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A DFL TRABAJO ~EAfIZADC! WRAhTF EL ~ERWCTO SWIAL./' bc~. WNELT@ AVTLEC/ MATRICULA: 76310761 DPTISICN: OS uNnrERs~~m mmuu METRCPOLITANA

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A DFL TRABAJO ~EAfIZADC! WRAhTF

EL ~ERWCTO SWIAL./'

b c ~ . WNELT@ AVTLEC/

MATRICULA: 76310761 DPTISICN: O S uNnrERs~~m mmuu METRCPOLITANA

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E C N ~ S I ~ F C

BIBLI CGKAFIA

PAG . 1

6

6

26

35

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J.Y~ I ' i f ' ( ( ! ( Y

t l í'nsi, d c l tio:i;>,. '?r. , - . : t>~,,.!.Y!~ 5 Lyi:itro quini , ! . :':*r

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. ._ !/ I i c!isminiii.r. : n ! : . c . i . T : ! > c::~~ c> : - 1 : . dc 1:) !<&;:lci<ín ,i:js.ionai w CI ci, . : . , .I(,. luitrik (is]. ;;;>:I de las nnic1i:i.;

cia1 ;is de este ; ;rt i i . I?ma, es l a f a l t a de i ii;t&iia en l r i die ta . Ins necesidndes moteicas :e cnmentrai en l a )It1 I .!:,. :taicxrdr> ;! Ics estudios reaiizndos en la trganizacim INmdial de l a Xalitd í.(h'S).

Memás del prcblema anterior se observa que la pcblacion esta creciendo

n una tesa del 3.3% (estimación calculadn para e l período de 1940 a1985) ( f iF . 1 ';

setisíecha y cmo se observe en l a fijmr3 2 m e n t a r á a 1 . 4 x 10

de proteína.

l o ijue implica e l m e n t o de la demanda dc. protein3, In cual no ha s idn tcaicladas 6

LIS f h n t e s de proteína que se i r t i l i z a r i canunmente son: y,;aado. harina

de pescadci y p r d c c i á i agr ícola , los cuales presentan una t,ra de creiii,iicn-

t o de 4 - 4 .8 ,10 ,4 %.respectivamente. 12 F o d Agricultural Cqanization (FPC) ha f i j a d o l a s cantidades necesa -

ria? dr los di ferentes aminoácido.. narn clasificar las p r o t e í n a de :tcuerdo 3

su calidad. Dicha c l a s i f i c a c i á n se rea l iza midiendo e l minoácido escenciel

limitante y haciendo l a cmparación c m e l estandard f i j a d o nor l a I:PC (ver t & l a 11).

calidad entre e l 60% y e l 7 0 proteína mayor que la,recmenda&l para un 100:. de caliciad. Tahlii I I : .

tk aaierdo crn los estudio: de l a CIS l a proteína rn h@xico ~,rcscntn un

(1 S.1 por l o que se requiere de una c:mticln¿ <ie

1.x Naciones ünidas han propiiesto l a s siguientes p o l í t i c a s rara trat.ar reducir el d F f i c i t de proteínz.

1 . - Incrementar In calidad cantidad de proteEn? vepeteles )- animales

pora que pedan ser ut i l izados directanente por e l ser huniane.

2 . - Mejorzr los sistemas de cxr lotación de los ~ m r s o s .pesqueros.

3 . - Yjnimizar las pérdidas postcosecha de los alimentos. 4 . - h e n t a r e l consumo direc to de proteínas contenidas en las semillas

o l e q i n o s s , cano cbcentrados proteico:; o rrezclandolos con o t n s fuentes de proteína.

5.- Prmmer l a p r d c c i h de ccnceiitrndos proteicos con base en harina de pescado para el consumo hm,mo.

caliúad de l a !.roteínn en IC' cere; i lc i y o : r s ni.:teria< prim% vegetales.

6 . - Incm-entar 13 proc'ucciór de minc5cidos s i n t é t i c o s nara lnejorar l a

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Iu

6C

I Población total - Población Urbana - Población h r a l

10

1040 1951, 19GP 1971, 1980 1990

F i g : 1 Población en %xico dr 194n a 1985 ( 2 5 ) .

2

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Niveles de calidad de nroteína / / /

/

1

1975 1980 1985

m

Fir. 2 h a n d a de proteína to ta l en ?!6xico en el neríodo de 1970 a 1985 (25).

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TABLA I

CCNS4JMO FECCbENDADO EDm PESO COIlpaRAL (g proteina/persona/

(Kg) d i a)

'. 6-1 1 meses 9

Infaites 1 -3añcs 13.4

4 - 6 ". 20.2

7 - 9 " 28.1

Molescentes honbres 10 - '12 &OS ' 36.9 12 - 15 " 51.3

16 - 19 " 1 . 63.9

. Molescentis mjeres 10 - 12 años 38.9

13 - 15 " ;. 49.9

, . If,.-'l> , 5.4.4

. , .

.. ' . ~ o n b A &it0 65.0 ' ,

, * I .. ~ ' i j e r adulta 55.0 L

Mijer enbarazada . - -híijer ~ ~ ~ p e r í o d o de, manantaniento ' -

1 4

16

20

25

30

37

38

29

31

30

37

29

38

42

AJüSTE DEL CCNSUMO h' DIFEiRWE CALIDAEC (g pmteinalpenmaldía) 80 70 60

17 20 23

20 23 27

26 29 34

31 35 41

37 43 50

46 53 62

47 54 ., 63

36 41 48

37 45. :I 53

39 47 48:

46 53 50

36 41 48

47 54 63

57 65 76

TABLA11 *

Ccntenido conparativo de minoácidos en proteína unicelülar, vegetal y el patrcm de FA0 (30).

Harina Maíz de soya hinoácidos PatrCh FP.C S. Cerevisae ' Candida

Isoleusina Leusina Fenilalanina Lisina Metimina Triptofano Tremina Valina

4.2 4.8 2.8

4.2 2.1

1.4

2.8 4.2

5.5 - 6.2

6.1 - 8.5 2.9 - 4.6

6.7 - 9.8

2.6 - 2.8

1.2 - 1.5

5.1 - 6.0

4.6 - 5.9

4.8 6.4 5.8

7.9 16.0 7.3

3.9 6.4 4.8

9.8 2.3 6.6

1.1 3.1 1.1

1.5 0.6 1.2

6.6 3.7 3.9 5.5 5.3 5.2

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. .I_ _ . re

5

7.- Proni3ver el decm110 de l a producci6n de proteína para utilizarse

en l a alimntaci6n anuoal y posiblemnb en l a h m a .

