Fermentación en Medio Sólido

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    1. ALGUNOS ASPECTOS RELEVANTES DE LA FERMENTACIÓN EN MEDIO SÓLIDO SERGIO ESPINOSA
    2. ANTECEDENTES DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA FENÓMENOS DE TRANSPORTE MODELAMIENTO MATEMÁTICO MONITOREO & CONTROL APLICACIONES ESTUDIOS CINÉTICOS
    3. ANTECEDENTES
      • La fermentación en medio sólido (SSF) ha sido utilizada durante cientos de años, en la preparación de alimentos tradicionales
    4. ANTECEDENTES
      • La fermentación en medio sólido (SSF) ha sido utilizada durante cientos de años, en la preparación de alimentos tradicionales
    5. ANTECEDENTES
      • La fermentación en medio sólido (SSF) ha sido utilizada durante cientos de años, en la preparación de alimentos tradicionales
      • Además de las mencionadas, en la actualidad:
      APLICACIONES -Producción de enzimas pectolíticas ( pectina sas)
      • Además de las mencionadas, en la actualidad:
      APLICACIONES - Obtención de productos de valor agregado a partir de desechos agroindustriales SSF
      • Además de las mencionadas, en la actualidad:
      APLICACIONES - Reducción de emisiones contaminantes: BIOFILTRACIÓN SSF
      • Además de las mencionadas, en la actualidad:
      APLICACIONES - Tratamiento de desechos sólidos orgánicos
      • Además de las mencionadas, en la actualidad:
      APLICACIONES - Tratamiento de desechos sólidos orgánicos SSF
      • Además de las mencionadas, en la actualidad:
      APLICACIONES - BIORREMEDIACIÓN DE CONTAMINANTES ORGÁNICOS EN SUELOS
      • Además de las mencionadas, en la actualidad:
      APLICACIONES - BIORREMEDIACIÓN DE CONTAMINANTES ORGÁNICOS EN SUELOS SSF
      • Además de las mencionadas, en la actualidad:
      APLICACIONES - BIORREMEDIACIÓN DE CONTAMINANTES ORGÁNICOS EN SUELOS SSF
    14. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA SSF
    15. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA TODAS ESTÁN EXPLICADAS POR EL MISMO MODELO FÍSICO SSF
    16. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MODELO FÍSICO SISTEMA MULTIFÁSICO HETEROGÉNEO Fase sólida Fase líquida Fase gaseosa
    17. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MODELO FÍSICO SISTEMA MULTIFÁSICO HETEROGÉNEO Fase sólida SOPORTE DE BIOMASA, NUTRIENTES y SUSTRATOS Fase sólida
    18. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MODELO FÍSICO SISTEMA MULTIFÁSICO HETEROGÉNEO Fase líquida NECESARIA PARA RX METABÓLICAS & ACTIVIDADES ENZIMÁTICAS
    19. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MODELO FÍSICO SISTEMA MULTIFÁSICO HETEROGÉNEO Fase gaseosa Fase gaseosa
    20. SUPUESTOS DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MODELO FÍSICO
      • ¿HAY O NO INHIBICIÓN? (POR SUSTRATOS O PRODUCTOS)
      SUPUESTOS DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MODELO FÍSICO
    22. FENÓMENOS DE TRANSPORTE SUPUESTOS DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MODELO FÍSICO
      • Considerar la tasa de oxígeno alimentada al sistema
      • Su solubilidad en la fase acuosa es muy baja
    23. Consideración de homogeneidad del agente biológico: -Modelos segregados -Modelos no segregados SUPUESTOS DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MODELO FÍSICO
    24. Consideración de estructura del agente biológico: -Modelos estructurados -Modelos no estructurados SUPUESTOS DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MODELO FÍSICO
    25. Es un proceso batch SUPUESTOS DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MODELO FÍSICO
    26. Respecto a la cinética de consumo: -Organismo en estrés (monoauxia) -Organismo no en estrés (diauxia) SUPUESTOS DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MODELO FÍSICO
    27. ¿Hay limitación de sustratos? ¿Cual es el sustrato limitante? SUPUESTOS DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MODELO FÍSICO
    28. Todos estos supuestos definen la funcionalidad: SUPUESTOS DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MODELO FÍSICO
    29. Consideración de dimensiones en microescala: DiamX vs DiamPORO Definir la ubicación física del agente biológico SUPUESTOS DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MODELO FÍSICO
    30. De las relaciones fisico-químicas entre las especies SUPUESTOS DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MODELO FÍSICO
      • ¿La difusividad efectiva esta en función de que?
