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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/8096
Título : | PRACTICAS EXPERIMENTALES Y VIRTUALES PARA LA OBTENCION DE HABILIDADES EN EL DESARROLLO DE BIOPROCESOS |
Autor : | CRUZ DIAZ, MARTIN ROGELIO MIRANDA CASTRO, SUSANA PATRICIA |
Fecha de publicación : | 2022 |
URI : | https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/8096 |
metadata.dc.contributor.responsible: | CRUZ DIAZ, MARTIN ROGELIO |
metadata.dcterms.callforproject: | 2022 |
metadata.dc.coverage.temporal: | 2022-2024 |
metadata.dcterms.educationLevel: | Licenciatura |
metadata.dcterms.educationLevel.SEP: | nivel superior |
metadata.dc.description.objective: | Objetivo general: Implementar seis pr�cticas experimentales y virtuales para la obtenci�n de habilidades en el desarrollo de bioprocesos industriales La presente propuesta tambi�n permitir�a desarrollar proyectos de tesis en el campo de la biotecnolog�a industrial. En este sentido, nuestro grupo de trabajo desde hace 5 a�os ha desarrollado el conocimiento de varios bioprocesos que pueden ser escalados a nivel industrial, los cuales pueden generar diferentes temas de tesis, a continuaci�n, se describen tres de ellos. 1. Producci�n de pectinasas sobre c�scara de c�tricos (c�scara de lim�n). 2. Sacarificaci�n enzim�tica de c�scaras de frutos tropicales (c�scara de pl�tano) para obtener azucares reductores y la subsecuente fermentaci�n para obtener �cidos org�nicos. 3. Obtenci�n de quitina/quitosano por un proceso completamente biotecnol�gico. Para alcanzar el objetivo general de la presente propuesta de innovaci�n y mejora de la docencia, a continuaci�n se describen los objetivos espec�ficos. Objetivos especificos: 1. Aislar, propagar, almacenar y mantener una bacteria l�ctica de un consorcio bacteriano contenido en un liofilizado comercial. 2. Desarrollar la caracterizaci�n fisicoqu�mica y cin�tica de una enzima (ureasa) en presencia de su sustrato (urea), para proponer un modelo tipo Michaelis-Menten con inhibici�n por producto, que involucre el efecto de la temperatura a trav�s del modelo de Arrhenius, as� como del pH a trav�s de un modelo de activaci�n complejo enzima-prot�n (H+). 3. Desarrollar una cin�tica microbiana y proponer y estimar los par�metros cin�ticos que describan la producci�n de biomasa y producto, as� como del consumo de sustrato a lo largo del cultivo. 4. Desarrollar un cultivo a nivel biorreactor de 3L de capacidad, en modo intermitente, lote alimentado y continuo. Encontrar las ecuaciones de dise�o de un modelo no estructurado que describan el comportamiento de biomasa, sustrato y producto, en los tres modos de operaci�n del biorreactor. 5. Determinar el coeficiente de transferencia de masa (kLa) y tasa especifica de consumo de ox�geno de un microorganismo aerobio (qO2/X) en un biorreactor, utilizando el m�todo din�mico. 6. Estudiar el escalamiento de un cultivo de un biorreactor de 3L a uno de 20L, empleando correlaciones geom�tricas, n�meros adimensionales y modelos din�micos no estructurados. El objetivo particular 1 y parcialmente el 3 (curva de crecimiento microbiana), se abordar�n en la materia de Microbiolog�a Industrial. Los objetivos particulares 2 al 4 se cubrir�n en Biorreactores. Los objetivos 5 y 6 en la materia de Bioingenier�a. Durante el desarrollo de las pr�cticas propuestas, se generar�n videos tutoriales, que destaquen los aspectos principales de cada pr�ctica. Estos le proporcionar�n al alumno un conocimiento previo del experimento, y lo dirigir�n a la obtenci�n de los resultados y an�lisis de los mismos. A continuaci�n, se describen de manera general, las metodolog�as que se implementar�n para cumplir con los objetivos. |
metadata.dc.description.strategies: | 1. Una capsula de probi�ticos de bacterias l�cticas (BAL) comercial se resuspender� en soluci�n salina (NaCl al 0.9%, p/v), para obtener distintas diluciones. La diluci�n adecuada se sembrar� en placa en agar MRS hasta obtener colonias definidas, se tomar� una asada de la colonia y se sembrar� por estr�a con agar MRS hasta asegurarse que se obtiene un cultivo ax�nico de la cepa. El cultivo listo se almacenar� en refrigeraci�n y debe resembrarse mensualmente. Para propagar al microorganismo, se dispensar� una asada de bacteria en un medio de cultivo MRS en un matraz y se incubar� a 40�C por 72 h, a los medios de cultivo se les medir� la densidad �ptica para identificar las etapas de la curva de crecimiento del microorganismo. 