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Procesos fermentativos
industriales
Ing. Qca. Nora I. Perotti
FACET – UNT
Abril/2011
Producción de etanol
• El proceso químico de producción de bioetanol se basa
simplemente en una fermentación, que es un cambio
químico en las sustancias de naturaleza orgánica llevado a
cabo por la acción de enzimas. Lo que ocurre en una
fermentación es que las sustancias orgánicas complejas se
transforman en otras simples.
• La mayoría de las levaduras que se cultivan son del
género Saccharomyces. Concretamente la especie
Saccharomyces cerevisiae es una de las más utilizadas ya
que participa en muchas fermentaciones.
Proceso microbiológico
metabolitos
terminales
nutrientes
célula
biomasa
productos
excreción
sustrato
enzima
producto
Proceso industrial
• Materia prima
• Microorganismo
• Proceso
Proceso industrial
• Microorganismo
– Saccharomyces cerevisiae
Metabolismo
• Prácticamente en todas las
reacciones químicas que
ocurren en una célula
participan enzimas
• Los bioquímicos han
agrupado a estas reacciones
en una serie ordenada de
reacciones secuenciales o
pasos que comúnmente se
denominan vías.
Glicólisis
Fermentación alcohólica
• una ventaja adaptativa para las levaduras, que pueden
sobrevivir en anaerobiosis. Pero solamente lo utilizan
cuando no hay oxígeno disponible y ello en relación
con el bajo rendimiento energético de la fermentación
alcohólica, en comparación con el de la degradación
oxidativa de la glucosa.
Propiedades bioquímicas
• Actividad fermentativa
– Cantidad de azúcar fermentado por unidad de
tiempo
• Poder fermentativo
– Máximo porcentaje de alcohol formado al
final de la fermentación
Proceso de producción de etanol
Rendimiento
• Ecuación de Gay-Lussac
Glucosa-------- 2 Etanol + 2 Dióxido de Carbono
180 g ------------ 92 g
+ 88 gr
116 mL
PROCESO BIOTECNOLOGICO
MATERIA PRIMA
PRETRATAMIENTOS
BIOCONVERSION
•
•
•
Transf. de masa
Transf. de calor
Bioactividad
RECUPERACION
•
•
•
Separación
Purificación
Refinado
PRODUCTO FINAL
Ingeniería
Química
Ingeniería
Química
Bioquímica
Biotecnología
Ingeniería
Bioquímica
Biología
EL BIORREACTOR
Definición funcional
• BIORREACTOR: recipiente en el
que se mantiene un ambiente
favorable para el desarrollo de
determinado proceso biológico
BASES MICROBIOLÓGICAS PARA EL DISEÑO
DE UN BIORREACTOR
–
Complejidad de la mezcla reaccionante
–
Concentraciones relativamente bajas de sustrato y productos
–
Restricción de la fase acuosa
–
Condiciones suaves de temperatura y pH (normalmente)
–
Incremento de la masa microbiana junto a la transformación
bioquímica
–
Capacidad de los microorganismos de sintetizar sus propios
catalizadores (enzimas)
–
Dificultad del mantenimiento de la transformación bioquímica
requerida (estabilidad)
DESARROLLO ESQUEMÁTICO DE LOS PROCESOS MICROBIOLOGICOS
MICROORGANISMOS
Poblaciones
Procariotas
Eucariotas
mixtas
CEPAS DE COLECCIÓN
AISLAMIENTOS DE LA NATURALEZA
Genética de
microorganismos
Mejoramiento
genético
Fisiología
Biodiversidad
Gene Prospecting
Biocomplejidad
BIOPROCESO
Estudio de condiciones
operativas
Desarrollo de
procesos
microbiológicos
Escalamiento
Biocatálisis en medios
no acuosos
Estrategias de aplicación
no convencional
Diseño de
fermentación (lote, lote
alimentado, continuo)
Optimización
Recuperación de
producto
Bioremediación
Efluentes
Tratamiento
convencional
BIOMOLÉCULA
• ADITIVOS
Purificación
• INSUMOS ALIMENTICIOS
• ENZIMAS
ESQUEMA GENERAL DE UN PROCESO
MICROBIOLOGICO
MEJORAMIENTO GENETICO:
• Biología Molecular
FISIOLOGIA
• Genética
• Biodiversidad
• Aislamiento de genes
DISEÑO DE
MICROORGANISMOS
BIOMOLECULAS
BIOPROCESOS
ESCALAMIENTO
TRATAMIENTO DE
PURIFICACION
EFLUENTES
PRODUCTO FINAL
CAMPOS DE APLICACIÓN
–

–
APLICACIONES TERAPEUTICAS
Productos
farmacéuticos
ALIMENTACIÓN

–









Antibióticos
MEDIO
AMBIENTE
Mejoras
de
Procesos tradicionales para obtención de
 Vacunas
alimentos y bebidas
Hormonas
Tratamiento de efluentes líquidos
Nuevos alimentos y bebidas
Terapias génicas
Biorremediación
Probióticos
Producción de energía a partir de biomasa
Prebióticos

Nutracéuticos: alimentos con perfiles determinados de
nutrientes, y para la mejora de la salud

Aditivos alimentarios
BIBLIOGRAFIA
• ATKINSON B (1974). Biochemical Reactors. Pion,
London.
• BAILEY JE & OLLIS DF (1977). Biochemical
Engineering Fundamentals. McGraw Hill. London
BLANCH HW & CLARK DS (1997). Biochemical
Engineering. ED. Marcel Dekker, Inc. NY. USA.
• CASABLANCAS FG & LOPEZ SANTIN J (1998).
Ingeniería Bioquímica. Ed. Sintesis. Madrid.
• SCRAGG A (1996). Biotecnología para Ingenieros.
Sistemas biológicos en procesos tecnológicos. ED.
Limusa, SA. México.