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FECHA DE I N I C I O :

/FECHA D E TERMINACIOFI: .

/NOMBRE DEL TUTOR:

~ I T U L O : DESARROLLO D E UN PROCESO

a . c m l ! u ~ ~ ~ B B L l L t l p z

3 - s2 - 45 - 68

82342747

23.2.05C7

INGENIERIA BIOQUINICA INDUSTRIAL

PASANTE

30 HORASISEMANA

UNIVERSIDAD AUTONOMA PIETROPOLI TAtdA

6 DE J U L I O DE 1987

28 D E ENERO D E 1 0 9

rlBBuuQsuILEBBELBQJ;[hs

PARA ELABORAR EXTRACTO DE LEVADIJRA A U T O L I S I S , PARA SABORIZANTE D E CARNE.

ANTONIO FOMSECA QUIROZ.

1-

TAN0 GUTIERREZ ROJAS.

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- AGRADEZCO SINCERAMENTA A LA INGENIERO FLOR DE MARIA-CUERVO LOPEZ

DE LA MISMA FORMA, AQRADEZCO AL M. en. C. MARIANO OUIXERREZ W R SU AYUDA TECNICA PARA LA REALIZACION DEL PROYECTO.

ROJAS, POR LA CONFIANZA 8UE ME HA BRINDADO, PARTICIPANDO EN EL PROYECTO:

SABORIZANTES Y POTENCIADORES DE SABOR; PRIMERA PARTE, NIVEL DE LABORATORIO. DICHO PROYECTO SE REALIZA POR EL AUSPICIO DE CONACyT. CON

PROTEINA UNICELULAR PARA CONSUMO HUMANO> PRODUCCIO~ DE .

CLAVE:.PVTlA3lNAL/8513~6?.

DEDICADO A:

A MIS PADRES. (DOLORES Y ANTONIO1 A TODOS MIS HERMANOS, POR LA COPERACION BRINDADA.

,

L-

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2

L I W :

DESARROLLO DE UN PROCESO PARA ELABORAR EXTRACTO DE LEVADURA POR AUTOLISIS, PARA SABORIZANTE DE CARNE.

Las lpvaduras han sido usadas tradicionalmente en la'industria alimentaria, principalmente para la produccibn de etanol y dioxido de carbono, los cuales son importantes en la induStria.de la pantficaci6n, de1 vino y en la -industria de la destilacien. Actualmente, su produccibn se enfoca hacia otros usos, tales como su valor nutricionai y sus beneficios como donador de sabor.

alrrededor de 39 géneros, con 345' especies, distinguidas por sua caracterlsticas morfolt3gicas, bioquimicas y genéticas ( 3 ) -

inmbviles, quimiosint+ticas y regularmente de forma esferica. Las levaducas industrialmente importantes eitan clasificadas dentro de dos clase3 de hongos seghn su capacidad de reproducirse: -a). - Reproduccibn sexual, 1 lamados ascomicetos D verdaderas levaduras, como ejemplo estan los generos de S a r í h a r p m ~ e s ,

Esta hotrogenea coleccibn de microorganlsmos incluye

Las levaduras como hongos unicelulares son nucleadas,

KhYYecnaYurn Y euhia ( 3 ) .

b) . Reproduccibn asexual, 1 lamados Deuteromicetoa o falsas levaduraí, -como ejemplo están 10s generos de I;aodidir y LpulRgñiñ ( 3 ) . -

Generalmente, las levaduras se reproducen asexualmentc por gemacibni sin embargo, algunas cepas pueden reproducirse sexuilae&.te bajo ciertas condiciones ambientales llevando hasta I C fc lac 5n de ascosporas.

iiuchas levaduras se reproducen vegetativamente por 3emacidn r e * a producir progenie que es identica a la paterna. En efecto, la QE lacion es el anico medio de divisibn celular para algunos deuteromicetoa tales como CandFda y I~rb~L~hlt ( 1 ) . En el proceso de gemacibn, una pequeña area localizada en la pared celular 5e extiende hacia afuera como una piotuberancia, 1 lamada "cicatriz de qemacibn', el citoplasma se desplaza a tal area y el material genético 'hijo' que se replico por mitosis se mueve hacia la protuberancia. De esta forma, aumenta de tamaño la protuberancia y da lugar a la formacion de un bulbo que aumenta de tamaño hasta aproximadamente una tercera parte del tamaño de la celula madre; en éste momento, la pared celular se cierra y forma una nueva cdiula. En el proceso la chlula madre gana una nueva "cicatriz de gemacibn. y la nueva celula lleva una 'cicatriz de nacimiento",

' que posteriormente madurará y estara lista mara dar lugar a una nueva celula. Las s levaduras aproximadamente producen como maxim0 de &2 a 15 'cicatrices de gemacibn', pero quiza esta produccidn sea limitada por la ausencia de un nutriente esencial o por la nobrepoblaci6n dentro del medio ( 1 ) .

En contraste con SU reproduccibn vegetativa, los Ascomicrtos

pueden reproducirse sexualmente a traves de un ciclo que implica una alternancia de estados de sus ciclus de vida, de haploide y diploids,. llevando a la produccibn de esp3ras sexuales en una asca, el ciclo se representa en la figura 1 . Estas levaduras pueden ser clasificadas co'oo heterotálicas y homotalicas ( 1 ) .

compatible para su conjugacibn. Las levaduras homotAlicas, en contraste, tienen el potencial de canvertirse de un tipo de "bulbo' a otro ( 1 ) .

Las levaduras heterot8licas requieren un solo tipo de 'bulb?"

-. u." 0 . ..- o -.-- - -. LI-iL-

Econbniicaniontr las levaauras son reconocidas como importantes - 33cqur tienen 40s reacciones que producen energla. La

- -Fexentacibn y la Respiracibn oxidativa. Existen dos mecanismos fermentativos usados por la5 levaduras: la

r(ita Embden-Meyerho-f-Parnas (EMPi y una derivacibn de la ruta Hexosa x=nsf osf ato. . Eri algunos casos cuando -hay ausencia total de oxigeno la ruta EIlP acontece en nias ~ del 95% del metabolismo glucolitico de SZ ~ m y i y - y C d f i & , la rez.cclbn es la siguiente: .~

I

1 .gluccsa - - - - - - - -> 7 E + - W c PtCO7 c 7 ATP t 56 Kcal. ..

La vla Hexosa monofoafato, al3unas veces llamado ciclo d e lar pentssas monofosfato, 15 importante Forque reducce la coenzima NADPHZ, la cual e5 usada durante la respiracibn aerbbica en la sintesis- je ATP y acontice dol 6-309 de la ~lucollsis en S&rrrLaiaa y de '?0-40% en Ldi-tilií . La via puede llrvaroe a cabo bajo condiciones zorbbicasf la reacc'ion e5 la siguiente:

1 glu=osa-6-P --------- > 6 C02 t 12 NADPH2 La rospiraci6n aerdbica u oxidativa procede por medio de l a

ruta del ciclo dz l os &.cidos tPiCarboxiliCO5 o ciclo de Krebs. La rsspiracibn oxidativa es nas eficiente que la ferment,acidn.

L s existencia ?E al3~nia alimentos tales. como pan, vino, cervrza,etc.,es posible ünicat?entr por las reacclanes bioquimicas

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de las levaduras. Entre su5 requerimientos nutricionales incluyen; ox3genos temperatura y pH apropiados, carbon utilizable, fuente de nitrbgeno, minerales, vitaminas y algunas hormonas de crecimiento.

Todas las levaduras pueden utilizar glucosa, manosa, fructosa y algunas especies pueden utilizar galactosa. Como una regla general, 108 L-azbcareo y algunos otros monosacaridos no puederi ser asimilados por las levaduras (3).

En escala piloto (30-5001), la produccibn de levaduras se hacen en ftrmentadorae que estan hechos tipicamente de acero inox*idable, provistos de una chaqueta y un regulador de presibn para esterilizar e1 medio. Por otro lado, porque la transferencia de calor y la dispersion de oxigeno, nutrientes y subproductos metab6licos son especialment,e crlticos, el medio de cultivo requiere aireacibn y agítacibn continua, proporcionados por una esprea y un. agitador. central. Los fermentadores estan provistos de bafles en 105 lados . para evitar la formacibn de un vortex y aumentar la eficiencia de l a dispersibn del oxigeno disuelto (l?).