Ainique en principio todas estas opciones ofrecen un futuro pmnisorio M

todas pueden llevarce a l a practica en poco ti-, además & gue existen pm-

bl- de limitacibn de recwxns, procesos qenetiax gue requiren tiempo, pro- pagación de anifiaes y en al- casos se requiere & educación y aceptación.

otra solución que se plantea y se presenta mn un futuro favorable es l a

pmducción de una fuente M mnvencional de proteína amr, lo es l a Pmteína - Uniallllar.

"Proteína Unioelular es un termuio ' rn generic0 para derivadDs de harina

de proteína de cuaiquier microorganism unicelular, Ltovadura, bacteria y hon-

cppppusdencrecerenunagranvariedad defuentes&carbono,talesaxm mlazas, -1, siiero, etc." (25)

~a produoción de Proteha kiceiuiar es muy atractiva, &hi& a i reduciib

ti- de duplicaciboi; se obtiene bajo d c l o r i e s controladas; l a calidad es buena y pu&e ser separada mn relativa facilidad, l o qw l a hace M i e n viable

para amsum humano.

h l a siguiente tahla se p-tan diferentes ti- de duplicación, en l a

clue se observa claranmte l a diferencia entm las pricipales fuentes de prateha.

.TABLA N

Tim de duplicadn & masa de difemetes organisms (24).

-ani-s Tim para una duplicad& & masa.

10 - 120 minutoc 2 - 6 horas 1-2seBanas

2 - 4 seTOina.3

4 - 6 - 1 - 2 - e ~

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i

A d d s de los tiennos de duplicación Dresenta otras ventajas frente a l a

a. E l perfil de aninoácidos es parecido a las fuentes de proteína animal producciái de nroteína vegetal, éstas sm:

l o que no se pede decir de la proteína vegetal, ya que la moyoria presenta de- ficiencias en Lisina, Metionina y Triptofano.

b. No depende de condiciones climatológicas. c. Puede ser mejorada por experimentación genética en poco tianpo. d. No está limitada por un área determinada, n i depende de la luz solar.

Las desventajas de la Proteína Unicelular son (15). a. Ai ser una nueva fuente de proteína se necesita de 3 a 5 años para l a

años antes de que una porción significa

b. La canposicibn del producto debe ser 'analizada cüidadosmente para a-

c. Desai-rollÓ de nuevos medios aprcpiados para introducir l a Proteína U-

cmstniccioi de la planta y de 10 a 20 tiva de l a &anda sea a b i e r t a por la Proteína ünicelular.

igurar la a s e n c i a de W r e z a s que podrían daíiar l a salud.

nicebilar a .la dieta camrkncional.

i Lo .mCerior nos indica @e seria-una soltición a medfano plazo: ,

. CIBJETIVC

..@timización de. un medio de cultivo para l a obtencibn de Prote€n?'Unicelg ' lq utili.zando cano sustrato, Metanol.

PMJXEDFNES Para l a pmdcucci6n de Proteina ünicelular se debe seleccionar cuidadosa-

mnte al microorganismo y a l sustrato que van a ser utilizados de acuerdo a los recursos de cada país.

Para la s e l e c c i h del microorganismo a u t i l i z a r deben defanarse en a e n - t a los siguientes pmtos (24):

a. Ccntenido proteico. Cono se puede observar en l a tabla V dependiendo del microorganismo y del

Se l e l l m a Proteína Cnida a l a w e se calcula por e l contenido de N i t r b - sustrato utilizado varía e l cmtenido de proteína celular.

geno. Proteína Real se detenina con l a relación de albúmina por e l método de

La\ny.

b.Perfi1 de minoácidos (minograna). En l a tabla VI se observa e l minogrma realizado a diferentes microorga-

nimios canparado con e l estandard de l a FAO.

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Cmtaiido de p t e í n a y calidad según l a ' W para diversas dases de a& mentos ai M&im (30).

calidad Alimento % Foteína $/&Proteína Calidad '7

Came de Res 1 7 . 7 200 69 Came de cerdo 11.9 175 69 Came de aves 18.0 150 64 kscado 18.8 120 70 Leche de vaca 3 . 5 100' 90 €hWO 12.4 121 1 O0 Tort i l la de Maíz 9 .5 3 8 , 41

341 5l

39.42 42.69 58.33 90.00 82.64 07.89

Fri j 01 Trigo Arroz

Levacbira

22.1 26 34 130.77 12.2 33 41 124.24

' 7.1 169 54 32.00 40. O 37.5 70 ' 186.5

I . . . . .

2 TABU.'Z' '

b t e n i d o ' proteico de, la. Proteka @'i+lular a part i r de diversos .sustratos (24)

1.

Microorganicmo

Alga Bacteria Bacteria Bacteria Levadura Levadura Levadura Hongo

Hcngo

45 -50 cc2 Celulosa 58 Metano 50 Metano1 80 n- Parafinas 60

GasBleo 69 Carbohidratos 55 Licor de

s u i f i t o 60 -55 Carbdiidratos 3 5 -50

FroteLa real (%)

45 - 50 50 50

65 53 60 43

48 - 44 30 - 40

Líp idos (%I

5 2.5

10

8 9 - 2 2

1 5

Aientes convencionales de proteína para ccnsumo animal Alimento de pescado 60 -65 50 5 - 10

Alimento de soya 45 -50 40 1.5

Carbchidra - tos (%)

lo . - . 18

25 - 30

10

20 - 25 10 - 20 10 - 20

- 10 - 20

5 - 10 3 - 12

. . ., , _,

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c. Tasa de crecimiento para un sustrato determinado. Este p n t o se refiere a la masa que produce un organismo en detenninado

tienpo. Esta tasa se ve influneciada por diferentes factores fisicoqufmicos, pero cono se pede observar en l a tabla Wlos microorganisnos tienen una ta- sa de crecimiento superibr a las fuentes convencimales de proteína.

d. Tmicidad Este pmto es muy importante, sobre todo cuando se piensa en l a protef -

na Unicelular pieda llegar a ser conswnida por e l hanbre, por lo que su e s E dio debe ser m y cuidadoso. Uno de los primeros obstáculos que se presentan scn e l contenido de ácidos nucleicos, cuyo exceso en l a dieta b a n a produce l a enfennedad e lama da gota. Este problew ha sido resuelto separando el áci- do nucleic0 del contenido celular o separando la proteína del micrmrganismo.

e. Cmtehido calórico. Independientanente del valor proteico, l a hoteíná Unicelular pede c-

siderarse por-su &tenido proteico. Tabla V. . .

