enc14-inf088 - Programa Delfín

PROGRAMA INTERINSTITUCIONAL PARA EL FORTALECIMIENTO
DE LA INVESTIGACIÓN Y EL POSGRADO DEL PACÍFICO
VII ENCUENTRO NACIONAL DE PROFESIONALES DE LA INVESTIGACIÓN
Y DESARROLLO TECNOLÓGICO 2014
M. en C. Cesar Reyes Reyes
(UPVT-CA-03)
Universidad Politécnica del Valle de Toluca
Miembro de la mesa de Ciencias Agropecuarias y Biotecnologías
Proyectos desarrollados en la Red
1. Desarrollo y evaluación sensorial de un destilado a partir de Agave salmiana
Trabajo en Colaboración: Dra. en C. Leticia Mónica Herrera. Universidad Autónoma de
Nayarit. Miembro de la mesa de Ciencias Agropecuarias y Biotecnologías, dentro del
Programa Delfín.
Objetivo. Asesoría para participar en la Feria Mexicana de Ciencias e Ingenierías, 2014.
El trabajo experimental fue llevado a cabo por la alumna Evelin Yenitzel Mejía Cerro,
estudiante de la Universidad Politécnica del Valle de Toluca.
Logro: 1er lugar en el área de Ciencias Exactas en la Feria Mexicana de Ciencias e
Ingenierías 2014, Estado de México. Obtención de un nuevo proceso para
aprovechamiento del aguamiel.
Resumen:
Introducción. En la búsqueda de lograr la diversificación de los productos del agave en el
Estado de México, se ha propuesto diseñar un bioproceso para la producción de un
destilado a partir del aguamiel del maguey Agave salmiana, que podría ser una alternativa
viable para la producción de una bebida alcohólica diferente al pulque. El principal
problema a enfrentar en el desarrollo de la bebida destilada fue su sabor y olor, ya que se
sabe que el aguamiel de Agave salmiana al ser fermentada presenta un alto perfil de
esteres como el etilacetato, aldehídos como el acetaldehído, y alcoholes. Estas moléculas
son originadas por las rutas metabólicas de los microorganismos presentes de forma
natural en el agua miel. Objetivo. Desarrollar y evaluar hedónica y sensorialmente una
bebida destilada obtenida a partir de la fermentación de aguamiel de Agave salmiana.
Materiales y Métodos. Extracción. Se extrae el ¨néctar¨ o “aguamiel” del corazón
perteneciente al maguey manso o pulquero de montaña, Agave salmiana.. Cocimiento.
Una vez extraído el aguamiel del maguey es colocado dentro de ollas de acero inoxidable
(autoclaves) donde es cocido a 15 libras de presión con una temperatura de 121 °C
alrededor de 20 minutos, este cocimiento es con el objeto de hidrolizar la inulina (almidón
del agave) en azucares como fructosa y sacarosa, las cuales son fácilmente fermentables,
y eliminar microorganismos presentes. Fermentación. Se prepararon dos mostos con
concentraciones diferentes:1) aguamiel 90%, sacarosa 10%, 2) aguamiel 80%, jugo de
piña 10%, sacarosa 10%. La fermentación se llevó a cabo con la levadura
Saccharomyces cerevisiae con un inoculo de 10 millones de levadura/mL (0.5 g
levadura/L), las condiciones de la fermentación deben de ser anaeróbicas en ausencia de
agitación por un lapso de cinco días a una temperatura constante de 25 °C y un pH de
5.0. Destilación. Al completarse la fermentación, el producto fermentado se trasladó
hacia un sistema de destilación básico el cual está constituido por un matraz tipo bola de
destilación, termómetro, adaptador para destilación ángulo 75º para termómetro,
condensador, mechero, y un matraz Erlenmeyer, dicho proceso consistirá en mantener
una temperatura constante de 78°C en el fermentado, logrando de esta manera evaporar
y condensar el etanol presente en el fermentado, al término de dicho proceso se recolectó
el condensado resultante y se llevó a cabo una dilución para ajustar la concentración de
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alcohol a 20 % Alc. Vol. con agua destilada. Reposo. El destilado ajustado a una
concentración de alcohol de 20 % Alc. Vol. Con agua destilada se colocó dentro de una
barrica en donde reposó por un lapso de un mes dependiendo de la calidad que se quiera
obtener en la bebida. Evaluación. La evaluación sensorial se realizó con un método
descriptivo cuantitativo. La evaluación sensorial y hedónica fue constituida por un panel
integrado de 30 panelistas sin experiencia de ambos sexos, con una edad entre los 18 y
23 años que consuman tequila y mezcal bebidas obtenidas a través del Agave. Se
evaluaron tres sabores manzana, piña y durazno, y una concentración de 2% de colorante
vegetal. Resultados. En cuanto a la evaluación hedónica y sensorial se denotó que la
bebida con una aceptabilidad mayor hasta el momento era la del destilado sabor piña en
cuanto al sabor pero también se tienen que realizar mejoras en el destilado ya que hay
aspectos no tan aceptables como el olor y el color, mientras que los otros 2 destilados en
el caso del sabor manzana en todos los aspectos evaluados es considerada como
agradable, y el destilado sabor durazno sería considerado como el menos aceptado por
los panelistas sin experiencia. Conclusiones. Se logró desarrollar y una bebida
destilada obtenida a partir de la fermentación de aguamiel de Agave salmiana. Falta
optimizar el proceso para obtener mejores resultados en cuanto a sabor y olor.