Las c&lulas pueden ser cultivadas en procesos semi-continuo o continuo. El proceso semi-Fontinuo es el mejor metodo para producir las levaduras de panificácibn, algunas levaduras para alimentos y produccibn de biomasa para la extraccibn de enzimas y produccidn -- de autolizados. El proceso continuo requiere de un-balance adecuado entre el flujo del medio nutriente (entrada) y el flujo de cosecha (salida). De este modo el sistema maximiza la_producciPn, pero esta asociado con problemas de mantener un medio @etable y las condiciones

Hay otra clasificacibn de la5 levaduras, la cual se'hace sobre las bases de su actividad. La5 levaduras activas son las usadas para fermentacibn y como fuente de componentes nutricionales y saborizantes. Las levaduras inactivas, tambien llamada levadura seca, no se pueden utilizar en fermentaciqn y generalmente sori usadas como *ayuda nutricional y saborizante. Dentro de la levaduva inactiva, se encuentra l a levadura primaria, y dentro de esta 5e encuentra el genero I;BLiiUpB ( 3 ) .

_ C a n b i d a u f i l & , tambien conocida como levadura Torula (yeast Torula), puede ser propagada sobre melazas y en sistemas que contienen 100-500 ppm, de etanol y pueden asimilar los-azácares de la madera tales como D-xilosa y la D-arabinosa, las cuales estan=presentes en 105 lico.res sulflticos. Torula seca es usada como agente que acarrea el sabor y en algunos casos como alimento. La levadura seca o primar-ia puede ser procesada para producir autolizados y extractos, enzimas y otro6 componentes bioqulmicos ( 1 ) .

de la celula, en una accibn mediada por sus enzimas intracelulares talc5 como, PROTEASAS, CARBOHIDRASAS, NUCLEASAS. Estos extractos de alta aromaticidad, son usados en la preparaclan de salsas, sopas, alimentos enlatados, etc., en la tabla 1 se enlistan los productos en

' los que se utiliza el extracto de levadura y las respectivas concentraciones recomendadas. Las .notas particulares de sabor, por ejemplo, sabor a queso, y sabor picante, pueden ser etjfatizadas o cambiadas por el cambio de ias condiciones del procesamiento. El sabor a carne del extracto es atribuido al contenido de Bcido glutamic0 y acidos nucleicos, lo cual Io hace atractivo como sustituto de

de esteri 1 idad. -

Los extractos autolizados son producidos por la autodigestibn

extractos de.c$rne ( 3 ) . Se menciono la propiedad del extracto como sabGriiante o

reforzador de sabor, en la actualidad se combina en algunos casos Cor6 otros compuestos que tienen caracterlsticas semejantes'respecto a realzar el sabor como el glutamato monosbdico y 10s nuclebtidos 5' (6 ) . lo5 autolizados tienen un sabor relacionado a carne y pot-. esta razbn es usado en todas las aplicaciones que requieran l a adician o reforzamiento a carne, el cual se puede fortificar con glutamato monosbdico y nuclebtidos 5'.

Los autolizados son derivados de l a levadura de panificacibn j; de la levadura primaria. TBcnicsmente 10s auto1 izados comprenden el contenido entero de la cBlula 1 i'sada, incluyendo los componentes solubles, protelnas hidr,olisadas y la pared celular. El extracto, que generalmente es descrito como extracto autolizado de levadura, son los componentes solubles altamente concentrados, que rstan separados de la insoluble pared celular mediante filtracibn ( 2 ) .

TABLA No. 1

ALIMENTO Sopas concentradas Sopas secas Cubos para caldo Salsas saborizantes y aderezos Embu t idos Carnes en 1 at adas Carnes frias

Productos derivados de aves Pescados y mar 1 scos Vegetales Bocad i 1 1 o5 Panecillos, ensaladas y rellenos

- Carnes cocidas

.

PORCIENTO EN PESO 0.5 - 1.3% 0.3 - 1.0% 0 .5 - 1.6% 0.5 - 1.0% 0.7 - 1.3% 0.7 - 1.6% 0.7 - 1.6% 0.5 - 1.3% 0 .3 - 3.0% 0.2 - 0.6% 0 .1 - 0.5% 0.2 - 0.8% 1 .0 - 2.5%

FUENTE: Anónimo, Gist k Spiritus Fabriek. Delf/ Holland.

Los extractos pueden ser clasificados como hidrol isados, plasmolisados y autolisados; en tal caso, se puede decir que los hidrolisados 5e preparan mediante el tratamiento de la levadura con un acid0 fuerte (HC.1) y calentando hasta aproximadamente 100 C, el tiempo de hidrolisis varla en funcibn de la concentracibn del Bcido, aunque e5 la forma man eficiente de obtener extractos celulares no es muy empleada (3i, porque durante la hirblisis con Bcidos fuertes, el triptofano desaparece y tos niveles de metionina, cistelna y tirosina decrecen bruscamente (Select committee on Generally Regarder as safe Substances, 1?76), su alto contenido de sal, la perdida de algunas vitaminas y el empobrecimiento del sabor

' del extracto, son las principales desventajas, las cuales limitan su uso como ingrediente'para alimentos (17).

Los plasmolisados se obtienen mediante la extraccibn del material celular con agentes plasmolisantrs, el agente mas popular es la sal, pero existen otros agentes tale5 como el acetato de etilo, acetato de amilo, dextrosa y etanoi, el principal problema con Pate

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metodo es la recuperacibn de los quimicos usados, 'su toxicidat potencial y 106 costos (4,S).

propia autodigeitibn, rraccibn mediada por sus enzirnas intracelulares. La autodigestibn 5e induce Urapidamentem con una ligera agitacibn en el medio, con temperaturas arriba de la Iet~.l para la celula y concentraciones moderadas de sal y, la reaccidn ocurrirA entre 12 y 24rhoras ( 3 ) .

En los autolisados a l a cClula viable se le induce hasta s ~ i

Se puede usar levadura primar,ia en el proceso; pero generaimentr se utiliza levadura de cerveza, que e5 un subproducto de la industria cervecera, para obtener el extracto,*y que por lo tanto puede abaratar los costos del producto, no obstante de presentar compuestos amargos derivados del--lbpulo y que hay que eliminar ( 7 )

Los problemas comunes asociados con el uso de la levadura como alimento humano, llamado- protetna unicelular (SCP), incluyen lo5 indeseables altos niveles de &cidos necl&icos y el cuestionabl~ valor alimenticio de la cklula entera. Los acid05 nucieicos, los cuales si son consumidos en grandes cantidades causan uracernia y gota ( S i , pueden 5er reducidos por succinilacibn durante la extraccidn de protelnas de la levadura (9,113). E l limitado valor nutricionai de la cPlu.la intacta puede ser superado por la separacidn df; protelnas y la pared celular, l a rigida y densa pared celular de la-- levadura- entera resiste la digestibn intestinal, por lo tanto 1 ipi ta la aviabilidad de 1 as pro t e I n a5 intracelularesdconsecuentemente es necesaria lo remocíon o rompimienta de la pared ce,lular para facilitar la digestih de dicha proteirla ( 1 1 ) .

Existen enzimas secretadas por a~lgunas bacterias que causan una completa lisis de la pared celular de las levaduras. La pared celular de . * las levaduras e5 un complejo beta-(l-3)-gluc6geno y las enzirnas hidrollticas .actuan sobre este para dar lugar a la forrnacibn de pentosas 1aml.nares como producto. Por io tanto, e5 importante e1 estudio de esta area para el desarrollo de mltodos practicas en la extraccibn de protrina de levadura, intacta, no desnaturalizada y con bajo contenido de Acidos nucleicos para el consumo humano (12 ) .

El extracto de^ levadura ha adquirido popularidad como aditivo para alimento. Sin embargo, la autblisis no esta completamente e:?tendida. Por lo tanto, es razonable tratar de entender coma ocurre la autblisis.

