Escalado Del Tamaño De Pellet Obtenido En La Fermentación Sumergida De Sacarosa Con Aspergillus Niger, Desde Un Reactor De 2 L Hasta Uno De 14 L, Con El Coeficiente KLA De Transferencia De Masa Constante

Resumen

Resumen: Hoy en día la fermentación sumergida con Aspergillus niger, que se basa en la formación de pellets, constituye uno de los métodos más importantes para obtener ácido cítrico. En el presente trabajo se comprobó que la morfología de los pellets, que puede controlarse optimizando la composición del medio, el pH, el tamaño del inóculo, y la velocidad de agitación, es determinante en la productividad de la fermentación. Por esto se abordó el estudio de la influencia de estas variables, en dos partes. La primera parte de la investigación, se realizó en Erlenmeyers de 500 ml, donde se comprobó que el medio para obtener el mayor número de pellets de menor diámetro correspondió a la siguiente composición: Sacarosa, 150g/L; NH4NO3, 2,40 g/L; KH2PO4, 0,919 g/L; pH de 6,5; inóculo de (4,20±0,55)*106 esporas. La segunda parte de la investigación consistió en un análisis de la influencia de la velocidad de agitación sobre la estabilidad, compactación, número y diámetro de pellets, que se llevó a cabo en un biorreactor modelo MAP-002 Brunswick de 2 litros, donde se determinó que la velocidad óptima para llevar a cabo el escalado a partir del reactor de 2 litros fue de 600 rpm. Con las variables de operación así establecidas, se obtuvo un protocolo para el escalado del diámetro del pellet desde la escala de 2 hasta 14 litros, con base en los resultados experimentales obtenidos en el reactor de 2 litros, a una tasa de aireación de 0,7 vvm. Para estimar la velocidad de agitación en la escala superior se formuló un modelo matemático, y se realizó la simulación digital respectiva, manteniendo constante el valor del coeficiente volumétrico de transferencia de masa de la escala menor, que correspondió a 1,95x10-2 s -1 . Los resultados de la simulación digital indicaron que la velocidad de agitación en la escala mayor debía ser una función continua del tiempo, lo que habría necesitado de un esquema de control de velocidad a set-point variable, del que no se disponía, por lo que se debió recurrir a un esquema manual de control por valores constantes escalonados. Las variables de operación así estimadas permitieron escalar el tamaño del pellet obtenido en la escala de 2 litros al agitar en la escala de 14 litros en un rango de entre 420 hasta 380 rpm con lo que pudo validar el modelo de escalado.

Abstract: Nowadays Apergillus niger submerged fermentation is one of the most important processes used to synthesize citric acid. This type of fermentation is based on the formation of pellets, and on its morphology. The morphology of the pellet has a strong impact on the productivity of the acid. Proper values of medium composition, pH, size of inoculum and stirring speed can influence productivity. For this reason the influences of these variables were studied in the context of this project, in two parts.At first, an analysis of the above-mentioned variables was carried out, excepting stirring speed, in Erlenmeyer flasks, establishing a medium comprised of of 150g/L of Sucrose; 2,40 g/L of NH4NO3, and 0,919 g/L of KH2PO4, with an adjusted pH value of 6,5 inoculated with (4,20±0,55)*106 spores obtained the greatest amount of pellets with the smallest diameter. Afterwards, an analysis of the influence of stirring speed on the stability, compaction, number and diameter of pellets was carried out in a 2-liter Brunswick bioreactor model MAP-002 allowing the determination of the optimal stirring velocity for scaling between 2 and 4 liters as 600 rpm. With the operating variables thus determined, and on the basis of the experimental results obtained in the 2 liter reactor, a scaling process of the diameter of the pellet from the 2 to the 14 liter reactor it was carried out, in the 2 liter reactor at a stirring speed of 600 rpm and an aeration rate of 0.7 vvm. To determinate the stirring speed for the 14 liter scale, a mathematical model was developed, and a simulation was carried out at the a constant volumetric coefficient of mass transfer value of 1,95x10-2 s -1 , obtained in the experiments carried out at the 2 liter reactor. The digital simulation results showed that the stirring speed that should be used in the 14 liter reactor was a function of time, a matter which -given the fact that no variable set-point stirring speed controller was available- had to be resolved by manually increasing the agitation speed stepwise. The operating variables thus estimated allowed to scale the pellet size obtained in the 2 liter scale by means of stirring the fermentation at the 14 liter scale in a range from 380 to 420 rpm, obtaining a successful scaling process