      • - Tortuosidad (suelo)
      • -Porosidad (suelo)
      • -Difusividad efectiva de sustrato(s) en agua... ETC
      SUPUESTOS DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA MODELO FÍSICO
    32. FENÓMENOS DE TRANSPORTE CALOR MOMENTUM MASA
    33. FENÓMENOS DE TRANSPORTE MOMENTUM
    34. FENÓMENOS DE TRANSPORTE MASA BIODISPONIBILIDAD BIODISPONIBILIDAD
    35. FENÓMENOS DE TRANSPORTE MASA BIODISPONIBILIDAD BIODISPONIBILIDAD
    36. FENÓMENOS DE TRANSPORTE MASA BIODISPONIBILIDAD BIODISPONIBILIDAD
    37. FENÓMENOS DE TRANSPORTE MASA BIODISPONIBILIDAD BIODISPONIBILIDAD
    38. R GLOBAL BIODISPONIBILIDAD FENÓMENOS DE TRANSPORTE MASA BIODISPONIBILIDAD
    39. BIODISPONIBILIDAD FENÓMENOS DE TRANSPORTE MASA R GLOBAL
    40. BIODISPONIBILIDAD FENÓMENOS DE TRANSPORTE MASA R GLOBAL
    41. FENÓMENOS DE TRANSPORTE MASA Ocasionan cambios en el sistema: -Variación de pH -¿Inhibición?
    42. FENÓMENOS DE TRANSPORTE CALOR
    43. FENÓMENOS DE TRANSPORTE CALOR
    44. FENÓMENOS DE TRANSPORTE CALOR
    45. MODELAMIENTO MATEMÁTICO CALOR MOMENTUM MASA
      • El modelo matemático se estructura sobre todos los supuestos y sobre los balances dinámicos de las especies involucradas:
      • -SUSTRATOS
      • BIOMASA
      • PRODUCTOS DE BIORREACCIÓN
      MODELAMIENTO MATEMÁTICO MASA
    47. BALANCES DE SUSTRATOS & PRODUCTOS MODELAMIENTO MATEMÁTICO MASA -EN LA FÁSE SÓLIDA DEL SISTEMA, estos balances implican modelos dinámicos tiempo-espaciales; por ejemplo:
    48. BALANCES DE SUSTRATOS & PRODUCTOS MODELAMIENTO MATEMÁTICO MASA -EN LA FÁSE SÓLIDA DEL SISTEMA, estos balances implican modelos dinámicos tiempo-espaciales; por ejemplo: -EN LA FÁSE LÍQUIDA DEL SISTEMA, estos balances implican modelos dinámicos temporales únicamente; por ejemplo:
    49. BALANCES DE ENERGÍA DEL SISTEMA MODELAMIENTO MATEMÁTICO CALOR
    50. ESTUDIOS CINÉTICOS
      • Un estudio cinético del fenómeno que se trate, implica determinar los parámetros cinéticos el sistema,
      • Mediante la resolución de los balances de masa y energía (modelo matemático); por ejemplo
    51. ESTUDIOS CINÉTICOS
      • Un estudio cinético del fenómeno que se trate, implica determinar los parámetros cinéticos el sistema,
      • Mediante la resolución de los balances de masa y energía (modelo matemático); por ejemplo
    52. ESTUDIOS CINÉTICOS
      • Un estudio cinético del fenómeno que se trate, implica determinar los parámetros cinéticos el sistema,
      • Mediante la resolución de los balances de masa y energía (modelo matemático); por ejemplo
      Proyecto particular, se buscará conocer estas
    53. ESTUDIOS CINÉTICOS
      • Un estudio cinético del fenómeno que se trate, implica determinar los parámetros cinéticos el sistema,
      • Mediante la resolución de los balances de masa y energía (modelo matemático); por ejemplo
      Es necesario conocer el cambio temporal de las especies
    54. ESTUDIOS CINÉTICOS
      • Un estudio cinético del fenómeno que se trate, implica determinar los parámetros cinéticos el sistema,
      • Mediante la resolución de los balances de masa y energía (modelo matemático); por ejemplo
      POR LO TANTO, ES CRUCIAL EL MONITOREO DE LAS DISTINTAS ESPECIES INVOLUCRADAS EN EL SISTEMA DE REACCIÓN (conocimiento del sistema)
    55. MONITOREO & CONTROL
      • Los parámetros principales a controlar son:
      • Temperatura
      • Aireación
      • pH
      • contenido de agua
      • El monitoreo de variables ambientales y especies resulta complicada debido a la complejidad del sistema
    56. MONITOREO & CONTROL SENSORES: SISTEMA Transductor Señal eléctrica
    57. MONITOREO & CONTROL SENSORES: SISTEMA Señal eléctrica Establece una corriente de fondo, que es capaz de ser modificada mediante cambios fisico-químicos del sistema Transductor
    58. MONITOREO & CONTROL SENSORES: SISTEMA Señal eléctrica Output del transductor Transductor
    59. MONITOREO & CONTROL SENSORES: SISTEMA Señal eléctrica ON LINE: No se desvía el producto a analizar OFF LINE: Se requiere muestreo Transductor
    60. MONITOREO & CONTROL SENSORES: SISTEMA Señal eléctrica Transductor Este tipo de dispositivos están ampliamente desarrollados para fermentaciones en medio líquido, no así en medio sólido, pues se trata de sistemas trifásicos