Cuando una especie de levadura e5 autolisada a 45C. con agua destilada, a pH de 6.5 y con agitacibn ocacional; muestras tomadas a intervalos de l h . ' durante 14 horas, pueden mostrar fkilmente la perdida de peso seco de la levadura; lo cual indica que el material celular aparentemente se extrajo, y en el cual van Acidos nuclhicos, DNA y RNA. (ver graf ica No. 1 ) .

GRAFICA MD. 1

Nota: La grá f i ca No. 1 se encuentra en l a página 10

Como se observa en la grafica, el DNA medido eri el extr:acto e5 aproximadamente igual, al perdido por l a celula, mientras qur al RNA no sigue ei mismo patrbn, est0 es, el RNA que se extra'o de la levadura e5 mucho menor del ganado por el extracto.Ta1 diferencia se puede explicar; puesto que el RNA e5 medido como tal en l a cClula y la azucar ribosa en el extracta;por lo tanto, e5 razonable que Is. levadura utiliza el azücar ribcsa para su metaboiismo, dado que esta &vida de nutrientes o fuentes carbonadas, durante la autblisis, la ribosa es incor-porada por l a via Hexosa rnonofosfatu y despubs pasa a l a ruta glucolltica. Esta suposasibri ha si do^ probada (13 ) .

LO anterior .indica que durante l a autblisis, el RNF, e5 degradado por una RNBsa, la cual produce nuclebtidos, estos 5on atacados por una fosfomonoesterasa para producir nuclebsidos y fbsforo inorganico. La. degradacih de los riuc1CosidO% involucra una nucleosidasa dando 1uga.r as1 a la r4bosa.

Por o t r o lado, si se miden l a s cantidades de arhinoacidos y protelnas, se observara que justamente fuera de la~hPlula ocurre una proteolisis intensiva, mostrando la liberaci&ri de una enzirns activa. Se ha demostrado que 50n 4 las enzimas i,fivolucradas de las cuales una es l a mas abundante (una PROTEASA) que las otras tres, tambibn se observa que el producto las 3 enzimas restantes sori de pesos molecularrs grandes, y que pot-. lo taritrr, la,proteasa actua sobre el producto de las otras tres enzirnas; dado que el producto de las proteasas son aminoacidos y pBptidos de baja pe5o molecular (13).

gl icoprotelnas, contando con residuos de glucosa y rnariosa, Csto suguiere que las enzimas puedan 5er una conexibri con ia sintesis' de la pared celular, porque la pared celular e5 un complejo de proteina-glucosa-manosa, por lo tardo, la excresibn de la enzima proteolltica durante la autblisis tiene~su paso a traves de l a regibn de la sintesis de la pared.

Por lo tanto, e5 necesario r.wncicnar que ii la5 altas temperaturas que se efectha l a autbiisis, rio ocurre sintesis protéica, - entonces, es necesario que la levadura sea cultivada en un medio rico en proteinas C O ~ P O el que ocurre Con el mosto de la cerveza, par-a que la actividad enzlmatica tenga un efecto positivo ( 1 3 ) .

Para con 5 i d'e r ar un posible origen de las enzimas protellticas, 5e han preparado protoplastos intactos de la levadura que fhcilrnente 5 8 pueden lisar con enzimas proteoliticas, Matile & Wiemken ( 1 4 ) han aislado vacuolas intactas de protoplastos de levadura y demostraron que Pstae contenian una dits. actividad de ciertas enzimas proteollticas, estas son caractrrlsticas d e los lisosomas de una celula animal con funcibn digestjva, pero que tienen l a capacidad de digerir l a celula madre si la membrana lisosomal es lesionada. Matiel & Wiemken sugieren que las vacuolas sean los li5osomas de la celula de levadura. La5 enzima5 que estan

Se ha observado que las enzimas proteoliticas aparecen como

~.

presentes en la5 preparaciones de vacuolac irktactas 55. enlistat, E I > l a Tabla No. 2, tomada de la refe6encie ( 1 4 ) .

TABLA Nc. 2

ENZIMA

1 Proteasa pH3.4 2 Proteasa pH5.6 3 p-Nitrofenil- acetato-esteraea pH 6.5

4 RNa5a pH 6.5 S Leuc i 1 -amino- peptidasa pH 7.5

6 Citocromo-c-NAD- o x i doreduc t asa

7 NADHZ- DIP- Di f orasa -

UNIDAD DE ACTIVIDAD

fTircsinaf60' f Ti rosinaiS0'

p-nitrofenol sobre 30min

bE260/2h.

FMLeuc i rtai6O'

E55OI5'

(lE600fS'

ACTIVIDAD FOR rng DE PROTEINA VACUDLfi PROTOPLASTO"

575 28.3 670 l?. 6

543 26.5

16.5 o.a6

o. 851 O. 216

0.068 4.31

1.275 2.00

FUENTE: Matile k Wiemken, Archiv Microbiol., 1967, 5 6 , 145

Cuando es iniciado un brote vesicular, estas 5e acumulan y 5e mueven hacla la membrana pla5mAticz y 5e fusionan cor1 la pared celular, el punto de fusibri de estas t ~ e s entidades hace que el material ve5icular salga de la levadurz, este fenbmenc e5 Ilav&.do a cabo por pinoc-ítosis en reversa. For IC tanto, ratas ves'lculas pueden ser equivalentes a las particulas de pr~~trasas~descr~tas por Moor ( 1 5 ) , el sugiere que la vesicula acarrea er$zirnar, paro. disolver y debilitar la pared en el purito de fusibri formado, la5 veslculas se forman en el sistema del Reticule Endopiasmico, ahora si la autblisis e5 llevada a cabo & altas tertperaturas, entonces, es un factor limitante la temperatura.

generalmente como una mezcla de celulas vivas, r~oriburtdas y muertas. Las celulas disponibles estan hambrientas y cambian la permeabilidad de 5u membrana piasmatica, por lo tanto, hay material intraceiular en el medio y las celulas vivas responden a la presencia de protelna en el medio, (derivado de la muerte de las levaduras), secretando enzima proteollticas para utilizar la preteina del medio: estas enzimas probablemente se derivan de las vealculas, por lo tanto, aqui se presenta el primer estado de autblisis, que es una alternativa de la levadura para asegurar el material nutriente. Sin embargo, mucha de la actividad proteolitica se deriva de las cPlulas muertas debidc a su desorganlzacibn celular general, junto con estas, otras enzimas hidroliticas liberadas degradan macromoleculas tal- como acidos nuclticos, hasta que eventualmente, todas las cClulas mueren, completando asf el proceso autolltico (13).

conducen a tal direccibn. Per la caracteriza,cibn de l a s enzimas

La levadura disponible para el proceso de Jutolizado se presErits

Esto no es un mecanismo probado, pero todas l a s evidencias

?

proteollticas 1 iber-adas 5e pueden enterrdet- ciertos aspectos= d s le autblisis industrial. En io5 procesos actuales el control de pH y :E

la temperatura determinan no Zlnicamente el grado d é autblisis , sino tambih la calidad del extracto.

Como una justif icacibri importante del presente trabajc, se puede decir al respecto, en MC.:ico esiste un fabricante de extracto de levadura (Aranguren y Cit.) que tiene su planta en Celaya Gto. )'

oficinas en el D.F., al parecer no satisfa~r la5 demandas del ifiercado interno, y una de l a s pos.ible5 razones por las que no satisfócr el mercado es porque no dispone de suficiente materia prima (levadura fresca) .

En el Centro de Investigacione5 y Estudios Avanzados del I . P . N . , se ha desarrollado una tecnologla para producir levadura Cwb& UFLIí por fermentacidn continua a partir de melasas, dado tal caso, se dispondrla de suficierde materia prima para produclu extracto de levadura.

En l a Universidad Gutbrioma Metropciitana de Xztapelapa, se k m venido trabajando .en l a obtencibrc de dicho producto, el cual se realiza bajo l a direccibn del M. en C. Mariano Gutierrez Rojas y con el trabajo experimental de la. Ing. Flor de Marla Cuervo Ldpez, quien ha fijado algunos par&metros importantes en el proceso, tomando en cuenta 4as bases del Diseño ExperimEntal Factorial.