Bibliografía
- De la Garza, H. O. 2008. Aspectos fundamentales y tecnológicos de la producción de sotol.
Tesis doctoral, UA de C. pp. 31-33.
- De León-Rodríguez A, Escalante-Minakata P, Jiménez-García M.I. Ordoñez-Acevedo L.G. FloresFlores J.L. Barba de la Rosa, A.P. 2008. Characterization of volatile compounds from ethnic
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- Gutiérrez-Jiménez L., González–Herrera S., Soto-Cruz O., De luna-Santillana, E., RutiagaQuiñones O. 2009. Desarrollo Y Evaluación Sensorial De Un Licor A Base De Mezcal.
Congreso Nacional de Biotecnología y Bioingeniería. VII Simposio Internacional de Producción
de Alcoholes y Levaduras.
- Lappe-Oliveras P., Moreno-Terrazas R., Arrizón-Gaviño J., Herrera-Suárez T., García-Mendoza
A., y Gschaedler-Mathis A. 2008. Yeast associated with the production of Mexican alcoholic
non distilled and distilled Agave beverages. FEMS Yeast Res. 8: 1037-1052.
2). Participación en el 7° Congreso Internacional “CUCCAL” “Sobre Inocuidad,
Calidad y Funcionalidad de los Alimentos en la Industria y Servicios de Alimentación”.
Hacia una Cultura de Calidad en el Consumo de Alimentos. 13 al 17 de Octubre, 2014.
Puerto de Veracruz, México. Se participó con la Conferencia: “Diseño del Software
Simulator Bio Process (SSBP) para el desarrollo y optimización de Bioprocesos”. El
Congreso que organizado por SOMMEICA: Sociedad Mexicana de Inocuidad y Calidad
para Consumidores de Alimentos y la Universidad Veracruzana. El Presidente Nacional
de SOMMEICA es el Dr. Juan Antonio Ruiz Cortes, quien también es miembro de la mesa
de Ciencias Agropecuarias y Biotecnologías.
3). Diseño, caracterización y manufactura de un biorreactor mecánicamente agitado
para la producción de bioplasticos.
Trabajo en Colaboración: Dr. Juan Antonio Cortes Ruiz y el Dr. Miguel Ángel Franco Nava
del Instituto Tecnológico de Mazatlán.
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Objetivo. Asesoría para participar en la Feria Mexicana de Ciencias e Ingenierías, 2014.
El trabajo experimental fue llevado a cabo por los alumnos Dulce Olivia Vargas Huerta,
Nicte-Ha Alazañez Valdez y Hebert Iván Domínguez Estrada, estudiantes de la
Universidad Politécnica del Valle de Toluca.
Logro: Proyecto finalista en la Feria Mexicana de Ciencias e Ingenierías 2014, Estado de
México, en el área de Ciencias Ambientales.
Resumen: Introducción. En este trabajo se aborda el problema ambiental que generan
los plásticos obtenidos a partir de derivados del petróleo. Una de las alternativas es el uso
de bioplásticos, estos pueden ser obtenidos de biomasa de plantas, melaza, celulosa o de
desechos industriales. En la actualidad el uso de bioplásticos se ha ido incrementando
debido a la consciencia ambiental de la sociedad, y se pronostica que su uso se extienda
debido a su fácil degradación y compatibilidad con el medio ambiente. Uno de los
problemas que tiene nuestro país es el uso de ácido poliláctico (PLA), el cual se obtiene a
partir de granos de maíz y se importa de Estados Unidos. La disyuntiva en el futuro
cercano será el incremento del precio del maíz debido a su uso industrial, recordando que
México debe importar el 30 % de su consumo interno de maíz y este lo obtiene del país
vecino del norte. Una de las alternativas es producir ácido láctico, precursor del
bioplástico PLA, a través de microorganismos, tal es el caso de las especies del género
Lactobacillus. En este trabajo se aborda el problema desde el punto de vista de la
Ingeniería Bioquímica, es decir, el diseño de fermentadores mecánicamente agitados para
la producción de ácido láctico a través de Lactobacillus plantarum. Objetivos:
- Diseñar un biorreactor aerobio mecánicamente agitado de 5 litros de
volumen.
- Caracterizar ingenierilmente al biorreactor mecánicamente agitado.
- Diseñar en Solid Works Ver. 2012.
- Manufactura, ensamble y puesta en marcha del biorreactor.
- Llevar a cabo cultivo piloto con Lactobacillus plantarum para producir ácido
láctico en el fermentador manufacturado.