.~ * , , .

... f. Eficimcia de cm&rsión de *trato.. . . Se dezine cmo''1a masade p r o t e b producida .por unidad de sustrato asi -

milado. Se procura*obtener.una a l t a efeic-iencia para disminuir los gastos -- por sustrato ( . ~ L I Z 13mm una parte my importante dentro de los gastos: de - producción) obteniendo u.1~ mayor cantidad de bi&a y por l o t a j t o de pro- Ina.

, .,

. .

g : Digest i b il idM . Es una fonna &e saber cuanto nitrbgeno contenido en las proteínas del' -

microorganismo es aprovechado por e l organismo cansiniidor.

I - F F

D = 1 O O x Y 1'- (F + U) I - F

v = 1oox

en donde D = Digestibilidad

VB = Valor Biológico I = Nitrógeno ingerido en foerma de bimasa F = Cantidad de NitrGgeno en e l excremento. U = Cantidad de Nitrbgeno en orina.

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h. Sqx idad del pmducto.

h este punto se estudia muy cuida&smte l a toxicidad y e1 efecto en lcs tejidas y su asociaci6n con el cáncer. Estos estuXs son realiza& am , organisms vim, anm ratas y pollslo que acarrea un alto met y &o tiem po, aaemds de tener que Wrlnientar <xu1 e l proaucto final e l que tenürá que

pmducirse en una cantidad ccnsiderable.

-

-ten diversos sustratos con los que se pUeae pmducir bianasa, oam se m t r a en l a tabla VII, en dodnae scm clasificados en recursos renovables y ~ renovab l e s , dentro del segundo grupo se encuentran f l lrdamnmte los p m d u ~ derivados del petróleo, que han sid0,lcs que han recivicb mayor atencih

en estos estudios. (24,261.

a. F?~cio De este punto pus&n depen&r m b dec&imes , ya que se p d e tener UM

tecnología nuy buena 0311 un microorganism rnry eficiente, pero s i el precio de l a mteria prima es alto, se disminuiran las ganacias, ya gue, representan del 30 a l 50% del costo total de l a pmdwciQi.

cics agrícolas que se estan estudiando actuahm~te (25).

Se ha lograck disminuir e l axto de l a mteri pr im mn el uso de despeKLi-

b. Dicpnibilidaü y abundancia.

!&&ten casos en que todas las amüioicmes son apropiadas para el uti0 de de - materia prima, pero es un sustrato que se esta utilizan& mn mayor wn telminada

mienc i a en otro p r o ~ s o o M se en-tra acequible en el pafs o en la can- tidad deseada.

Este podrla ser e l caco de l a mlaza que es un buen sustrato para l a p?niuc- ciQi de Proteína uniceluiar pero que es tanhién utilizado para & w a s f e m t a -

cicples y aun se aprovecfia onu al-to para e l ganado.

-

c. mxicidad h algunos casos onu es el de laa alcanos que son carcinosQli-,se debe de

realizar m a muy buena separaci6n de la pmteSna, lo que acarrea myom gastos

de P- '6n, además de los gasta de equ ip de seguridad.

d. Eficiencia de amvaxib Cam se ha mcicmac% anteriommfce, este té- se r e f i a a l a masa de pro -

t e h a p?niuciüa por unidad de sustrato asimila&. h cualqwcer pmceso se &sea

tener l a myor efieciencia, teniendo menor costo de pmducci6n.

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-I_ <

10

m3.A VI1

Clasificaci6n de los si8tratos para produwldn de Pmtefna micelular (24) .

Ii0cursos no-renwahles Petrbleo y derivados

Suero de le&

Licor de suifito Cascaradefrutasy v%?=m- Desperdicias rnniciples

papel y desperdicios ce- lulósicos. etc .

cazbhidratos

maza Celulosa MacLra etc.

Paráuebns para el proeso de prochicción de €?tote Unicelular (25).

Etano1 Wtat?31

Mlaza n-parafin

-to (ton de Se/

tal de sustrato)

- 1 Micmnq- % de Pr0tef.M

Levadura 60 O 7 1 Bacteria 80 0.56 LaaEhu a 52 O .24

Levadura 6 1 1.00

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h el caco de la Pmteina Unicelular la eficiencia es modi& m l a am versión del Carkono del sustrato a l Carkcno eluiat. Otra de las ventajas que

presenta el a m t o de la eficienciaes que se eleva la proauctividad del proce - sola cantidad de &geno requerido por áluia prducida es m o r , tanñién dis-

minuye la cantidad de calor proauciao por unidad de hitmasa lo que ñace =res los gastos p r enfriamiento.

e. Pretratamiento del sustrato.

aiandD un Custrato no es aceslñle en la forma onm se desea y para utili- zarlo es necesario realizar un tratanüento previo, didio tratamiento 110 debe ser nuy dificil n i costoso ya gue seria un pmtn en contra en la seleccibn del sustrato -do a i a m t o de los oostos.

h un estudio realizado para la proauCciQi de Protezna uniceldar en !@xi-

m (251, se amparan cuatn dlfarenhs suF;tratoc, gtos son: Etanol, mztjanol, d a z a s y n-parafinas. San analizados desde el pmito de vista econánim, -te- nidodeproteínayrendinn - ‘en* de -versión.

h diato estudio fue seleccionado el Metanol, ya que los microorganisips

. ‘en micmrqanisroc que crecen uti l i -

que crem en é l presentan un alto antenido enexyétim, a pesar de smembu - to m r a los demás sustratos estuüiadcs.

zar& amu f u n k de & las n-parafinas tienen un alto rendimiento perr, un bajo amtenido proteiao, el etanol y las melazas son casos intennedice amu se puede obsenmr en la tabla VIII.