Por otro lado, es importante alentar. la produccibn de u n a materia pr-ha de bzja valor agregradc, como la levadura, desarrollando nuevos y .mejores productos derivados con alto valor agregado, como lo e5 el extr,Jcto-de lev.gdura, el cual tiens un precio alto en el mercado

Por 1 0 anterior, l a justificacibn rn&s revelante, e5 la de buscar alternativas que conduscan a obtener productos de alta calidad, que tengan. valor agregado al to y que tengari demanda etí el wercado nacional o.+ internacional, por esc , es muy importante l a realizacibr, de estudiosi que identifiquen factores, de productividad y calidad de un producto. -

Ahora, cuando. a nivel laboratorio 59 ha.n encontrado la5 mejores condiciones de operacibr; ~paia el crecimiento o produccibn de un microonganismo o producto, de inmediato surge l a necesidad de extrapolarlas a una escala mayor, para provar y evaluar las posibi 1 idades del ha-1 laz3o, a -lo anterior se le denomina. escalamiento.

El escalamiento de procesus esta definido por el conjunto de procedimientos, .que conduce a~ transportar y predecir resultados experimentales de un nivel de operacibn a otro. Cuando se parte desde l a investigacibn de laboratorio hasta l a operacibn de l a planta industrial, se le denomina DESARROLLO TECNOLOGICO (19).

Para pasar de una escala a otra es necesario de tomar en cuenta el principio de similitud, en general, se dice que dos sitemas 5on similares cuando se logra una similitud quimica y bioquimica, lo anterior se logra cuando se respeta la similitud geomhtrica,

C o r m se mencionb, en la U.A.M.- 1 . se estudio el efecto que

~ (Ver aphndice), y no as1 l a levadura.

' mecacica y termica.

tienen l a agitacibn, t,emperatura, concentracibn de sal, tiempo de reaccibn y pH. La temperatura, tiempo de reacc ibn y el pH se estudiaron a nivel laboratorio y se determinaron, con un diseño factorial las mejores condiciones para el proceso autolf tico.

En e1 p?sáer:t= trabajo r e estudiara el e f ~ c t o que tier'É- l a *aqitacibi sobre l a autbl isis. Lc Hipstesis de l a cual pai-tii::os e5 que al aurneritar los choqzes entre l a s c & i u i s s de Irvüdur'ss se hacen me5 sensibles en l a pared =elv.lzi-. y COT( c i e r ta fücil idüd se puede inducir Is. sclida d s l csrrter~idp ci:opla~n.%tici d i las celulas.

Si la id-a e5 escaI3r el prccéss o. nivel pi lo to , partiendo' d e l laboratorio, e5 nczesric d?tr::.irisr lrs c r i t E r ios d e sicii 1 i tu¿ que pueden ser extcapolados a uiia scala m;yor. Los c r i t ~ r i o s de escalamiento qus relacionsn la a3itazibn sai: 21 t.iL1i'IERO DE REYf.IOLDC y , . la relacitri POTENCIfi/VDLUnEN.

f lu ido , es,tc es, s i S I f l u i d o en cuzstitti t iene uii cornportaraier,tc .Irmina?, transitor io o turbulento, dondz .ut? Rsylods de 1 a 10 e l cmpoite::iento d e ! f lu ido es\. lñininar; un E=ynold5 d e 10 a 10000 e l comportamissto ES tt-.ct-isitJric y u?, 3eyriolds <e 10000 e n adelante el comportamiento e s ' t u r h u i E n t o . ( 1 9 ) . E l n & n e f D $e Reyno!ds no t iene ~ n i 5 : . d e s (ES adircens.ions.1) 7 E= l a rs lz .c ibr : entre las f u s r z a s inerc i r les (Pcsrt=i.ia?5 EPF1, Eisnstro te1 i : ;>p). i i5cp) y lac, fuerras v i s c = s a ~ (Viscosi l-di .

La re.lcacibn IP/V: , p-laciona la ;otencia cons,mida entre el volu-en bo! I!c;uido 33itad0, y I; , Fotencis. to.ta1 con5ur8>ids p a r a mmer un f lu ido 9 s . ui53 funci5;,; $ 3 I-? v-iccidad $ 2 zabeza de l impulso? ;.' e l f l u j c que ;rc.,:zca tr_i ~ i e l c c i : ; . $ ,<,-.I ~ ~ 3 1 . Por I C tanto la relacibn (PILI) t iene i:ni?r.dcs < s f i :>r - - -..s. :ctre v,!31Li2er, íHp . ' I ) .

El nbmero d o F?e:/nOlds nos dice el regir-cr; ds ~3 i t a c iOn d e 1

..

L

r- L

OBJETIVO GENERAL:

La finalidad del presente trabajo con5iste em determinar- si el nñmero de Reynolds y 1s relacihri P/V son posibles factores da escalamiento, en tal caso, si resultan ser factores de escalamiento se propondra un modelo para que er; el Centro de Investigaciones y Estudios Avanzados del I.P.N. 5~ realize a nivel planta piloto el escalamiento, de tal manera que conduzca al de5arrOllO de una nueva tccnologla para l a obtencihn de extracto de levadura autolizada libre de celular.

Los objetivos especif icos 5e enlistan a continuacidn:

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

1.- Estudiar al Nñmero de R e y n o l d s y a la relacibn P/V corm posibles factores de escalamiento.

2.- Experimentar en un rango amplio de H?M (CJ - X) para obtener datos confiables.

- Si Re N (donde N e5 RPM); entonces:

Re = N*Dim^Z+Den./Visc.

- Si P N; entonces:

. ? = KtN*JtDirn^S~Den./Gc.

Entonces re probara con diferentes diarnetros de impulsor para determinar su efecto, mlrcimo tres diferentes.

3.- Elaborar una tabla de la siguiente forma:

Ensayo No Re 1 Re 1 2 Re2 3 Re3 4 Re4

Re5 6 Re6 7 Re7 8 Re8

c J

(P/V) RFM (P/V) 1 O ( P / V ) 2 300 iP/V)3 700 ( P / V ) 4 400 ( P / V l 5 500 ( P / V ) 6 700 ( P f V ) ? 700 (P/V )8 900

Comparar P calculada itehricai

VGl. 6 6 6 6 6 6 6 6

con P

Rend. (Y) Y 1 Y 2 Y 3 Y4 Y 5 Y 6 Y7 Y8

real

4.- Hacer balance de materia y energla para el proceso en cada una de SUP etapas mediante la:

12

- Determinacibn de la a+iciencia de cadz’paso del ~ ~ - O C E S O .

- Obtencibn del rendimiento ( Y ) para cada experimento:

Y = 9. de extracto B.c / 9. lev. inicial B.S.

NOMENCLATURA:

NRe = Nümero de Reyno l d i P = Potencia consumida por el ampulsar (Kgmiseg) K = Constante dada por el numero de Reynolds

Den = Densidad ikg/m*3) Vis = Viscocidad (centipoise)

D i m = Dlametro de impulzrsr (mi. Gc = Aiceleracibn debida a la gravedad irn/s*Z)

P-

i

L

13

a) MICROORGANISMO:

La levadura que se utilizb para e l estudio de auttriisis es L a n d U l a u f i L i í , la cual e5 cultivada sobre melaza y , pou. C I U ~ L I E G ~ O , otros elementos para que ayuden i la proliferacibn de la especie. LE. levadura es cultiva en forma continua a uria tasa de dilucidn de O. 251 h.

-(;anrlLda es un deuteromiceto con reproduccibn asexual y que utiliza dos via metabblicas para producir 5u energia, esto e 5 , e5 capaz de fermentar y tarnbibri de respirar. Esta levadura se producida en el la planta pilotE del ’ CINVESTAV, IPN y posteriormentG SE procesb eri la UAM-I.

b) ACONDICIONAMIENTO DE LA LEVADURA:

La levadura 5e recibo eri su5pensibn a una ccncentracidn variable de aproximadamente 120 g / 1 , l a cual se centrifuya e 5009 RPEI durante 15 min para asl obtener una pasta crernosa de color cafb claro, el sobrenadante son residuos de melasas con 5- respectivos ~~

arbcares, el cual se desecha.

