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8/16/2019 213826329 Acido Succinico Rev1

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DISEÑO DE UNA PLANTA DE PRODUCCIÓN BIOLÓGICA DE ÁCIDOSUCCÍNICO A PARTIR DE ACTINOBACILLUS SUCCINOGENES (GRUPO 6)

PRIMERA ENTREGA

JOYCE ISABEL AGUILAR RIBERO (2103502)

ADOLO ERLAI RODRIGUE! (20"3605)

NINI JO#ANA OSPINA C#INC#ILLA (21003$")

CRISTIAN GIO%ANY PALENCIA BLANCO (21035&")

P'*+',-

%I%IANA SANC#E! TORRES

UNI%ERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDER

ESCUELA DE INGENIERÍA .UIMICA

BIOPROCESOS

BUCARAMANGA

ENERO 2/201&


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INTRODUCCIÓN

Es evidente que actualmente estamos en medio de una problemática ambiental deimportante magnitud, el agotamiento de recursos, el cambio climático, la

contaminación de los cuerpos de agua, contaminación de suelos son soloalgunas de las consecuencias que padecemos a diario, y aunque ya existennormativas de sostenibilidad hay que decir que vivimos en una sociedad en la quela conciencia ambiental es una filosofía que apenas está empezando adesarrollarse, es decir, se debe reconocer la necesidad de inculcar un cambio depensamiento para así redefinir las rutas que se están siguiendo en la búsquedadel desarrollo económico y social, entendiendo que actualmente esto ya no setrata de una opción sino que es una necesidad fundamental para garantizar lasostenibilidad del planeta.

nivel internacional hoy en día las nuevas alternativas están recibiendo unaatención creciente, desde el campo industrial se puede hablar del desarrollo y laimplementación de bio!procesos, la reutilización de desechos, el uso de biomasacomo materias primas, en general, la implementación de procesos que cumplancon esos criterios de sostenibilidad. "in embargo, en #olombia los compuestosquímicos que se necesitan en la industria como materias primas son obtenidos ensu mayoría de manera sint$tica, hoy por hoy, las empresas en #olombiamantienen líneas de producción ba%o esquemas tradicionales y convencionales,que además de generar impactos al ambiente, las pone adicionalmente endesventa%a en t$rminos de productividad y competitividad. ello se suma otrabarrera que es que el país tiene limitaciones importantes en materia deinvestigación y generación de conocimiento en producción y consumo sostenible,incluido el dise&o de productos y servicios con criterios ambientales y el uso dematerias primas que faciliten procesos de aprovechamiento de los residuos,rezagando así los procesos de innovación tecnológica y la transferencia deconocimiento. '

Enfocándonos en la industria nacional de plástico, según #()*"+#(", ent$rminos generales, el consumo de plástico en #olombia es ba%o en comparacióncon países desarrollados. )or e%emplo, un residente promedio de los EE.--consume cerca de ' /g de plástico por a&o, mientras que en #olombia las cifrasestán cerca de '0 a 1 /g por persona. Esta diferencia representa una granoportunidad de crecimiento para los plásticos y los petroquímicos, así como paraun rápido movimiento en los flu%os de consumo. "e afirma que 2la industria delplástico ha vivido, en promedio, un crecimiento de más del 34 durante los últimos15 a&os. "e espera que el crecimiento continúe siendo fuerte en el futuro.6 )ara


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octubre de 13, el sector presentó un crecimiento de su producción real del7,874 y las ventas presentaron una dinámica de crecimiento del 5,714. 1, 7

En #olombia se consumen anualmente 8 mil toneladas de plástico común al a&ode las cuales solo el '4 es biodegradable, actualmente las empresas en

producción de bioplásticos más reconocidas son 9iopac/ que opera en #ali y9ogotá, y 9ioplast en :edellín, estas empresas aunque usan tecnología +;) se lasadhieren a derivados del petróleo como el polifen u otros productos químicossint$ticos que causan da&o al medio ambiente sino están en las condicionesadecuadas para que ocurran todas las venta%as de degradación que ofrece el usode esa tecnología.

fortunadamente existe una opción diferente, el )9" poli$ster alifáticobiodegradable con propiedades similares al )E+ que se obtiene a partir de la

polimerización por condensación del ácido succínico

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, un ácido dicarboxílicocuyos usos adicionales son la producción de fertilizantes, en medicina y en laindustria alimenticia. *a ruta petroquímica para la obtención de ácido succínico esla hidrogenación catalítica del anhídrido maleico, y la posterior hidratación delanhídrido succínico