-tenido del 100% de protecna se &tiene la figura III en &de se &serva que

el -1 es e l a jor pmaso a larqo plazo. Adends de las ventajas ewrismicas que presenta el metano1 m sustrab

para la prcducción de Proteína vniceluiar le favorecen los sfguientes puntos (81 :

presentan por transferencia de m a , oxa qui no cusede con el ne-, n-para- finas ni d a m .

Utilizando los datos de la tabla IX y graficancblos, taaanda axm base un

a. Es ccsrpletamnte miscihle om el agua, disninuyendo los pmhlemas gue

b. El h%tano es producido um un alto gr& de pureza (99.85%l , desde di- ferentes hidrocax5w. Algunos a l m s y aceites se pmducen m impurezas y algunos son toxiax por -tener en su estructura hidrocasbnos policíclicxxs poten- te-.

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1:

Etanol($/gal) . 100

ktanoi(Q/gail 15 klazas ($/Kp.) ' 5

40 n-Parafinas

125

20

in

150

25

15

80

200

zn 30

1 O0

Fip.. 3 Cannaración econhica de diferentes nrocesos en l a producción de Prote-

ína ihiceiular (base 100% proteína) (25.1.

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9

13

TABLA M

Costos de rnanufwztura del proceso de Proteína ünicelular

(10 O00 tm/afio) (Julio 1979) (25)

Et&ola Metanol Melazas

inversiai totd(1O 6 $1 72 70 73

mipo (io6$) 29.4 35.8 25.2

Material crudo ($/Kg) ' 74.58 45.98 3 4 ; 89

U t i 1

B E T O S

a r m ,

10.41 9.90 5.81

2.7.3 2.38 ' ' 2.04

16.78 15:88 , 1.5.42

. , ' ' Costb de vrMucci&, ::' '. '.104.50 ' ' 74.14 ' . 58.16

.,

I .

*

I . . . , . .

." - . . . .. . .

. a a 128 +$/gal E.&or-.(95%w/v)

b 1 0 5 4 $¡Kg Metanol

c . . 5.65 $/Kg Melaps (50% azúcar)

d 37.4 $/Kg n-Parafinas

,. .

.PargfinaS

93

37.6

47.08

10.8

3.20

22.04

83. i6

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c. Ei metano1 pU.ae presentar e l mor amsnm de odqeno en base a l a

UM de los mas inportante factores es l a eficiencia de oonversión del Car

tidad de células proaucidas y por io tanto l a m o r producción de &or.

b6n del sustrato ai Catbón celular, las principies raw- son:

a. ~a aita um-i& pIoboca un a l to rendimiento y una aita productividaa.

"El Ismino iendimi . 'ento representa l a cmversión de sustrato a proteína, y por umvmiencia l a mversión celular es e x p ~ a d a cam el meficiente de ren- dimiento m a de células secas/ nrasa de SiLStrato cnnsUnldD'' (8).

"La prcxiuctividd esta definida cam el peso seco de las células proauci--

das por unidad de v o l M y por unidad de ti- en cultivos oonthms".

mnde: P = D x = p x P = PrcdUCtividad (g/ih)

D = Tasa de diluci6n (h-') p = Tasa es- fica de creci--

X = Concentracibn celular (p-

miento (h- 4 ' ).

so s e d (g / i ) . (8) . Ai haber una alta eficiencia de umversi6n es m r l a cantidad de oxige-

no requerido por unidad de células prcxiucidas.

Mateles (19) calculó el Oxrgeno requerido or gram de aSlula prcducida su ponienüo gue los únicos pmüu&o.s del metabolism del &no son: mteriai ce lular, COZ y agua. Y del Ni-0: material celular y mníaco.

Para cuitivo umtínw can limitaciones de cahno los vaiores generales de rendimiento sai de 3.0 y 5.0 granos de célula seca por gr- de metano1 a m u - mido, l o que wrrespde a requerimientoaj de Gdgiono de 3.4 y 1.4 grams de Oxf - geno por grmm de célula respctivmrsnte.

La emlucián de calor es mmr, por lo que el asto & refrigeracih üismi

Se presenta una ecuacián de costo relativode l a Proteína Unialular (8)

- -

- nwe.

0.5(0.45/ Y di) + O.l(g de oxígeno/ g de céluias) Costo relativo de SCP = 0.65

(Kcal / g células) / 1.5 + 0.65

ETI l a que se pueae & e m l a inportancia que tienen éstos tres f3tf.n~~ pun--

-

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tos sb'n e l cosí^ total de l a poteíra . Wanás de todas l a s ventajas ya mexkradas se F s e n t a n las sguia i tes:

a. Es un s~stralu l icui lo l o l o hace d e f a c i i t r a r r p r t e y f k i l Pa* ne en l o s fementadore s

b. No es ecflosi~o.

. c. No r q i c r e d e nirgúr. lratanienlu pevD.

_<

Ex js terddersas b a c t e r á s y levaduras OUE s n capces de crezcr enMeg rol y tanbi*endiver(as rutasmetabolicas ara ser esbdiadas ymejxadas pr medio de l a i i g e n i e a gerética.

ducckfn de Prote"iria ünYdular. Estas d i € k r a i una de otra en e l p-Iner enla- ce cait>mo-carfxmo que se realiía.

- El Melam1 @e SI% asimilado por cuatro r u t a s d i f e r e m s p a l a po-

Las cuatm ~tatdc se muestran en l a sjgqimte fjgura 4 . hta de l a Ribulosa Bifo daid 3 C i 3 .F &ATP .. + 5"-, " 2m Ruta de l a Ser- Rutzt de l a Ribulosa MomfosEato Variante ED

2H('sI3*+ Cuz + 3WP + ZNADii FGA + FFH2

3H(HO,+ 2ATP r .* FGA +NAcH Variante FBP 3HmO __ FA + NAM

Ihita de l a Dikdrcmicetona 3HCHO + 2ATP FGA '+ NAW

F j g . 4 Remen de l a s rutas.de asimilación (1).