Como es necesario quitar en 5u gran mayorIa lo5 azKcareE, que .=

trae la levadura desde la fermentacibn, 56 lavo cnn agua destilada. La operacibn de lavado 5e hizo resuspendiendr In :asís. dE icvadura en agua destilada en pr-opc. i’n I : J (por cads kiloqrarm de pasta 5e I r adicion; o 1itr.c de aqua destilada), la levadura en pasta 5e recupera .por- c5,ntrifugacibn a 5000 RPM durante ’15 niir$., !a

La operacibri de lavado 5e kiio do5 vetesr ya que el lavzdo contribuye a la5 caracteristicas de un buen producto terninado, de lo cual se hablara posteriormente.

E5 necesario mencionar que los 2 primeros lotes de Iev.adut-a que se recibieron del IPN. vertian en pasta, y de los cuales. uno no se cultivo sobre mela5a5, sino en un medio 5intltico lo cual se d i scut irk posteriormente.

rentrlfuqa utilzada e5 marca SORVAL madelo í )

c i OBTENCION DEL EEXTRACTO DE LEVADURA AUTOLIZADA LIBRE DE CELULAS (ELALC)

c,l.- Autolisis. La levadura lavada. con aproximadamente 75% de humedad se

suspendio en una soiucibn salina con 13 g/l de sal d e tal rimnerd para formar un soiucibn de 61. con 12% de s61idos.

A 105 6 litrcs de l a susprnsibn salina con Irvad.ira 5e le ajustb el pH a 5.5 con una solucibn iN de NaOH. Una vez hecho esto la suspensibn 5e pa5b a un reactor de autolisis. Para esta5 experiencias, se utilizb un fermentador NEW-BRUNSWIK de 14 1 modelo MICRDFERM, FERNENTOR a una tenperatura de 37 C y con agitacibn constante durante 22 horas. El rango de velocidades en el agitador fue desde O hasta 900 RPM cambiando e l diametro del impulsor.

1 4

c , 2 . - Choque termico: Despubs de l a s 22 horas de reaccion l a solucibri auto l i sada

se pasb a un baño maria t i po Shaker bati-i (Forma Sc i en t i f i c , rnodelc 2563) para efectuar un choque t6rmico a 75 C, durante 1 hora, e l d i spos i t ivo se acondicionb de agitacidn mecanica rri e l medio para ev i ta r que se pegue l a levadura en las paredes dol recipiente y obtener un c,alentaniento hornog&ner3.

Pasado el tiemps de reaccibri del choque termico, .,el recipiente con e l medio se pasa . a una cubs de h i e l i o para baj&r bruscamente l a temper-atura.

d ) RECUPERACION DEL EXTRACTO:

Cuando f ina l i ' z a e1 choque tCrr;icu e l proceso de obtrricidn de extracto de levadura e s ta propiamente terminado, para lo cual se prosiguio a l a recuprracibn del extracto, io cus.1 se hizo por centrifugacibn a 5000 RPM durante 15 rniri.

poco de restos ce lu l a r e s . La capa mas densa son ius restos ce lu i a l e s que en su mayorla sun pared ce lu l a r , l os cuales tiert6r1 aspecto d é una pasta cremosa de calor^ ca fe fuer te .

E l sobrenadante es € 1 extracto de levadura. e l cuzl contiene urt

e ) EXTRACTO CONCENTRADO:

E I ELALC se concentra poi- rva.pora=itr. ai uacio en titi rotavapor-. BUCHI rnodelo RE 1 1 1 , hasta una presentacibn conercial de entre 70-80%, de sb i idos .

E l porcentaje de sb i idos se detrrnintr en un rafrazttrmetro Bausch & Lomb, e l cual s i r v e para medir l a concentracibn de ur.a solucibn do sacarosa, pero bien no5 puede se rv i r para medir la concentracibn de extracto do levadura con un margen de error rb>uy 1 igero.

DETERMINACIONES:

1 . - NITROGENO AMINICO. Esta prueba se efectuo por el rnCtodo de SORENSEN(l6), tomando muestras a d i ferentes intervalos de tiempo durante e l proceso de obtencibn del extracto, ias muestras son l a s 5 i gu i entes:

A0 = Muestra tomada al in i c i o de l a a u t d l i s i s A l = Muestra tomada a i f i n a l de l a au t b l i s i s TO = Muestra tomada a i i n i c i o del choque tPrmico, a 75C T l = Muestra tomada ai f i n e l d e l tratamiento t&rrnico

2. - PORCIEIiJTO DE HUMEDAD. La humedad se determina Bnicamente a l a levadura y a los restos celular-es, el c ~ l c u l o se hizo por d i ferencia de peso de una muestra. de levadura despues de haber sido sometida a una estufa a 100°C durante 24 tioras y antes de haber puesto a peso constante l a ca j a d e p s t r i .

c

L

c

3.- PORCIENTO DE SOLIDOS. E l doto se obtuvo erg un refractbmetro Bauech k Lomb, y se le determino a las rnisrnas muestras qua 5e les determino e l nitrbgeno amfniccj.

NOTC\: La cantidad de c loruros nc se rea l i zh , pues aunque estaba dentro de 105 ob je t ivos del t raba jo , no habiñ disposici&n de materia l .

I-

,. - -- .

=

b

P

L

c

16

REsL!LIBpps

Los datos obtenidos en e l pre~erite estudio SE- ie5ur:teti sn la5 tab las y grAf ica5, lac; cuales son pre5inamente ob jet idc5 del t raba jo .

En l a t a b l a ndnero 3 5e en l i s t a r ~ los resultados obtenidos de acuerdo como se plantea dentro de l a f i s t 2 de le5 OhjEtivOs.

TAELA NE. 3

ENSAYO 1 2 3 4 5 6 7 8

No. Re . O

5612.72 13088.88 13782.25 1?229,54 24 107.58 35326.62 45445.90

(P/L': O

0.0155 0.0150 0.0180 O . O l t @ 0.0113 O.C~i56 o. O171

EPFl o

300 700 400 500 700 70C 900

VCL. él. 61. 5 : . 61. 61, 61. 61. 51.

O i G

7cm. 7cm. 9. 5cm. 7.5CIfi. 3.5cm.

1 1 . scrr.. I i. 5cm.

- EEIdD I PIIENTO 18.03Y. 23.8% 20.95% 71.80% 27, hS%

- 12.35% 21.50% 20.61%

La t ab l a re5ume de cna manera muy general tcdc e l t raba jo rea l izado, para estudiar el efecto del Reynold5 y l a relacibn íP/~Vi, muestra que ha un Reynolds de 17229.54 e l rendimiento es e1 mayor-, pero a ta l Reynolds, la levadura EP encontvaba lictiada.

De l a tab la No.4 CI 12 table: t lo .11, se muest~ar, lo5 Trsultadoa obtenidos de Nitr-&geno aminico y p3rcentaJ; -de so l idos er. cad& ensayo, y de l a s di ferentes mc.eatras torfia6s.s. ~. .

TABLFI F b . 4 DEL ENSAYO Flc.1

MUESTRA mgN2/20rn 1 mgN2irnl %SOLID05 A0 2.161; O. 1031 1 . 2 . A l 5.9474 O . 1892 1.4 ' TO 24.060 1 * 0948 3.6 T i 27.034 1.2435 4.0

Se muestra un incremento en sblidos de 2.8% y un increrderito de nitrbgeno amlnico de 1.1354 mgfml. Ensajo s in agitacidri.

TAELA No.5 DEL ENSAYO t.h.2

MUESTRA mg~2/20:fii rngF12/ml %SOL I DOS AO 10.547 O . Y273 1.6 A l 21.0P5 1 , o547 2.2 TO 36.240 1.31LO 4.0 T J. 46.517 2.3258 4.5

Se muestra un iri=rcmeritc de 2.7% en sb l idos y un incre:nento de nitrtgeno aminico de 1.7335 rngivl. Ensaya r-ealitz.de a un Reynolds d e 5612.72 ( Dim = 7 cm. y Fi = COO).