Diseño del biorreactor. Se utilizó el software Solid Works Ver. 2012. Se diseñó el
fermentador con las siguientes características: Fermentador de 5.0 L, con dos turbinas
Rushton de 6 paletas, relación entre la altura y diámetro del tanque de 2:1, con 4 bafles
en su interior con ancho del 10 % de diámetro del tanque, diámetro de impulsores de ½
diámetro del tanque. El diseño incluye toma de muestra, puerto para respiración, puerto
para sensores (pH, temperatura, oxígeno, espuma), sistema de enfriamiento, flecha,
engranes, difusor, adaptador de motor. Caracterización del fermentador. Para la
caracterización del fermentador mecánicamente agitado se usarán diferentes velocidades
de agitación y aireación (VVM´s). Se usaron las siguientes correlaciones básicas: para
obtener: consumo específico de potencia, coeficiente volumétrico de transferencia de
oxigeno, número de Reynolds, velocidad superficial, velocidad en la punta del impulsor,
entre otros. Manufactura. Previo a la manufactura del fermentador, y una vez que haya
sido caracterizado, se hizo una simulación de ensamble, prueba de funcionamiento,
adaptación de sensores, acoplamiento de difusor, capacidad del motor, desviación de la
flecha de agitación y resistencia a la esterilización, mediante el Solid Works Ver. 2012. El
fermentador se mando manufacturar al CIATEQ (Centro de Tecnología Avanzada del
Estado de Querétaro-Sede Estado de México). Resultados. El biorreactor se mando a
manufacturas, el cual incluye una jarra de vidrio (Pyrex), se adaptaron los sensores de
oxigeno, pH y temperatura, se le adaptó un engrane y estopero en la parte superior en
donde se le colocó un motorreductor para regular la velocidad de agitación, adaptación de
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una compresora para aireación. Se realizaron cultivos piloto para la producción de ácido
láctico en cultivo batch, obteniendo cinéticas básicas de formación de producto, consumo
de sustrato y formación de biomasa. Conclusiones. Se logró diseñar, caracterizar y
manufacturar un biorreactor mecánicamente agitado operable para la producción de ácido
láctico mediante operación batch. Bibliografía.
Galindo, E. 1996. Traslación de escala. Notas del XXI Curso Latinoamericano de Ingeniería Bioquímica,
Valparaíso, Chile, pp 231-252.
Heinzle, E. Biwer, A. y Cooney W. 2007. “Development of Sustainable Bioprocesses”: modeling and
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Luc A. (2013). Synthesis, Properties, Environmental and Biomedical Applications of Polylactic Acid.
Handbook of Biopolymers and Biodegradable Plastics, Pages 171-188.
Lunt J. 2012. Introduction to bioplastics, Seminar 20 February, Orlando, Florida.
Najafpour G.D. 2007. Biochemical Engineering and Biotechnology. Elsevier´s Science & Technology.
Oxford UK.
Quintero, R. 1987. Escalamiento de fermentaciones, En: Ingeniería Bioquímica. Ed. Alambra Mexicana, Cap.
7, pp. 97-113.
Reséndiz, R., Martínez, A., Ascanio, G. and Galindo, E. 1991. A new pneumatic bearing dynamometer for
power-input measurements in stirred tanks. Chemical Engineering Technology, 14: 105-108.
Nota: Los reportes finales de investigación se encuentran en la página del
Consejo Mexiquense de Ciencia y Tecnología (COMECyT).
4) Segunda Reunión Temática de Ciencias Agropecuarias y Biotecnologías. Se
asistió a la 2da de la Red Temática “Biotecnologías y Ciencias Agropecuarias” en las
Instalaciones de la Unidad de Tecnología de Alimentos de la Universidad Autónoma de
Nayarit, el pasado 20 de Junio. Esta Red de Cuerpos Académicos está integrado por los
siguientes: UAN-CA-55, ITTEP-CA-3, UPSIN-CA-2, UNISON-CA134, UNISON-CA-135,
UPVT-CA-03. El objetivo fue dar seguimiento a los trabajos colegiados de cuerpos
académicos derivados del VI Encuentro Nacional de Profesionales de la Investigación y
Desarrollo Tecnológico 2013, dentro del Programa Delfín.
Perspectivas de la Red
Seguir interactuando en conjunto de especialistas para el intercambio de ideas,
colaboración de proyectos a través de la mesa, fortalecimiento de líneas de
investigación, y publicación de al menos un artículo de investigación.
Aportaciones a la Red
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Se trabajara en la propuesta de un diseño de una planta piloto para la producción
de biosurfactantes (Ramnolípidos) con el Dr. en B. Yañez Ocampo Gustavo de la
Universidad Politécnica de Chiapas. El Dr. Yañez no se encuentra en nuestra
mesa de trabajo, pero pertenece al Programa Delfín. Los objetivos son: a)
Obtención de un manual para la producción de Ramnolipidos por Pseudomonas
aeruginosa empleando Musa paradisiaca L como fuente de carbono. Publicación
de un artículo científico e intercambio de estudiantes (Programa Delfín u otro).
No existe propuesta de una nueva Red temática