La ~ t a de memr importaria es l a que fue estudiada en e l Paracocans k n h - t r i f k a r t s er. l a cue el C 4 es f i j d o utilizando ccmo a s e p m l a Ribulo~a B i - fodaú, (RBP) y m pchicidas 2 ml 'aias de 2-fozfoglicaato.

Bi l a ruta de Dehidroxicetona se asinila e l Metaml a r&el de funnalde- h'jdo, el aceptm fué pcbablqnente Xilosa 5P y los pimeros ~ ~ A I C ~ D S son d i hidraxice mna y fodogliceraldehido. Esta ruta s e tn erromado en l a ash i la cidn pr levadura.

crecer tar.20 en Metam cano enMetaml, es &st ruta 2/3 - prtes del Metano1 e s asimilado y trandonnado a fomaikiehzdo, se lleva a c&o uza reacción de caL boxilaciSn de l a s dos moléculas de formaldeh'jdo ashiladas, y una 0xjdacjESi

d a acet i i CoA a glioxilaú,. La ma)oría de los microorganisnos M llevan a cabo esta ruta meabolica tieren UF c ic lo de ácidos tricadmx5lkos conpleto

-

La ruta de l a Ser ina se estudi6 en Methylomoms faculta tivas qu: &en

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pr lo m e s r c a p e s de crecer en diferentes fuentes de carbono. F j g 5. En l a N la de Ribulosa MomfosfadJ ésta e s l a molécula aceptura del for-

maldehído dorde 'E canierza a poducir 3 Ekdosa-6FGA. Las bacterias que u- 1Uan esta mla gererahente t jeren un TCA ircanyleto pr lo cue no pdeden ut i l imr otra fuerte de carbo&. F j g 6 .

Como s e &e va- l a ruta de Ribulosa Momfosfam y l a nita de Serim a r lasmás inprtafites en l a asimiiaciórde Metanol.

La d ifererr k básica de estas n i t a s , además de l a molkula aDepdJra, e s el rLel de oarjdacj6~del Metaml, e l fonnaldehYo e s f i+o esclussiranentc I

pr l a ruta de Rjt~ulosa M0mfosfa.b y l a mla de l a Serira es f i #o a i nivel de COZ yfmaldehído lo q~ traeurii diferencia en l o s Tecwinieitos de Al".

Se calcularor losrerdjniertos tcorEos p a lasdos diferentesnitas y se obtuvieron l o s sjgvien&svalores: -

Y g de c e l d a s ~ c a s / n m l wltratu Ru la

,

15.7 - 17.3 Ribulosñ Mcnofosfato 9 . 8 - 13.1 S w i m

Esta diferercia en e l reñ jnieato 9? v e cLaranerite cuardo t raba3 COI?

P a r h t r o s de crecimiento de bacterias que crecen en Metanol (8).

Bacteria

Pseudnnona C

&!&@@&ha

!waREF Pseudanonas 1

Pseudanmas 135

ReUdallonas AM-1

Reudancnz M-27

Via metab6lica

F W

FW

Serina

Serina

Serina

Serina

Reudanonas rosea Serina

* g de célula seca / mol de Metanol.

17.3 O. 49

17.0 0.63

15.7 0 .52

12.1 0.176

12.1 0 . 1 4

9 . 8 O . 093

13.1 0.108

13.J 0 .15

.y 0)

67.5

66.5

62.0-

47.5

47.5

37.6

51 .o 51 . O

%Nitrógeno

13.2

11.0

1 1 . 7

11.37

11.48

11.20

9 .40

10.60

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.-

17

&,rev i aturas G 6PD = Glucosa 6P IJeshidrogenasa

HPS = Hexulosa fosfato sintetasa WI = Hexulosa fosfato isomerasa

6PGD = 6 fosfogluconato deshidroge .- 'nasa . ' . .

KT.= Fosfoplucoisdneraca .. . . , . , . . . . . ,

' Y , X +.electrón aceptorT=dDeclofenol, indofenol u NPD - .. I .i

. % , . F i g : 6 Vía de l a Ribulosa Monofosf$to (F?Pf') (81. -.

2 G icina I 2 Serina

1 2 , 2 o s f q l i c e r a t o f

m a ~ o > c m m m t e Fosfoeno imvato celular

Fie. 5 iría de l a !it?rina (YP) (8).

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Para llevar a cabo l a optimización del medio de cultivo se u t i l i z ó el diseñc de Box-Willson o diselío factorial 'Un diseño factorial es w e 1 en e l oue se l le - van a cabo todas las canbinaciones posibles entre los elementos'' (6).

D i c h o disefío es my completo y sus resultados son fáciles de trabajar y my obtetivos.

Antes de realizar el diseño se tienen we seleccicnar los parámetros me son

más importantes y para no trabajar datos pow significativos que no influirían dio en los resultados obtenidos, realizando un mayor &em de experimentos.

Para llevar a cabo dicha seleccih se realiza e l diseño Plackett y ailman. Este diseño estadístico presenta l a ventaja de que con pocos experimentos y el d l i s i s adecuado de los resultados nos mestran con claridad l a influencia de los diferen- tes factores probados, con lo cual se decide me parfbnetros serán utilizados en e l diseño factorial.

ikspiés del análisis de ios resultados obtenidos pur e l disefio de Ekx-Willson se obtiene una ecuaci6n, que con los coeficientes obtenidos para cada liteTal o paránietro' y e l signo de didio coeficiente nos in&ca l a influencia y las pfoporcio- nes de ésta

pnieban nuevos n&os partiendo Bel rnejor'resultado del diseño, siguiendo las r d i

Tos resultad& obtenidos. vez calculada l a eaiación en l a que uno de los mianbros es e l resultado se

ciaies que nas nuestra l a ecuación. Asi se c a l a l a un mgXim0 resultado te6riFo y se ' lleva a la práctica para su confirmación.

Al iniciar e l proyecto )ara realizar e l servicio social ya se tenfan los resulta- do; preliminares o pea e l disc20 Plackett y ailman en los que se determinaron los parámetros más importantes los cuales se tanaron como base para el d i s m Bw-Willsai.

..

. .. . .. .... ., .. , ..

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19

.I

La bacteria con la we se trabaj6 presenta las siguientes características

Morfología microscópica: bacilos cortos y delgados.