. -

T&BLk NG. S DGL EkSAYO bJci.5

.'_ MUESTRA mgNZ / 20:n l :O sr 12 /!,A 1 i* 30L r DOS

A0 17.94 o. 890 3.2 40.83 2.0.11 4 . 4 A l

TO 52.77 2.130 ,.a T I 53.ao 2.690 5 . 0

r

La t a b l a muostrz U T ; irtcren?er2to de 2.65; de 561idos y an i-crener~to de nitrSgeno aminico Cre 1.E: mg/rnl. E l ertsayo se

* realizb con un Reynolds de 17279.25 í D l i n = 0.5 =I;. y ii = 500).

T A X A t:o. 9 DEL ENCA'i'D t*Jo. 6

MCiESTRA iigN2/2Ornl r:,SNZ/ml %SOL IDOS A0 3.5152 o. f 3 7 1.g A! 3.3924 0.4151 2.0 TO 29.203? i. 4601 ?. 4 T! ? I . cc:?c 1.56fl 2. E

Se muestra e l incremei.:to de stlidos EII un 2% y ur; iniremento de 1.4074 mgiml de nitrbgrno aminico. E l ensayo 56 efectuo a un

MUESTRA A0 A l TO T1

Reynolds de 24107.58 (Dim = 9.5

TCSBLA t.13.

mgNZ f 2Om 1 4.0560 9.1930

24.3360 34.61 12

un increnenta Se murstr

Cií. y PI = 700;

10 DEL ENSAYO Ifo. ?

rn3X?/ml XSOLIDOS o. zoze 1.8 o. 4596 2. O 1.3109 4.6 1.7305 5.0

de 3 .2% de sb l idos y uti iiicremeri 2 d e 1.S277 mglml de nitrbgrno aroinico. e l ensayo se reü l i zb a un Reynolds de 35326.62 (Dirn = 11.5 cr;. y N = 700)

TfiELA KO. 11 DEL EFISfi'i'O tiü. C.

MUESTRA mgtK2/2O-l mg:l2/r~*l %SOLIDOS A0 5.0488 0. 2974 2. O A l 10.8160 o. 5qc..: 2.2 TO 30.2300 1 . 5 1 4 2 4 . 4 T1 36.5040 1 * 8252 5.0

-

La tab la 11 muestrz UI; i:-Dcremerlto de 3% d e =bl idos y ub incremento de 1.5275 m 3 / m l d e riitrbgsno uzlnico. E l rnsai'c 5 i ~

r e a l i z o a un Reynolds de 45445.90 (Dim = 11.5 cm y t i = 900).

L O 5 datos resumidos en l a c ta.blas ¿c l a 3 a l a 1 1 se encuentras

Dentro de 10s objet ivos 5e encuentra el comparar la poterlcia gra f icados , j> se local izan de l a g r a f i c a 2 a l a 8.

t eb r i ca y l a potencia real. L s potencia t r b r i c a se calculhcon l a f twmu 1 a :

P= KSDi mA5+3.^ 3SDei-1 f Gc

La potencia r e a l se ca lcu lb mediante la . fCirmula :

P= I X E /?46 Donde:

K = Constante dada por rl Ndmero de Reyiiuldo Dim = Dfametro d e l impilsor in) N = Revoluciones del impulsor !seg) Den = Densidad ( g r / c & 3 ) Gc = Aceleracibn debido a I n ? r > v ~ i a d (m/seg^,?) I = Tensibn d e l cab le (Ar?peresl E = Carga d e l aparato ( l ' o l ta )

En l a t a b l a No. 12 se encwntrc?. compara.da l a potrnzia tebr ica y l a pctencia rez.1.

c

L

c

No. Re O

5612.7: 13088.8 13782.2 17229.5 24107.5 35326.6 4 5 4 4 5 . 0

Ptes,IHp! 0

o. 00: ! 0.014 0.0132 o. 02s- 0.082 o. 7372 o. =qtn

P r c a ! (tip) 0

0.0~: O. 0.0 3 . 127 O . 09&5 O . OhE O . 0733 o. 10:

Los balances de materiL >' energlü SE encuentran en el apkndice, et-* donde tarribiCn =e puede apreciar el diagrama de procesa incluyendo una adaptacien a l proceho el cual can5iste en e m homogenisador para 105 restos celulares y poder. asi reruperar roa5 extracto de levadura. e l cua l 5e queda dentro de los res tos .

Como el proceso es por lote ;; el lavado de l a Ievadui-;. SE hace et; una centrlfuga por lotes l a eficiencia. é.5 alta. , RaciendG at, promedi6 de todas las corridas en los I¿irs.5ci5, 16 rficien=ia del lavada e5 de~1 88. S9%.

i

c

!- i L..

r L

P

i

c

L

0 16000 zoono :o:,io zp??

La gráfica 2 muestra el comportamiento del rendimiento coa respecto a l aeynolds, se observa. una tendencia casi lineal, debiendo de omitir los n picos que sobresalen en l a gr$fica, por l a s razones

. c E F,E' ;I~IJJ~ ..

- citadas .en l a discusi6n.

0 n o 0 o (p.'!.',

Dado e l rango de nmplitud de l a relecidn (P/V), se observa un comportamiento poco sensible 2. los cambios de (Y/V).

. -

....

i

c

N 2

h n I N

m 9 / x I

” _ Gráfica que muestra e l e f e c t o d e l deynolds s sobre e l contenido de nitrózeno amiñico en e l ELALC. Se observa una l i z e r a tendencia a aumentar conforme aumenta e l aeynolds. -

N 5[ 2

Dado l o s rangos que se manejaron en l as graficzi 21 contenido de nitrdgeno aminico tiende a aumentar, pero, e s menos evidente la respuesta con respecto a la r e a i a c i d n (P/V).

r -L

r L..

1 i r

L..

22

I t

y(" ,, q * y ' rn 0 iooo" 2000:

E1 rango en e l c u d f luctuo e l ,: de sól idos con

I *I N.3 CsE REYt::>L@f

respecto al Reynolds e s de una unidad 37 eventualmente permanecera entre e l rango de var iac i6n .

La gráfica imestra una. c i n é t i c n burdn d e l comportamiento d e l contenido de nitrógeno aminico, con respecto *a la etapa de operaci6n en e l t r a t z n i e n t o de levadura, tomado en horas (tiempo).

P

i

23

7 - A 2 .4

._ .

Se muestra la cinética de los últimos 4 ensayos realizados a la levadura, con respecto a l contenido de nitrógeno amfnico durmte la etapa del proceso.

Tiempo (hr) Descripción O Inicio de la autólisis 22 Final del proceso autolftico 24 Inicio del choque térmico 25 Final Choque térmico.

24

PIS(;USLOLLPE_BESUIIrn5

A continuacibn se discuten las ventajas , desventa~as del m&tDdD em p 1 eado , conf orme o la. calidad del extracto (coracteristicas organolPpticas), dE acuerdo a la caritidad d é nitrbgeno amfnico y al rendimiento.

Por otro ladc, e5 importante señalar que cuando se Fstudia el efecto de un factor, e5 importante mantener la5 mismas condic~ones de estudio Y de trabajo, y hnicamente cambiar. la5 variables sujetas ii estudio. Esto viene a coliciCn pprque 'varios de 105 ensayos SE-

realizaron bajo diferentes condiciones de operacibn y un experimento se realizb bajo diferentes condiciones trazadas en el plan de trabajo. Lo anterior implica un tratamienta diferente en el anal isis de resul tadcrs.

El ensayo No. 1 5.5 r e ~ . l i z l coi.10 testiqc, =Sto e5, si el factsi- de estudio e5 el NLimero de Feynolds, y las variables %oh agitacibr; y el dlametro del 'impulsor, para observal; e l efecto que tiene sobre l a autblisis, entonces e1 ensaya No. 1 se hiéP sin agitacidn, €1 cual sirve do referencia par& analizar y comparar el efecto que tuvo el Reynolds sobre la autblisis.

La prueba. estatica isin agitzcibn) a r ro j t c o h ~ V.G5LltZdO uri 18.03% de rendimientc de extracto de levadura can una presrntacihn comercial de 73% de stilidcs tctales y con una liberacidn de' nitrbgeno aminico de 1.2435 mg/wl (Tabla 1 y 4 ) .