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ESTADO DEL ARTE

El ácido succínico o butanodioico C@(>= con peso molecular ''8.0 gDmolfísicamente es un polvo blanco con un pC entre 1,> a 1,8


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deseada. )or cada mol de glucosa fermentada, se producen sólo ',1 moles deácido fórmico, ,'!,1 moles de ácido láctico y ,7!,> moles de ácido succínico. ''

;ebido a esto los estudios experimentales revelan que se necesita grandescantidades de sustrato para poder obtener una cantidad base de ácido succínico.

*a E. coli puede usar diferentes sustratos, por e%emplo la sacarosa para producirácido succínico 71,3 g D * con una productividad de ,7> g D l D h. ''

Cay que tener en cuenta que esta cepa puede mutarse para me%orar suscondiciones y que esto tenga alguna relevancia en la producción de ácidosuccínico.

*a Ssucciniciproducens aAnaerobiospirillum es una bacteria que produce demanera natural áacido succínico en cantidades moderadas, pero esta cepa notolera altas concentraciones salinas y además se inhibe mediante concentraciones

moderadas de producto''

.

*a Basfia succiniciproducens produce áacido succínico, esta cepa realiza elmetabolismo con una gran variedad de fuentes de carbono en acido, eldesarrollo del proceso es muy similar que el de la E. coli con la venta%a que enla industria petroquímicas el medio ambiente sería muy bien recompensadosiendo esto una alternativa para conservar nuestros ecosistemas. En Espa&aadelantan convenios entre algunas empresas como 9"+ y #":, ellasesperan realizar una planta de producción de ácido succínico basado en lafermentación y aseguran que este proyecto tiene como único inter$s generar

alternativas usando fuentes renovables.'1

*a Actinobacillus succinogenes es una cepa que puede usar varias fuentes decarbono en condiciones anaerobiasB xilosa, glucosa, fructosa, manitol, sorbitol,celobiosa y sacarosa, esta última que se extrae de la ca&a de azúcar y la melaza.*a sacarosa es una fuente de carbono de amplio uso en la industria debioprocesos, esto para resaltar q no solo la glucosa es una fuente de carbono parael desarrollo de biocombustibles. '7

*a fermentación en feed!batch se llevó a cabo en las mismas condiciones como la

fermentación por lotes con una concentración inicial de sacarosa de 5 g D *, elcrecimiento celular puede no ser inhibido cuando la concentración de sacarosa fueinferior a 5 g D *, cuando la sacarosa en promedio fue menor a 1 g D *, unasolución de @ g D * de sacarosa fue necesaria para mantener la concentraciónde sacarosa entre 1!5 g D *. *a sacarosa fue a&adida mediante una bombaperistáltica a un caudal de 5> ml D h. -n total de ' g D * de sacarosa se


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alimentó durante todo el proceso. Estos experimentos se llevaron a cabo portriplicado. '7

*as demás cepas proporcionan producen áacido succínico lo hacen en peque&ascantidades.

*uego de una detallada investigación sobre los diferentes tipos demicroorganismos que se pueden usar para obtener áacido succínico, hemosllegado a la conclusión de que la cepa elegida es la Actinobacillus succinogenesAentre sus principales propiedades estáa que cuenta puede utilizar con unavariedad de fuentes de carbono que no disminuyen su rendimiento sino que lomantienen, esto es un gran beneficio ya que no se limita con un sustrato enespecífico. *a sacarosa sería una fuente de carbono ideal ya que gracias al climaprivilegiado de nuestro país, y al contrario de lo que sucede en el resto del mundo4 corresponde a tierraspropias de los ingenios y el restante 3@4 a más de 1. cultivadores de ca&a '>

lo que nos facilitaría usar esta materia prima de forma directa.