    61. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA TEMPERATURA
      • Termopar
      Una diferencia de temperatura entre las caras produce una fuerza (energía de entrada al transductor)
    62. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA TEMPERATURA
      • Termopar
      • Termoresistencia
      La diferencia en la resistencia de un conductor es función de la temperatura
    63. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA TEMPERATURA
      • Termopar
      • Termoresistencia
      La diferencia en la resistencia de un conductor es función de la temperatura
    64. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA TEMPERATURA
      • Termopar
      • Termoresistencia
      Usualmente se insertan a varias disancias radiales del centro del sistema
    65. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA TEMPERATURA
      • Termopar
      • Termoresistencia
      Y envían la señal a un sistema de captura
    66. MONITOREO & CONTROL PARA TEMPERATURA Evaporación Agitación Humedad de aire alimentado
    67. MONITOREO & CONTROL PARA TEMPERATURA Evaporación Agitación Humedad de aire alimentado
    68. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA CONTENIDO DE AGUA Medida usualmente OFF LINE
      • Gravimetría
    69. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA ACTIVIDAD ACUOSA OFF LINE
      • Sensores
      • ON LINE
      • Detector de capacitancia
      ¿? El elemento transductor absorbe vapor de agua en equilibrio en el sistema, generando la señal
    70. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA ACTIVIDAD ACUOSA OFF LINE
      • Sensores
      • ON LINE
      • Detector de capacitancia
      ¿? El elemento transductor absorbe el vapor de agua en equilibrio en el sistema, generando la señal
    71. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA pH OFF LINE
      • NO existen ELECTRÓDOS de pH, por la ausencia de agua libre
      • Se utilizan detectores POTENCIOMÉTRICOS
      • Pero la técnica estándar es suspender una muestra y utilizar un electródo de pH
    72. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO) En procesos aerobios: Por lo tanto, es posible estimar la concentración de biomasa si se conocen las tasas r O2 y r CO2 Técnicas de estimación indirecta:
    73. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO) Técnicas de estimación indirecta: RESPIROMETRÍA COMPRESOR El caudal de aire es crítico en este tipo de análisis Detector
    74. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO) Técnicas de estimación indirecta: RESPIROMETRÍA COMPRESOR Se requiere entonces un dispositivo de control a la salida del sistema Detector
    75. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO) Técnicas de estimación indirecta: RESPIROMETRÍA COMPRESOR -Rotámetro Detector
    76. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO) Técnicas de estimación indirecta: RESPIROMETRÍA COMPRESOR -Flujómetro másico-térmico Detector
    77. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO) Técnicas de estimación indirecta: RESPIROMETRÍA COMPRESOR -Anemómetro Detector
    78. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO) Técnicas de estimación indirecta: RESPIROMETRÍA COMPRESOR -Según los dispositivos & equipo utilizado, el O2 y CO2 pueden ser monitoreados seprados o juntos Detector
    79. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO) Técnicas de estimación indirecta: RESPIROMETRÍA CONSUMO DE OXÍGENO Dada su baja solubilidad en la fase acuosa, se puede cuantificar directo de la fase gaseosa del sistema, en el head space, con un analizador paramagnético
    80. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO) Técnicas de estimación indirecta: RESPIROMETRÍA CONSUMO DE OXÍGENO PERO, si se cuantifica de la fase líquida, se utiliza un sensor amperométrico
    81. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO) Técnicas de estimación indirecta: RESPIROMETRÍA PRODUCCIÓN DE CO2 La espectrometría I.R. es lo mas utilizado para lograr este fin Se puede utilizar para: -Estimar el crecimiento microbiano -Validar modelos de difusión gaseosa -Monitorear procesos fermentativos