En el proceso autolitico se agregb un li.2SX de 5blido5 1 no 12% como estaba planeado. El rendimienta parece ser L n pozo taja dado que Eii tomamos en cuenta que el 20% de la levadura e5 pawd celular, el otro 80% es en reslidad el potencial disponible a extraer, el rendimiento real 5eria de 18.03/80 la0 = 22.53%. Dadc que 13% procesos industriales extraen ha5ts. un 42% l e extr-ectc celiilar C ~ I base a la cantidad.de solidos iniciales íi7)

El nitrbgeno aminico detemi i-izds piir-.ece caer en un buéii rango. La conparecibn se hizo en base a do6 extracto5 cowerciüles, uno de importacihn y otro de fabricacibn r:acicrial. 'c'estal, e1 extracto de fabricacibn nacional 5e Ir determino 1.352 :ng/rn'l de E C amlnico y Lake states de fabricacit3n norteartlericana con 1.0951 mg/ml. El extracto preparado sin agitacibn del medio arrojb una cantidad de 1.2435 mglrnl de hi2 amlnico.

textura lisa, comparado con el extracto de fabricacibn nacional con 83% de sblidos, nuestra extracto e5 de mejor presentacidn comercial.

El ensayo N o . 2 5e efertuo con un lote diferente de levadura, lo cual implica un cambio important& en el proceso, dado qae tiene caracteristicas diferentes. La. levadura fue crecida en medio 5intetico 'y no sobre melazae, l a apariencia de l a levadura en pasta era de color cafe muy tenue, en io5 lavados realizados 6.1 agua sobrenadan t e no 'tenia. color alguno, pero evidentrmente tenia azücares.

Como se menciono anteriormente, las condiciones de crecimiento sor, 'muy importantes en e l grado de authlisis, d e alguna wanera el medio favarecio la autllisis dada que se obtilvo un 23.83% de rendimiento tomando en cuento 105 sblidos aportadas por la pürid

El color de1 extracto obtenido es de color cafe cidro y de

Lt

ce l u l a r . E l extracto en past^. cor, 7@.'3% de s t l i d o s to ta les y ccr, utic* cantidad de rtitrbgeno arr:!nico d e 2.?7!53;fig/Izi teni& 1ü mejor presentacibn comercial en color, sabor y textura, comparadas con E ;

resto de io5 ensayos y los extractos comerciales.

incremento en el rendimiento y er, e l de nitrbgerio am!riico l iberado, el r&gimen rnanejado fue t rans i tor io con urc Reyriolds de 5612.72, ahora no podemos decir que sea un factor determinante en e l rendimiento dado que la5 CondicioneE. f i s i o l b g i c a s de la leu&.dgrs. son di ferentes.

turbulento, en este casa e l Rey,iold5 uanejado fue de 12028.88. E l rendimiento y l a 1 ibrracibn de nitrbgeno aminico aumer;tarort cor, respecto al tes t igo , y b&jG con respecto ai ensayo i 4 0 . 2, lo cue1 .no quiere decir'. e1 rCgimer n3.s apropiad- E:. tra .nsitor io , iic.d~ que l a 5

levaduras son di fe rentes .

reactor , por lo tantü e l Reynolds aurnento a 13787.15 coli respecto a l ensayo 3, y observamos un aumento del rendimiento de con l a s levaduras crecidas sobre melasas, en este ~ 6 . 5 ~ e l rendimierito fug de 21.01.. De hecho fue el mayor'rendiniento de extracto de icvadüra ba jo las mismas condiciones d e estudio.

En l a co r r i da 5 l a levadura se con3elo ~ I n o e5tab;~derttro del plar; de t r a ba j o ) , y cornc se tiene que descongflar parc. hacer uria suspensibn sal ins de levadurac, estas suf ?teron UF.E\ I-icuef accidr; por las d i f e rentes texperaturas que 5e rmnrjarori, l a l i s i s ocur-rida a l a s levaduras fue evidente )'a qae se der105tr6 en el incrernentc de rendimiento y l a i iberacibr; da nitrtgeno amlnico.

E l ensayo 6 se aumento e l Reynoid5 a 24107.58, el rendimiento ba jo ine5peradamente Coe respecto a l a s 'corridas anterioues, PEI n aumento iiqeramente con respecto ai tes t igo ha un 12.35%.

impulsor B 11.5cm. mostrando un rendimiento de 21.5 y 20.61% respect ivamerite.

respecto a l Reynolds, si omitimos los picos que corresponden ñ 10s ensayos 2 y 5 verm5 una tendencia cas i l inea l con urt incramento l i g e r o y con tendencia a l l e g a r a i rendimiento del test igo .

La g r a f i c a No. 3 mustra Is. re lacion de l factor i P / V l tori- respecto a l rendimiento y con l a misma excepcion d e l os picos dados por la cor r ida 2 y 5 se nota claramente una tertdrncia constante.

podemos adelaritar de antemano urca conclusibn, e l Nbmero de Reynolds y l a Relacibn iP/V) no son factores de escalamiento, dada que no e x i s t e una respuesta sens ib le a los cambios d e Reyricilds y de ( P I V ) .

con el proceso. Dada l a naturaleza del proceso, la potencia en l a agitacibn d e un f l u i d o es ta dada por !a reiacibri d e e l f l u j o producido por el impulssr y l a velocidad de cabrzaddel impulsor, expresado como (18):

Por los re5ultad05 comparGdos cot', e l test igü se observa uri

En e l ensayo No. 3 se cambio e l r&3imers de agitacidri a

En el ensayo No. 4 !%e cñmbio el diarnetr.o d e l inpulsor eri e l

En los ensayos 7 y 8 se aumento €1 rCj'riOld5, y- .e l diarnrtro del

La g r a f i c a 2 mustra e l comportamiento del rendimiento coti

L a re Iac ibn i P / V ) qu.iz.3. sea un factor que no tenga nada que ver

P ac QH

26

Donde: P = Potér:cia Tots.! Q = F l u j o producidc pcr e l iinpulsor H = Velocidad de l a cabeza d e l impulsor

La re lac ion anterior^ exp l i ca el c fez to posible d e l a potencis sobre l a agitacibn de ur f l u i do , determinando E ) tarnaKo d e partlcula y el grado de dispcrcibn de l a rnisma.

Por I C tanto; E l proceso cu to l i t i c c no t iene riir8gfit-t e ferto con el tamaño de l a levadurz. o con e l grado d É ?ispcrsibii de es ta .

!

2:

waIs;uIaQciEs

Del analisis de los re5ulta5os obtetiidos baJ0 la5 condiciones en que ha s ido ejecutado este t raba jo , se pueden sacar la5 szguirntes conclusiones:

1 . - E l Nhmero de Reynolds y l a re lac i tn í P / V ) no son factor'es d e escalamiento, para l a especie dzda f I;a.tipip1i-ufiJ.i& ) y cor, l a s condiciones de operacibn, dado que e l rendimientc e5 poco sen51ple a 10s 2 factores .

~~

2.- E5 f a c t i b l e l a obtenciün de extracto da Ievadurü, con ca l idad igual D 5u.prri~or a l extracto '2e levadura comercial destinado p a r i ~ i 5 0

al imenticio.

3 . - Con el extracto obtenido 5- puedri'r elaborar sopas dE a l t a ca l idad, g i n e l deter ioro de 5u5 propiedades organolQptica5, t a l e s cono

-sabor, color, olor y texturz.

.~

4 . - Si e l 20% de l a 1evadLra autol isada en sblidos, totsles es pared c e l u l a r í 17) , entonces, solo el SO% del tota l de sbl idos e5 sucept ib le a extraerse corn3 extrazto de Ievadurc. Pot lci tanto, los rendimientos reportados deber; nu l t i p ! i ca r s r por 1.25, ya que 103,'W = 1.25 .

