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Escalado de hidrólisis enzimática de materiales amiláceos a partir de la simulación del proceso aplicando teoría de control

Acosta Pavas, Juan Camilo (2019) Escalado de hidrólisis enzimática de materiales amiláceos a partir de la simulación del proceso aplicando teoría de control. Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia - Sede Medellín.

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Resumen

En el presente trabajo se realizó la aplicación de una metodología de escalado fundamentado en el modelado y simulación de procesos, junto con el uso de herramientas de teoría de control, sobre un proceso de hidrolisis enzimática de almidón de trigo, desde un volumen de 3L hasta 4L, centrándose en las etapas de licuefacción y sacarificación. Se caracterizó el material amiláceo, se evaluaron dos métodos de desactivación enzimática mediante temperatura, pH y efectos inhibitorios por producto (glucosa) a condiciones estándar de hidrólisis obtenidas de experimentos previos. Se determinó la actividad enzimática de las enzimas comerciales _-amilasa producida por Bacillus licheniformis y amiloglucosidasa comercial producida por spergillus niger. Luego, se realizó la hidrólisis enzimática a 3L. La etapa de gelatinización del almidón se realizó térmicamente usando rampas de calentamiento a temperaturas entre los 90_C y 95_C durante 15min. La etapa de licuefacción se realizó a una temperatura de 60_C y pH 5;8 en buffer de ácido fumárico por un periodo de 2;0h usando la enzima _-amilasa con una relación enzima-sustrato de 0;036 %p/p. La etapa de sacarificación se realizó a una temperatura de 60_C y un pH de 4;3 en buffer de _acido fumárico durante un periodo de 6;5h, usando la enzima amiloglucosidasa con una relación enzima-sustrato de 0;18 %p/p. Finalmente se aplicó la metodología de escalado basada en el modelado del proceso, tomando como variables de estado la concentración de glucosa, concentración de malto pentosa, la temperatura del sistema, y como variables de diseño el volumen del reactor, la concentración inicial de enzima y concentración inicial de sustrato. En ambas etapas la dinámica dominante fue la concentración de glucosa, seguida de la concentración de malto pentosa y luego temperatura del sistema, lo que llevó al cambio de las variables de diseño desde la baja escala hasta la alta escala, concentración inicial de sustrato desde 161g/L hasta 180g/L, concentración inicial de enzima en licuefacción desde 0;05mL/L hasta 15;10mL/L y una concentración inicial de enzima en sacarificación desde 0;26mL/L hasta 0;76mL/L. Esto permitió mantener la jerarquía de las dinámicas en la etapa de sacarificación, pero no en la etapa de licuefacción, concluyendo para la etapa de licuefacción, proponer otros valores para las variables de diseño o un nuevo conjunto de estas., Abstract: In the present work, the application of a scale-up methodology based on the modeling and simulation of processes was carried out together with the use of control theory tools on enzymatic hydrolysis of wheat starch scaled from a volume of 3L to 4L, focused in liquefaction and sacchari_cation stages. The amylaceous material was characterized. Two methods of enzymatic deactivation were evaluated, temperature and pH and inhibitory e_ects by product (glucose). The enzymatic activity of the commercial enzymes _-amylase produced by Bacillus licheniformis and amyloglucosidase produced by Aspergillus niger were determined. Then, the enzymatic hydrolysis was carried out at 3L. The gelatinization stage of starch was performed thermally using temperature ramps at temperatures between 90_C and 95_C for 15min. The liquefaction stage was carried out at a temperature of 60_C and pH 5;8 in a fumaric acid bu_er for a period of 2;0h using the enzyme _-amylase with a substrate enzyme ratio of 0;036%w/w. The sacchari_cation stage was carried out at a temperature of 60_C and pH 4;3 in a fumaric acid bu_er for a period of 6;5h using the enzyme amyloglucosidase with an enzyme-substrate ratio of 0;18 %w/w. Finally, the scale-up methodology was applied, taking as state variables the glucose concentration, maltopentose concentration, the temperature of the system. As design variables the reactor volume, the initial enzyme concentration, and the initial substrate concentration. In both stages the dominant dynamic was the concentration of glucose, followed by the concentration of maltopentose and then the temperature of the system, which led to the change of the design variables from the current scale to the new scale, initial concentration of substrate from 161g/L up to 180g/L, initial concentration of enzyme in liquefaction from 0;05mL/L to 15;10mL/L and an initial concentration of enzyme in sacchari_cation from 0;26mL/L to 0;76mL/L, which allowed to maintain the hierarchy of the dynamics in the sacchari_cation stage but not in the liquefaction stage, concluding for the liquefaction stage the selection of another set of design variables.

Tipo de documento:Tesis/trabajos de grado - Thesis (Maestría)
Colaborador / Asesor:Ruíz Coloarado, Angela Adriana
Información adicional:Línea de Investigación: Escalado, Modelado y Simulación de Bioprocesos
Palabras clave:Materiales amiláceos, Hidrólisis enzimática, Escalado de proceso, Índice de estado impactable, Amylaceous materials, Enzymatic hydrolysis
Temática:6 Tecnología (ciencias aplicadas) / Technology > 66 Ingeniería química y Tecnologías relacionadas/ Chemical engineering
Unidad administrativa:Sede Medellín > Facultad de Minas > Escuela de Procesos y Energía
Código ID:72933
Enviado por : Juan Camilo Acosta Pavas
Enviado el día :22 Julio 2019 17:01
Ultima modificación:11 Dec 2019 18:15
Ultima modificación:11 Dec 2019 18:15
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