Aré aislada apartir del suelo de l a planta de Metanol en San Martin Te%: . <

melucan.

E l color del cultivo es blanco venioso

Crecido en un medio de cultivo con l a simiente comx>siciai

W4)ZSOi 1 .5 g / l

m2 m4 1 . 0 g / l

N a p 0 4 O. 75g/l

&SO4. 7H20 O. 25g/l

CaC12. 2H20 o. 02g/l . - 6 . 5 mg/l

.. < < > .

FeS04..7H20 , . . .

Y

, . , . .< , N a 2 W 4 . 2 H Z O 0 3 mg/l . ' CoClz. 6H2 O O.OSmg/l' " . .

I .I

. I / . &SO4. 5H2 O 3 . 0 mg/l ,> I

, . . :kSO4. 7H20 . 0 . 6 mg/l

Metanol 2 % v/v

En base a este medio se llev6 a cabo una selección de los factores princi

pales, ésto 5e realizo con e- diseño de Plackett y Eunnan (6) can los siguien- -

tes niveles.

Conpiesto %+ Rev e++ Metanol TmP k" Na' TABLA XI

&idades rPn g/l % v/v O C PI1 di Centro exp. 1 .5 175 0.25 2.0 35 1 .o 1 .o ünidadexp. 0 .5 25 0.05 0 .5 2 0 .25 0 .25

Nivel ( +1 ) 2 . 0 200 0 . 3 2 . 5 37 1.25 1 .25

Nivel ( -1 ) 1.0 150 0.2 1 . 5 33 0 . 7 5 0.75

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TABU XI1

Niveles y ksultadm del Plackett y Bum.

No. de Brp. NH; B v Mg++ MetM Temp. K+ Na' ksultadooig/ml)

1 + - \ - + - + + 2031.8

2 4 + - - + - + 237Q.O

3 + + + - - + - 2539.2

4 - + + + - - + 2172.8

5 + - + + + - - 1440.0

6 - + - + + + - 1552.8 .

7 - - + - + + + 1806.4 ,

Mediante-el anEtlisis estadístico se cmcluy6 que los principales facto-

. / I

. . , , , .

.. ' . rei que influyen en e l cj;.ecimiento s i : ' ' ,

. . .,

4 - . ,

Cmcentraciúi de Mi. . ..

. . - -. . I Agitación. . .

Gncentración del Metanol.

Tempratura.

Cmcentración del Potasio.

Cmcentración del Magnesio.

. .

.. . . . . . .

Se r e a l i z o e l perfil de temperatura (fig. 7) con l o que se observa que - l a temperatura @tima de crecimiento se encuentra entre 30 - 32 O C .

La agitación se f i j o a 200 rpn.

En un principio se pensó trabajar la optimízacih de medio de cultivo - ccn seis factores que ~ o n : ( - ~ ) ~ S o ~ ; %SO4; %PO4; M e t a ; N a + P 0 4 y Ccncentrg

c ih de Oligo-elementos, pero fue posible reducir e l disefm a cuatm variables

obteniendo una concentracih ópt-ima de oligo-elementas de 8 X 10 ug/ml y de-

jando f i j o e l valor de N a + P O 4 a 0.75 g / l ya que ccm las variacicnes del

W2P04 serfa suficiente para determinar la influencia del Fmfato.

3

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Ymax l o -2 )

16

14

12

10

2

o Y 1 I 1 I I 1

25 2: 29 31 33 35 3'

Tmperatura I"C1

Fip. 7 Variación de la velocidad específica de crecimiento con

resnecto a l a t m r a t u r a .

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22

METODO

E l c á l a l o de la eaacihi de la Densidad m i c a se obtuvo de la siguiente

manera.

Se nuestreo e l medio de a l t i v o a tianpos diferentes de su etapa de cre-

cimiento, por l o que tenían un; Densidad Omca diferente; de cada una de las

nuestras se tan0 un mililitro y se f i l a 6 a l vacio en un f i l t ro Millipre - 0.45 un, que se hablan dejado durante 24 hrs. en un homo a 80 O C para mante-

nerlo a peso ccaictante. ksples de filtrar tros mevanente en e l homo. A las 24 hrs. se volvieron a pesar ) l a diferen-

cia en pesos es e l peso de las células catenidas en e l Millipore. Fig. 8.

l a mestra se colocaron los fil-

La detenninaci6n de l a ProteSna se realizó por e l Método de Lowy (18) - fig. 9.

terias se. canpcoie, princ~p+ente .ie :res>fases: Latencia, bgirftmica y Fsia-

se mest= en l a figura 10, la' mrva de crecimiento tipica de las bac . .

.I 1.

. . c ionaria. 4

.. ~a fase LogariUnica;es cimncio el microorganismo tiene una máxima veloci-

1 .. - .

dad de duplica&6n . . I

ai los cultivos cmtimos se desea' tener una m&ima &ductivida$ &e - ' .'

cano se ha dicho a n t e r i q n t e es e l producto de l a velocidad espcífífica de CE

cimiento por la concentracitin c e l ~ a r final.

La vklocidad espclf ica de crecimiento se detennin6 tanando mestras cada

hora midiendo l a Densidad Cptica a 576 m. Cada uno de los pmtbs se fue gr-

d o en papel semilogarítmicp, despés de haber completado la a m a de creci-

miento, se calm16 la pnliente de l a curva en l a fase logaritmica. AI grafic-

se en las ordenadas e l logariúno de la Densidad Cptica y en las abcisas e l - tiemp. Tenemos v e las unidades de la velocidad específica de crecimiento sm

hr-' . Para e l disefio factorial tenemos:

N = NCme~o de niveles.

q = Ncrmero de variables.

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~j 8 CURVF. DE PESO SECO'

X

Y

1. o

o. 2 o. E 1 37 1 c3 n 77 O

O D. 22 O. 4 1 c 2 . 7 c 0 6

L

- 'O.! .

I 1

1. o 1. F

CORR = 0:9862 e .

. "1 = 1.32 .I . I ..b =-o.C31.. ,

. .- . I

!

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X O 4 0 80 1 0 0 1 4 0 200 ,

I Y 1 0.07 O . í E [LLL&(!.2= O 73.