5.- Si e l proceso autol lt iccj es URC. acciatn mediada por enzirnas jntt-acelulcres d a l a levadura, csrnbiartl-. l a permeabilidad d s l a membrana y rompiendc los enlaces de glucosa y rnanosa de l a pared c e l u l a r , . par;a dar as1 azñcar.es laninares, entonces es necesario medir azocares reductores en el extracto sobrenadante (obtenido) , como o t r a forma de medir el grado de autt i l is is .

6 . - Como los rendimientos obtenidha ba jo condiciones de operxibis f i j a d a s en e-l estudio osc i lan entre el 22 y 30%, e1 70% queda entre los res tos ce lu lares , por lo tanto, e5 necesario buscar un r:&todo a l te rnat ivo , para t ratar los rest05 ce iuIarcs . Corno a l ternat ivas en cuestion d e estudio se proponen l a s s iguientes:

6 .1 . - Lavar l a crema de restos ce lu la res con agua dest i lada a una temperatura a l t a í?) y agitando a un determinado tie:npo, la objrciCn e5 que he di iuye bastante, y el costo de recuperacibn s e r i a a l t o .

6.2.- Lavar l a crema de restos ce lu lares con vapor d i recto , pa -& no d i l c l , r demasiado.

6 . 3 . - Lavar l a crerca de res tes celi;.lares con Iús ccndlciones anter iores , incluyendo un hornogenizador o un ma1 ino especial para efectuar un rompimiento rn?.yor a l a pared ce lu lar de l a s levaduras.

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I 7.- Debido a 105 resultados obteriidos, para e l proceso y el t ipo d e levadura; se recomienda trabajar entre un ReyrtCilci5 de 600G a 13000, ya

e que 5i aumentamos el regirnen de ag i tac ibn no logramos incrementar e l rendimiento, pera si el gasto de patenci;, del motor.

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8 . - Por la rev i s ibn b i b l i o g r a f i c s SE- pudo determinar, en l a

u t i l i z a n temperaturas entre 45 y * 35 C. entonces 5~ Idace necesario estudiar ma5 e l e fecto . d e l a temperatura sobre e l proceso y l a

I mayoria de 105 proceso5 para obtener autolizados de 1r.daduLa 5e

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I levadura ut i l zada .

Se llevaron a cabo 9 erizayoz autcllticos dE i ~ ~ ~ c . d u r ~ . forrcjero. ( C . utilis) en un reactor tipo con un¿ cikps.cida¿ de 1.1 litros para as1 obtener extracto de Ievadcra.

El presente trabajo se desa.rro!lo bajo un proceso en el cual los factores de. estudio son el Nttmero de Reynolds j- l a relacibr, ( P I V ) , de tal manera si sori posibles fatot-es de escaiamientc, el criterio de respuesta a 105 ?.riieriore5 factores es si rendimiento. Se observb que bajo las mismas condicione5 de oper-atión a ut-i Rejnoldc de 13782.25 se obtuvo el mayor rendimict-;to coir uti 21.9% de extracto ~e levadura; ca.be señalar que se obtc~vieron rendimientos inas altos, pero no los podemos corcparar, dadc que no 5~ r~ealizaron bajc la5 mismas condiciones.

La relacion í P / V ) 5e muestra cas$ invariable con respecto al rendimiento, por otro l a d r , , E: c3risw.o de potencis. es uric* relacitii entre el flujo producido por.el impulsor y la. velocidad de cabeza ei:presado pot- l a relacibn P= QH íP= potencia, 6= F l v j o pur el impulsor, H= Vel. de cabeza) (18) , l a cual explicael efecto de mezclado, linicaicente parü

esta, por lo tanto, implica que lz. relaciti:.~ ( F I V ) t-,o -es representativo para el presente estudio, dado que no quErc-rnoc. romper partlculas sino ünicamentr auwntar e: rittroero de ckioq-x entre ~

estas.

miligramos de nitrbgeno aminico contenidc eh el extrñctc de levadura y el porcentaje de sbiido5.

E l contenido de n i t r t i g e r ; ~ aniriinco EF: las diferer,tes muestras, tamo una 1 igera tendencia ha aumentar conforiii~ aumentaba el regimen de agitación, esto e 5 , a un RejTncld5 d e 4544Z.?'&e tibtuvo un extracto con 1.8252mg N/mi.

Por Ius resultados obtenidG5, :u5 factores €1-1 estudie, . e : Námero de Reynolds y la relacibn (P/V), denc;tar.cn QLE rio sort factores de escalamiento coin s1 proccsn ciue S E l l e v o i c ~ b o y cofa i ñ especie de levadura en estudio, per-o quizA, cGn titras condiciones de operacibn o con otra especie d é levadura pueden ser posible5 factores de escalamiento.

determinar el tamaño de partlculc. :: €1 grado de clispersidii d.= !

Se tomaron muestvas para detrrminür el porcentaje d ~ . hurne~dcd, .&i;s

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W c i o e d e l extracto de levadura comercial, de fobricauidn nacional ( al 20 de enero de 1988 )

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BIBLLpEBeELB

1 . - Reed and Peppler. 1973, Yeast Technology; The AV1 Publishing Co. Westport, Connecticut Inc.: 355-364.

2.- F.D.A., 1986, Bakers' Yeast Extrac-t. Code of Federal Regulation. Title 21, 184, 1983. April Ed. Food and Drug Administration; Washington b.C.

3, - Anbnimo. 1987, Yeast and Yeast Der ivates, Food TechnoSogy; February 87 . P.P. 104-125.

4.- S.R. Tannenbaum, 1983. Single-Cell-Protein; R.I. Mateles and S.R. Tannenbaum editors;, M.I.T. Press, Cambridge. MA.

5.- M. FOIIOWS, J.S. Hetherington, P. Dunhill, and M.D. Lilly, i971; Biqtechnol and Bioeng.; 13, 549.

6.- Ajinomoto. Nucleotides- 7,l Chome, Takara-Cho, Chuoku, Tokyo, Japon;

7.- A.R. Acraman, 1946; Processing of brewers' yeast; Process Biochem. 1.9:323.

-

TK 2690, 4711, 4308. - - -

8. - C.I. Waslien, D. Cailoway, S. Margen and F. Costa, 1970. Food Technology. 35: 294 - 9 . - J.E. Kinsella, K.J. -Shetty and M. Friedman Editors, ACS Publications 1978.

10.- K.J. Shetty and J.E. Kinsella. 1979, Biotecnol. Biosng. 21;329.

1 1 . - H.J. Phaff in food Proteins, 1977. Improvement Through Chemí,cals and Enzymatic Modificatio.ns (Advances in Chemistry Series, 160). R.E. Feeney a n d J.R. Whitaker Eds. American Chemical Society, Washington D.C.

12.- D. Knorr, K.J. Shetty and J.E. Kinsella. 1979, Enzymatic Lysis of Yeast Cell Walls. Biotechnol., Bioeng. 21, 2011.

13.- J.S. Houg and I.S. Maddox. 1970, Yeast Autoiysií, Process Biochem. 5, 5, so. 14.- Ph. Matile and A. Wiemkem., f967, The Vacuole as the Lysosome of the Yeast Call, Archiv. For Microbiol. 56, 148.

15.- H. Moor. 1967, Endoplasmic Reticulum as the Initiator of Bud Format ion iri

," - 111

31 L .

?* I

_ _ Yeast fS. ccreviaiae), Archiv. for Microbiol. 57, 135.

16.- ASSOCiatiOn of Official Agricultural Chemists. 1960, Official Methods cf

-1.1

I

c Analysis A.O.A.C. Washington 4 D.C.

.-.. 17.- H.J. Peppler, 1979, Yeast Extracts in, Microbial Technology, Vol 1 . H.J. Pcppler and D. Perlman. Whitefish Bay, Wieconsin, U:S.A. , 1 , 293. c

b

18.- J.Y. Oldshue. 1969, F

19.- S. Aiba, A.E. En9inecring, Second Edit

c 1

I-

I 163-193.

- - I

h

c

- I

c

- c.-

k

c

I

c

L

P

L

c

i

r-

uid Mixing, Proeess Biochm. 4, 8, 51.

Humphrey, N.F. Mi 1 1 is. .. 1973. Biochemical on, Academic Pres5 Inc. New Y m k L p.p.

.. .

, L

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