2. Se implementar�n tres corridas experimentales, en las que se mantendr� constante la concentraci�n de la enzima y se variar� la T, pH y S, cada una a la vez manteniendo el resto constantes. La degradaci�n de la urea por acci�n de la ureasa libera (NH4)2CO3, producto de car�cter i�nico que se cuantifica midiendo la conductividad del i�n carbonato. Con los datos experimentales obtenidos se propondr� un modelo matem�tico que considere el efecto del S, P, T y pH (M. Fidaleo and R. Lavecchia, 2003). 3. Se desarrollar�n fermentaciones con L. delbrueckii (BAL) a nivel matraz con medio m�nimo y glucosa en el agitador orbital. A las muestras se les determinar� el pH y la densidad �ptica a 640 nm, el consumo de glucosa (t�cnica de DNS, Miller, 1959) y el contenido de �cido l�ctico por medio de cromatograf�a de gases, GC, la biomasa se determinar� por la t�cnica de peso seco. Con los resultados obtenidos se buscar� un modelo cin�ticos no estructurados que represente los datos y se conocer� el valor de los par�metros correspondientes a cada modelo. 4. Se realizar� una fermentaci�n l�ctica a nivel biorreactor de 3L (que ya se tiene) en modo intermitente. Las muestras retiradas peri�dicamente del reactor se analizar�n de la misma forma que se realiz� en la pr�ctica del objetivo 3. Con los resultados que se obtengan se validar�n las ecuaciones de dise�o de los balances de X, S y P, pH y a partir de ellos se analizar�n las condiciones de operaci�n (flujo de alimentaci�n) que se utilizar�n para establecer los cultivos lote-alimentado y continuo. 5. En el reactor de 3L se realizar� un cultivo aerobio f�ngico con Aspergillus flavipes utilizando 10 g/L de pectina como sustrato, Cuando el cultivo est� en la fase de crecimiento exponencial se determinar�n los coeficientes kLa y qO2X de acuerdo con el m�todo din�mico (Doran, 2002). 6.El escalamiento del biorreactor de 3L a 20L se realizar� con el cultivo f�ngico del punto 5, se utilizar�n los criterios de similitud geom�tricas, correlaciones del kLa y el empleo de n�meros adimensionales (Re, Sh, Sc, N). Con base en los resultados de ese an�lisis, se establecer� el cultivo en el reactor de 20 L y se desarrollar� la fermentaci�n, bajo las mismas condiciones usadas en el reactor de 3L. |
metadata.dc.description.goals: | Metas 1er a�o: En el primer a�o de la propuesta se cumplir�n las siguientes metas. Se realizar�n las pr�cticas experimentales y videos tutoriales de: 1) aislamiento, propagaci�n y mantenimiento de una bacteria l�ctica, 2) estudio cin�tico de la ureasa, 3) cin�tica microbiana de una BAL, 4) fermentaciones en biorreactor en modo intermitente, lote alimentado y continuo (quimiostato). Para cumplir con las metas establecidas, se adquirir�n los siguientes consumibles y equipos complementarios, as� como mantenimiento de equipos. Se comprar� un agitador orbital con capacidad de 12 matraces de 125mL con control de temperatura y velocidad de agitaci�n. La determinaci�n de la concentraci�n de �cido l�ctico se realizar� con el cromat�grafo de gases (Shimadzu 2010), al cual se le dar� mantenimiento y se comprar� los insumos para detectar �cido l�ctico. Se comprar� un kit de DNS para determinar el consumo de glucosa, la biomasa se determinar� por la t�cnica de pesos seco y densidad �ptica a trav�s de espectrofotometr�a (se cuenta con un espectrofot�metro), por consiguiente se comprar� una balanza anal�tica, una centrifuga con potencia de 5000rpm y una incubadora con rango de temperatura entre ambiente a 100�C. Respecto a la operaci�n del biorreactor de 3L en modo lote-alimentado y continuo, se comprar� un sensor de nivel de capacitancia y cuatro bombas perist�lticas, dos se utilizar�n para adicionar y sustraer medio de cultivo en la operaci�n en continuo, las otras dos se utilizar�n para controlar el pH de la fermentaci�n a trav�s de adicionar soluci�n b�sica o �cida. En la operaci�n en modo lote-alimentado s�lo utiliza una bomba perist�ltica para adicionar materia al reactor. Adem�s, se comprar�n consumibles, tales como medios de cultivo MRS, agar papa-dextrosa (PDA), reactivos para preparar medios sint�ticos y cristaler�a de laboratorio. Metas 2do a�o: Pr�cticas experimentales y videos tutoriales: 5) Determinaci�n del coeficiente de transferencia de masa (kLa) y tasa especifica de consumo de ox�geno (qO2/X) de un microorganismo aerobio en un biorreactor de 3L, 6) estudio de escalamiento de un biorreactor de 3L a uno de 20L. Para cumplir con las metas establecidas, se adquirir�n los siguientes consumibles y equipos complementarios. El biorreactor