Fiq. 9 DETPRMINACION DE PROTEINF

(HETODO DE LOWRY)

CURVA ESTANDP PD

I 4 I

co 1 0 0 1 E0 2 O0 CONCENTRACXON

)ishi

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25 .

j = Mkero de c o l m a s .

Ep= -1-0 de Experimentos.

Se escriben 2 j - l veces (-1) en sentido vertical y se repite el mismo Tb-

ro de veces (+l). '

~e &pite e l proceso anterior 29-j veces.

Bi nuestro caso ai ser cuatro los canpiestos a variar se tienen.

TABLA XI11

Dise% Factorial tipo Box-Wilson.

No. de Exp. A B C D

' 2 + - - . 1 - - - -

- - +' . - 3 ' 4 + , + - - ..

- - - - a + . 5 ' - + . -

, , . . * <

: 6 ' + i " .

- . _ I 7 .. + .. - + . . ~ ' . 8 _.

9

, .

+ , + - , ' ~. I /. + ' . ' 4 -

- - 1 - + + - . - +

. : I . . .

1 0 . . I

1 1 - L + +'

1 2 + + - + .

13 . .

1 4 15 - .+ + +

. . . .

- - + ' + + - '' + +

+ + + + 16

ikmde se observa que se realizaron Zq = Z4 = 16 experimentos, cano se ha v i s t o e l medio No. 3 del diseño Pladcet t y Buman fue e l de mayor y mejor re- sultado regis-por 10 que fue & t e , con e l se -26 a trabajar,

TABLA XI'V Medio Base.

( "4 1 p 4 2. g/l

q p 0 4 NazHp04

MgS04 0.3 g¿l

R.75 g/l 1.25 g/l

o. oosmp/i CaClz. 6H20

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Fe2( SO4 I4 .7q6

Napo04.H20 %O4. 7H20 Metw Temperatura Agitación Inóculo

aso4. sqo 6.5 mg/l 3.0 mg/l 0.3 me/l 0.6 me/l 2 %

32OC

200 qm

10 %

Para.ei disefio factorial se escogiem los mismos rangos a los utilizedos en el disea Plackett y winnan quedando e l diseíb de Box de l a siguiente forma:

TABLA Xf

Conpiest0 N 4 ) $04 -w=4 O130H %Po4 Midades P/i g l l %v/v dl caitro Bcp. 2.0 0.3 2 1.25

,mdad&P., 0.5 0.05 0.5 0.5

Nivel (-1) 1.5 , 0.25 1.5 1 .2~5

b s denas canpuestos y los parhetms fisicos se manwieron' constantes.. Lm resultados se midierm umo productividad que es e l producto de u( X 1

se escogió éste parámetro para medir los resultados ya que, e l proceso se pi-. sa realzzar en un N i t i v o continuo.

mtro Bash G Lanb a 575 nm. y por medio de l a relaci6n de peso seco con l a - Densiáad CPtica.

RESJLTADClS: €31 la siguiente tabla se mestran los resultados obtenidos, cada exper--

to se realizb por triplicado, presentandose e l pranedio arilmético de ellos fig. 11, 12, 13,

TABLA XVI

.. Nivel (+1) 2.5 0.35 2.5 1.75

- -

.

La concentración celular es medida por Densidad Optica en un Espectmfotg

No. de Exp. P X P 1 (1.3260 1.027 O. 3349

2 O. 2623 3.222 0.3205

3 O. 3303 1.246 0.3777

4 O. 2554 1.192 0.3045

5 O. 2974 I . 890 O. 2646

6 O. 2935 1.092 O. 3206

.,- . . ... . . . . ,

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No. DE EXPERIMENTO

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'h

v n

a

3.

O p:

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. 29

No. de Exp. 7

a 9

10

11 12

13

14

15

16

P 0.2778

O. 3050

0.3492

O. 3592

0.2663

0.3254

0.3519

0.2711

0.2953 O. 2651

X

1.365

1x867

1.165

1.030

1.168

1.125

0.908

0.942

0.938

1.206 ,

P 0.3792

O. 2643

0.4069

O. 3700

0.3110

O. 3660

0.3197

0.2555

O. 2770 0.3197

E l cálculo de los efectos e interacciones de 20s compuestos se realiza, - siniando a l g e b r a i k t e los resultados obtenidos,. anteponiendo a cdla resulta- do e l signo d-1 nivel & los compuestos; asi por ejemplo: e l efectb del cairpies

t o A No. de experimento CompuestiA . ' hahctivldad . - 0.3349

' + ,ü.3205

1 '

2

3

+ 0.3045. - -' O, 2646

$ .

5 6 + + 0,3206

. . I , ,

- . .. . . + . * OI3777 - . . .

- , . + - . . .

,

Efecto de A - 0.0187

( tmdo de l a tabla VI11 (diseño factorial) ),

Para las interacciones, se hacen las canbinaciones posibles entre los - canpiestos que se estan variando. Volviendo a nuestro caso son: AB, AC, AD, BC BD, 0, ABC, ABD, BcD,ACD,ABCD. despues se mltiplican los signos de los nive- les de cada uno de los caapiestos:

No. de Fxp. A B C D ABC 6 + + - - -

(+I (-1 c+1 = (-1 Se realiza de esta foxma en cada uno de los experimentos y con cada una

de las canbinaciones posibles. (Tabla XVII cálculo de efectos e interacciones)

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q + , , + + , , + + I , + + , a ' +

n i , I , , 6 , , + + + + + + + +

r + + + c

o B i 4 i f + + + , , k l

! a , , + + , , + + , , + + , , + +

< I + , + I + I + I + I + 4 + .L. +

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E l cálculo de las interacciones se realiza de la misma forma que e l de - los efectos. Una vez calculados los efectos e interaccicmes, se dividen entre dos cada uno de estos, y a los nuevos valores se les denanina Coeficientes de- Regresih. Dichos Coeficientes & Regresión van a pertenecer a las variables - de l a Ecuacioi que se esta buscando, asi por ejemplo:

Efecto '2)" 0.0074 Coeficiente de Regresión = 1/2 del efecto 0.0037 Ténnino de la Ecuación para l a variable '9'' O. 0037D En nuestro caso, se obtuvieron los resultados que se mestran en l a Tabla

Para l a Eaiauón, l a variable independiente se obtiene c m un pranedio 5

61 consecuencia, nuestra Ecugión canpleta es:

XVIII (efectos e interaccimes).