    82. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO) Técnicas de estimación indirecta: RESPIROMETRÍA PRODUCCIÓN DE CO2 La espectrometría I.R. es lo mas utilizado para lograr este fin
    83. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO) Técnicas de estimación indirecta: RESPIROMETRÍA PRODUCCIÓN DE CO2 PERO: También se puede cuantificar mediante titulación de una muestra “atrapada”
    84. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO)
      • En procesos fúngicos:
      • Es posible estimar la biomasa por la caída de presión registrada en el sistema, ocasionada por el crecimiento del micelio
      Técnicas de estimación indirecta:
    85. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO) Técnicas de estimación indirecta: EN CUALQUIER CASO, SE DEBE CORRELACIONAR LOS DATOS CON MEDICIONES DIRECTAS DE BIOMASA (OFF LINE)
    86. MONITOREO & CONTROL SENSORES DISPONIBLES: PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO) EN CUALQUIER CASO, SE DEBE CORRELACIONAR LOS DATOS CON MEDICIONES DIRECTAS DE BIOMASA (OFF LINE)
      • DESTRUCTIVAS
      • SE CUANTIFICA BIOMASA O ALGÚN CONSTITUYENTE
      • ESTA INFORMACIÓN SE INCLUYE EN EL BALANCE
    87. MONITOREO & CONTROL PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO)
      • MEDICIONES DIRECTAS DE BIOMASA
      1 SEPARACIÓN DE BIOMASA -Remoción de matríz -Conteo celular Digestión enzimática de un soporte + filtración + gravimetría ADAPTADO PARA FUNGI
    88. MONITOREO & CONTROL PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO)
      • MEDICIONES DIRECTAS DE BIOMASA
      1 SEPARACIÓN DE BIOMASA -Remoción de matríz -Conteo celular Homogeneización +Filtración +Cámara de conteo ADAPTADO PARA LEVADURAS & ESPORAS
    89. MONITOREO & CONTROL PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO)
      • MEDICIONES DIRECTAS DE BIOMASA
      2 CUANTIFICACIÓN DE COMPONENTES DE BIOMASA -Proteína Hidrólisis ácida + Método de Lowry (Para proteína) Hidrólisis ácida + Método de Kjeldhal (Para Nitrógeno total) -APLICA PARA CUALQUIER M.O. -INTERFERENCIA CON SUSTRATOS RICOS EN PROTEÍNA
    90. MONITOREO & CONTROL PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO)
      • MEDICIONES DIRECTAS DE BIOMASA
      2 CUANTIFICACIÓN DE COMPONENTES DE BIOMASA -Ac. Nucléicos Extracción de materíal nucléico + tratamiento enzimático + método colorímétrico de difenil-amina -APLICA PARA CUALQUIER M.O. -INTERFERENCIA CON SUSTRATOS RICOS EN AC. NUCLÉICOS
    91. MONITOREO & CONTROL PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO)
      • MEDICIONES DIRECTAS DE BIOMASA
      2 CUANTIFICACIÓN DE COMPONENTES DE BIOMASA -Quitina Hidrólisis ácida de la quitina + determinación de glucosamina por colorimetría -SÓLO APLICA A FUNGI -[Quitina]=f(Edad) -INTERFERENCIA GLUCOSAMINA EN SUSTRATOS
    92. MONITOREO & CONTROL PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO)
      • MEDICIONES DIRECTAS DE BIOMASA
      2 CUANTIFICACIÓN DE COMPONENTES DE BIOMASA -Ergosterol Extracción + GC/Espectro UV -SÓLO APLICA A FUNGI -BUENA CORRELACIÓN CON CONTENIDO DE MATERIA SECA & DE QUITINA
    93. MONITOREO & CONTROL PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO)
      • MEDICIONES DIRECTAS DE BIOMASA
      3 ACTIVIDAD BIOLÓGICA -MICROCALORIMETRÍA Determinación de calor metabólico -CARACTERIZA UNA FASE TRANSIENTE DURANTE EL CRECIMIENTO APICAL (APLICACIÓN LIMITADA) -¿APLICA EN CUALES M.O.?
    94. MONITOREO & CONTROL PARA VARIABLES ORGÁNICAS (CARBONO)
      • MEDICIONES DIRECTAS DE BIOMASA
      3 ACTIVIDAD BIOLÓGICA -ACTIVIDAD ENZIMÁTICA (para un tipo de lacasa lipo-lítica) Ensayo de actividad enzimática en la fracción líquida adsorbida a la matriz sólida -SOLO APLICA A ENZIMAS EXTRACELULARES -NO SIEMPRE SE LE PUEDE RELACIONAR CON CRECIMIENTO
    95. FUENTES -  Some engineering aspects of solid-state fermentation K.S . Raghavarao, T.V. Ranganathan, N.G. Karanth   -  Sensors and measurements in solid state fermentation: a review    Veronique Bellon-Maurel , Olivier Orliac , Pierre Christen

    + ESPINOSA.IBIESPINOSA.IBI, 11 months ago

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