Applikon de 3L cuenta con sensor de ox�geno disuelto y control de agitaci�n, solo se requerir� comprar un kit de repuesto de soluci�n llenadora para electrodo de ox�geno disuelto. Contamos con un rot�metro de acr�lico con rango de 0 a 2.5 LPM, con el cual se ajustar� el flujo de a�re. Se cuenta con un biorreactor de 20L de capacidad para realizar las pr�cticas de biorreactor de dos fases (gas-l�quido) a escala planta piloto y el estudio de escalamiento, el biorreactor est� equipado con sistema de agitaci�n, difusor de aire, serpent�n de calentamiento y puertos de muestreo. El equipo no cuenta con sistema de adquisici�n de datos, de un proyecto externo, se compr� una tarjeta de adquisici�n de datos para computadora PCI express (6036E 16 Bit I/O, 16 inputs, 2 outputs) de la serie NI-X y una interfase BCN-2110 multifuncional para conexi�n de electrodos con terminaci�n BCN, ambos de National Instruments, tambi�n se tiene una licencia de Labview para desarrollar el software del biorreactor en una computadora de escritorio y de esta forma ver la evoluci�n de las variables en graficas visuales. Por lo tanto, para realizar las pr�cticas de forma adecuada en el reactor de 20L, se comprar�n los sensores de pH, temperatura, nivel, ox�geno disuelto y un ba�o de temperatura con recirculaci�n para controlarla en un intervalo de 10 a 80 �C. Tambi�n, se comprar� una computadora de escritorio (Xtreme Pc Gamer Amd Radeon Vega 11 Ryzen 5 8gb Ssd Monitor) para la instalaci�n del programa Labview, la tarjeta de adquisici�n de datos PCI express de NI y la edici�n de los videos tutoriales. |
metadata.dc.description.selfAssessment: | Consideramos que se cumplieron al 100% con los compromisos planteados y actualmente se cuenta con un laboratorio b�sico para reforzar los conocimientos te�ricos de las materias de Microbiolog�a Industrial, Dise�o de Biorreactores y Bioingenier�a. El proyecto gener� un programa de servicio social, proyectos de tesis y de investigaci�n. Durante el desarrollo del proyecto se asisti� a varios congresos nacionales y locales, principalmente en los congresos internos de la FESC fue bien aceptado los avances del proyecto y actualmente en la revisi�n del plan de estudios (tercera etapa) se tiene contemplado implementar un paquete terminal referente al dise�o de bioprocesos o ingenier�a de bioprocesos, la propuesta de este paquete ser� realizada por los integrantes del presente proyecto. Se realizaron 7 video tutoriales que en conjunto forman un curso virtual, estos video permiten al alumno desarrollar las habilidades para desarrollar un bioproceso que es el objetivo final del proyecto, con base en los argumentos mencionados consideramos que la autoevaluaci�n del proyecto es sobresaliente. |
metadata.dc.description.goalsAchieved: | Se cumplieron las metas del primer a�o se implementaron las primeras 4 practicas, se compraron los siguientes accesorios y equipos complementarios para realizar las metas del primer a�o: 1. Agitador orbital con control de temperatura para 9 matraces de 120 mL. 2. Balanza anal�tica con tres decimales de precisi�n para la t�cnica de peso seco. 3. Centrifuga con potencia de 5000 rmp. 4. Incubadora para siembra y propagaci�n de microorganismos. 5. El CG trabaja al 100%. En cumplieron todas las metas del segundo a�o, se implementaron las pr�cticas 5 y 6 y se compraron los siguientes equipos y accesorios 1. Labtop para recibir las se�ales del biorreactor de 3L, 20L y edici�n de videos. Actualmente en la Laptop se carg� el software del biorreactor Applikon y en ella se registran los datos de las variables. El Biorreactor de 20L actualmente funciona de forma b�sica y se logr� hacer la practica de escalamiento a trav�s del estudio del coeficiente de transferencia de masa. Actualmente en el Biorreactor de 20 L un alumno de licenciatura esta realizando nuevos experimentos para la escritura de la tesis sobre el proceso de las pectinasas. La tesis comprometida de escalamiento se esta realizando y en el transcurso del semestre se terminar�, aun as� con los estudios previos se logr� editar el video tutorial. Se Public� un articulo con JCR y factor de impacto alto. |
metadata.dcterms.provenance: | Facultad de Estudios Superiores (FES) Cuautitl�n |
metadata.dc.subject.DGAPA: | Ingenier�as |
metadata.dc.type: | Proyecto PAPIME |
metadata.dc.contributor.coresponsible: | MIRANDA CASTRO, SUSANA PATRICIA |
Aparece en las colecciones: | 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías |
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