*as condiciones de crecimiento utilizando sacarosa, son muy efectivas. +anto laproducción como el rendimiento fueron más altos que los experimentos hechospor otro tipo de cepa. *a densidad óptica de c$lulas máxima fue de '',@ a ' h, yluego disminuyó hasta el final de la fermentación. '5

ELECCIÓN DE LAS MATERIAS PRIMAS

)ara elegir el sustrato adecuado, es decir, el de mayor rendimiento y mayor ofertanacional, en el proceso de bio!producción del ácido succínico se consultó a fondoen informes de experimentos realizados a escala de laboratorio donde usan

Actinobacillus succinogenes como biomasa. *as fuentes de carbono analizadasfueron la xilosa, glucosa, sacarosa, manitol, celobiosa y la fructuosa '@A sinembargo las más abundantes son la glucosa y sacarosa. ;urante el proceso defermentación utilizando glucosa, la concentración del ácido succínico logro un 53.'gD* con un rendimiento del 3'.54, en cambio, cuando se utilizó la sacarosa, seobtuvo una concentración del ácido succínico de @.5 gD* con un rendimiento del81.04 '3 . )or lo tanto, basándonos en los resultados de esos experimentos

optamos por la utilización de sacarosa como materia prima para la bio!produccióndel ácido succínico.

SACAROSA

*a sacarosa es un disacárido muy abundante en la tierra y se extraeprincipalmente de la ca&a de azúcar y la remolacha azucarera. +iene una utilidadmuy importante en la industria como endulzante para alimentos y como fuente de


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carbono en la producción de etanol por la levadura S. cerevisiae '8, en laproducción de ácido cítrico por la Aspergillus niger '0 y para la producción deácido succínico por la Actinobacillus succinogenes 1. "e ha observado que lasacarosa tiene efectos beneficiosos en la protección de las c$lulas en ladegradación por calor, a altas presione y en la deshidratación 1'.

Este disacárido está conformado por dos monosacáridos, glucosa y fructuosa.Estos dos están unidos por un enlace glucosídico entre el átomo de carbono ' dela glucosa y el átomo de carbono 1 de la fructuosa 11

P'*,*+ +4784,+ 17

DIÓ9IDO DE CARBONO

;ensidad '.50 gDcm7

Górmula molecular #'1C11(''

)unto de fusión >55 H

"olubilidad "oluble en agua

)eso molecular 7>1,7 gDmol

Estado de agregación "ólido

pariencia #ristales blancos

*a sacarosa es fina, incolora, inodora y tiene un sabor dulce.

http://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cent%C3%ADmetro_c%C3%BAbicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cent%C3%ADmetro_c%C3%BAbicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cent%C3%ADmetro_c%C3%BAbico


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El dióxido de carbono es un gas incoloro de olor fuerte y sabor ácido. Es uncomponente de la atmósfera en peque&a proporciones partespor '.=. "e obtiene de la combustión de hidrocarburos, de la fermentación yde la respiración animal. *as plantas lo utilizan para la fotosíntesis de loscarbohidratos. *a presencia de dióxido de carbono en la atmósfera impide que una

parte de la energía radiante que recibe la +ierra vuelva al espacio, produciendo elllamado efecto invernadero.

El dióxido de carbono se utiliza como refrigerante, en extintores de incendio,inflado de botes y chalecos salvavidas, fabricación de goma espuma y plásticos,elaboración de bebidas gaseosas y fertilizantes para plantas de invernadero ytambi$n para insensibilizar al ganado antes de la matanza. 1>

#omo parte del ciclo del carbono, plantas, algas y cianobacterias usan la energíalumínica del "ol para fotosintetizar carbohidratos a partir del dióxido de carbono yel agua, expulsando oxígeno como desecho de la reacción. "in embargo, lasplantas no pueden hacer la fotosíntesis por la noche o en oscuridad,desprendiendo una cantidad menor de dióxido de carbono debido a la respiracióncelular.

El dióxido de carbono es una materia prima fundamental ya que se utiliza paraeliminar el oxígeno antes de la inoculación debido a que el Actinobacillussuccinogenes es una bacteria anaerobia. 15

P'*,*+ +4784,+ 1@

;ensidad '.8>7 gDcm7

Górmula molecular #(1

)unto de fusión '0>,3 H

)unto de ebullición 1'@ H


)eso molecular >> gDmol

Estado de agregación Ias

Iravedad específica ',57 a 1' #

Ias incoloro

http://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_del_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Plantahttp://es.wikipedia.org/wiki/Algahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cianobacteriahttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cent%C3%ADmetro_c%C3%BAbicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cent%C3%ADmetro_c%C3%BAbicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ciclo_del_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Plantahttp://es.wikipedia.org/wiki/Algahttp://es.wikipedia.org/wiki/Cianobacteriahttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cent%C3%ADmetro_c%C3%BAbico


