidades permisibles para
su consumo.
- las adaptaciones realizadas al fermentador permiten darle fun- ciones de:
autopasteurizador inoculador fermentador secador
- el mayor incremento en proteína se da a un flujo de aire de
1.05 l/hr.g.BS y tiempo de 32 horas.
- se pueden utilizar indistintamente los tamaños de partículas
de 1 .7 y 3 . 4 mm, salvo la observación con respecto al manejo del
sustrato al desempacar sobre las charolas.
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C .
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-
- mediante el cambio de escala se obtuvieron resultados simila- res a los obtenidos a nivel de laboratorio.
- a este nivel la utilización de esporas germinadas permite,al igual que a nivel laboratorio, eliminar la fase de adaptación
del hongo en el proceso
-
Recomendaciones:
El estudio puede ser complementado con:
- análisis de transferencia de calor determinando coeficientes
conductivos y convectivos de calor, conductividad térmica del
sustrato con respecto al diámetro de partícula, humedad del sus-
trato y flujo de aire.
- obtención de metabolitos secundarios de importancia económica.
- simulación del proceso como base para el escalamiento a nivel semi-comercial.
- análisis de costos para demostrar la rentabilidad del proceso.
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