Diseño conceptual de una planta productora de Yarrowia Lipolytica para su uso como proteína unicelular

Abstract

En el contexto industrial actual, se hace cada vez más relevante el uso responsable de recursos para un desarrollo sostenible. En busca de esto, un concepto importante es el de biorrefinería, que hace referencia al aprovechamiento de todas las fracciones de una biomasa generando distintos tipos de biocompuestos y a la vez cero desechos . Tomando en cuenta dicho concepto, la estable industria algal en el país y la creciente necesidad de obtener nuevas fuentes de proteínas de alto valor biológico para alimentación, es que se propone la utilización del organismo Yarrowia lipolytica, un microorganismo GRAS (del inglés Generally Recognized As Safe) que tendría el potencial de crecer en gran variedad de sustratos produciendo proteínas. Surge entonces el objetivo general del presente estudio que consiste en realizar el diseño conceptual a escala industrial del cultivo de la levadura Yarrowia lipolytica ocupando como sustrato alga fresca Macrocystis pyrifera, con el fin de ser utilizado como proteína unicelular para alimentación animal. Los objetivos específicos del proyecto consisten en: plantear un caso base y realizar el diseño conceptual de las etapas del proceso, entregar los balances de masa y dimensionamientos de los equipos, establecer los requerimientos energéticos de la planta, desarrollar diagramas que ilustren el flujo de material y la organización espacial de las instalaciones y establecer el nivel de influencia de los parámetros de crecimiento de la levadura en el diseño del proceso. Se definió como caso base el procesamiento de 800 [t] anuales de alga fresca. Las principales operaciones del proceso se dividen en tres líneas: pretratamiento del sustrato algal, cultivo del microorganismo en los azúcares liberados y obtención de la proteína unicelular producida, destacando las operaciones de sacarificación, fermentación y secado. Utilizando una metodología predefinida de pretratamiento y datos de crecimiento del hongo en variados sustratos, se estimó una producción de 206,7 [Kg biomasa seca/lote] con un rendimiento de 217,6 [g] de biomasa seca por [kg] de alga seca, asumiendo un contenido de 39% de proteínas. El procesamiento de cada lote toma un tiempo de 3 días, lo que representa una productividad de 27 [g proteína/día], en donde destaca la utilización de un reactor batch de sacarificación de 15,8 [m^3], un fermentador batch de 38,7 [m^3] y un secador spray de 1,05 [m] de diámetro. El estudio de los requerimientos energéticos indica que se requieren 5 corrientes de enfriamiento de agua de un total de ~59.832 [m^3/ lote] para mantener las condiciones de operación de cada uno de los equipos del proceso. Mientras que el análisis de sensibilidad muestra que el parámetro que más afecta la producción de la planta es el rendimiento de biomasa en el sustrato y el diseño de la planta es la tasa de crecimiento del hongo. Dada la falta de información del crecimiento del hongo en el sustrato en estudio, el diseño tiene un alto grado de incertidumbre y responde a una aproximación de la producción industrial. Sin embargo, se proyecta que una vez conocidos los parámetros cinéticos del microorganismo en futuros estudios en laboratorio sea posible validar los supuestos tomados y pensar en el presente diseño como una posibilidad de desarrollo industrial de proteína para alimentación animal.