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CARBONATO DE MAGNESIO

El carbonato de magnesio es un sólido blanco que existe en la naturaleza comomineral. El :g#(7 es utilizado en compuestos a prueba de fuego y extintores,cosm$ticos y dentífricos. (tras aplicaciones son de material de relleno, supresorde humo en plásticos, agente reforzante en goma de neopreno, como agente desecado, laxante y para retener el color en las comidas. dicionalmente, elcarbonato de magnesio de alta pureza es utilizado como antiácido y como aditivopara la sal de mesa, para que escurra me%or. 13

Es una materia prima importante en el bio!proceso de producción del ácidosuccínico debido a que controla el pC del medio. Es un excelente neutralizador deun medio acido. 18

)ropiedades fisicoquímicas. 10

E9TRACTO DE LE%ADURA

El Extracto de levadura es un extracto soluble que se obtiene por extracciónacuosa de c$lulas de levadura autolizadas. Es un producto rico en vitaminas

especialmente del comple%o 9, aminoácidos y otros factores de crecimiento. Esutilizado en la preparación de medios de cultivo como excelente fuente denutrientes. 7

El extracto de levadura contiene una cantidad de forma natural del ácido glutámicoo glutamato monosódicoA esto se produce a partir de un ciclo de fermentaciónácido!base, y sólo se encuentra en algunas levaduras. demás es una materia

;ensidad 1,058 gDcm7

Górmula molecular :g#(7

)unto de fusión @17 H


)eso molecular 87,7'> gDmol

Estado de agregación "ólido

Iravedad específica ',57 a 1' #

Es un sólido blanco

http://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mineralhttp://es.wikipedia.org/wiki/Neoprenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Anti%C3%A1cidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Levadurahttp://es.wikipedia.org/wiki/Solubilidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vitaminahttp://es.wikipedia.org/wiki/Vitaminas_del_grupo_Bhttp://es.wikipedia.org/wiki/Amino%C3%A1cidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Nutrientehttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cent%C3%ADmetro_c%C3%BAbicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cent%C3%ADmetro_c%C3%BAbicohttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mineralhttp://es.wikipedia.org/wiki/Neoprenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Anti%C3%A1cidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gramohttp://es.wikipedia.org/wiki/Cent%C3%ADmetro_c%C3%BAbicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Levadurahttp://es.wikipedia.org/wiki/Solubilidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vitaminahttp://es.wikipedia.org/wiki/Vitaminas_del_grupo_Bhttp://es.wikipedia.org/wiki/Amino%C3%A1cidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Nutriente


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prima importante para el medio de cultivo de la Actinobacillus succinogenes parala producción de ácido succínico. 7'

SUBPRODUCTOS DEL PROCESO

*os principales subproductos de este proceso sonBETANOL- El etanol o alcohol etílico #. Jste tiene muchos usos en la industria, pero los principalesusos y los más conocidos actualmente son los del etanol como combustible de losvehículos automotores y como ingrediente para las bebidas alcohólicas. demásse usa tambi$n en el sector farmac$utico como excipiente de algunosmedicamentos y cosm$ticos ,74 de los 10' millones de litros reportados.


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+otal Lentas 1''B 75',8 :illones de *itros

+otal Lentas 1'1B 7@8,>> :illones de *itros 77

ÁACIDO ÓRMICO- El ácido metanoico, tambi$n llamado ácido fórmico


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reactivos químicos más importantes. "e utiliza en muchos procesos industriales,tales como en la fabricación de acetato de celulosa que se utiliza en la industriadel cine y acetato de polivinilo que se utiliza para hacer pegamentos para madera.

*os usos más comunes de ácido ac$tico sonB

• ;isolvente para muchos procesos industriales

• En la fabricación de las fragancias y perfumes

• En la fabricación de fibras sint$ticas y textiles

• En la fabricación de tintas y colorantes

• En los análisis de laboratorio clínico en el que se utiliza para probar la

sangre.

• En la fabricación de botellas de bebidas alcohólicas

• +ratamiento para las infecciones de oído externo donde se ayuda a prevenir

el crecimiento de hongos y bacterias

• En la fabricación de cauchos y plásticos

• En la fabricación de pesticidas

• El ácido ac$tico es aprobado como un aditivo alimentario 75


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7@

DIAGRAMA DE LUJO DEL PROCESO


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BIBLIOGRAIA


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M1N FFF.acoplasticos.org.

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