? i t d t i c o de los resultados.

Y = ).3245 - 0.0094A + 0.0004B - 0.0244C + 0.0037D - 0.0019AB - O.OO07AC + 0.0089AD + 0.0095Bc - 0.0102BD - 0.0108Cü - 0.0061ABC + 0.0268ABD - 0.0043ACD +O.O056BCD + 0.0079ABCD. .

los niveles de -(+l) y (-1) . ,Para que sea más objetivo, a l manento de obtener - I los nuevos valores de cada uno de nuestros compuestos, es cmveniente trrnsfor -

mar l a Esuaci6n a midades kales, y esto se logra haciendo l a siguiente trans -

Esta Ecuacidn fié obtenida con los niveles de variación, es decir, ccn -

Variable Reai - Centm Experimental Unidad Experimental

formaci6n: U..idad de VariaciGn =

kn e l caso nuéstro: xc - 20 Xd - 1.25.

0.05 C=-- D = Xa - 2 Xb - 0.3 A=-- E = 0.5

cpied-ao el nuevo Modelo matdtico con Unidades Reales de l a siguiente - forma: -

Y = 1.1648 - 0.5616Xa - 1.9096Xb - 0.1266Xc:WO.O379Xd + 1.394XaXb +

0.0662XaXc + 0.2241XaXd'+0.3969XbX~ - 0.5078XbXd + 0.0653XcXd - 0.2075XaXbX~ - 0.4XaWXd -. 0.2093XbX~Xd «0.1271XaXbXd(d.

El siguiente paso es l a verif icau6n de l a Ecuacih, que se realiza sus-

tituyendo los valores reales. Los resultados (Y] deben ser iguales o muy pare cidos a los obtenidos en la experimentación.

Gxm se pede ver en l a Tabla XIX (variaci6n de la Eaiacih de Regresi6n) l a ecuación tiene una buena predicc ih en estos rangos,

Finaimente,se calculará en base a la ecuaci6n nuevos valores que no hayan sido prcbados, partiendo del mejor resultado obtenido anteriormente, en éste - caso, se &two l a mayor productividad con e l medio de cultivo número 9, as1 que será wn éste precisamente, con e l que se sigue trabajando.

"^ - *

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. ... .

32

TABLA XVIII

. EFEíXC6 E Ihl'ERACCiW

EFEW E mRAcc1ONEs

CaEFICIENIES DE mmm

A - 0.0387 B Q.0008 C - 0.0489 D . . 0.0074

- 0.0039 AB AC , - 0.0014

0.01:9 0.0191

- '0.0204 - 0.0236

.m - 0.0121 0.'0536 . ABn

A 0 - 0.0085 . B c D 0.0112 m 0.0159

- I .

. . . . 'AD. ...

, . . . .. . B c

,. . . Bd '

CD ~ $', . -. . .

. ,

' - Q.0094 .

O, QQ04 - 0.0244 p. 0037

- 0,0019

- 0.0007 . . I

I . ,

O.'QO89 . ..

. - 4 0.0096 '

- 0,0302 - 0.0108 - . 0.0061 0.0268 . .

- 0.0043 O, 0056 O. 0079

bo = 0.3245

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33 ,

No. DE MpERlMlWO l i p t i . "P" CALCULADA RESIDUO

1 O. 3349 0.3350 - 0.0001

2 0.3205 0.3205 0.0

' 3 0.3777 ,0.3777 o. o. 4 0.3045 0.3045 0.0

5 0.2646 O, 2646 0.0

6 0.3206 0.3206 ' 0.0

7 0.3792 , 0.3792 0.0

8 O. 2643 O. 2643 0.0

9 0.4069 0.4069 o ..o 10 * O ,3700 , 0.3700 0.0

.. O: 3660 O. 3660 .o. o

~. '6:2770 012770 0.0

'O. 31 1 O (1..3109 . . o. 0001 I . : .. . . , - 11

q 0.0 12

.<

"13 . .. o.3igi .. ' , 0,3197 . - I

14 ' . O.;ZSSS. ' " 0.2356 - o.uoo3 - . .

15

. . 16 L.3197 ' 0.3197 o.. o . .

- . . ........ " ~~ -. . . . ._ .~

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34

. .

Parámetros

("4)2SO4

KH2p04

Na2Hpo4

&SO4. 7%0

CaC12. 2H20

Fea4. iH20

& P O 4 . 2H20

CoC12. 6H2 O

@So4. 5H20

-

im4.m20 0

Metano1

Temperatura ,

Agitación

In6nil0

U

X

P

Caidicimes caidiciaies iniciales finales

1.3 g / l 1 .5 g / l < .

1.0 g / i 1.6 z/l

O. 75g/l 0.75g/l

O.ZSg/l 0 .3 g / l

. .

O.O2g/l - o. 02g/l

6 . 5 mg/l ' 6.5 mg/l

0.3 mg/l O . 3 mg/l . . O.OSmg/l O.Osmg/l

3 . O mg/l - 3 . 0 mg/l . . .

'-.0.6 mgi: , , .

.I I). 6. m g / l . f.

26 kjV, . .

, .

. . 1.8% V h 1 .*

32'C I L ' , -. . 32OC

200 rpn ., 200 Tpn

10% .v/v 10% v/v .

0.14 hr-' 0.37 hr-'

1.4 g / l

0.196 g/lh

1 . 5 g / l

0.555 g/lh

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" 35

La mejora me fue posible realizar a los medios iniciales fue nuy significativa logrando menta l a velocidad especlfi- ca de crecimiento en 164%, l a ccmcentración celular final en - 15$or l o que l a Productividad se eleva en 183%.

Con los resultados presentados se pede concluir que e l d i seño factorial disminuye e l tiempo de,experimentaciós? por ser - un buen predictor mostrando e l canportamiento del diseño %es- tigado.

Debido a que los resultados ottenidos a nivel 'laboratorio san muy alentadores, se puede predecir que el escalamiento a - nivel industrial presenta una alta probabilidad. -

.

, .I

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