Diseño de una estrategia de escalamiento de un biorreactor para el crecimiento de consorcios de hongos marinos filamentosos

Abstract

En las últimas décadas, la búsqueda de fuentes alternativas de proteína como fuente de alimento ha incrementado. En particular, se busca reemplazar la tradicionalmente consumida proteína animal por una alternativa cuya producción sea más sustentable. Dentro de las alternativas estudiadas se encuentra la producción de hongos y micoproteína proveniente del cultivo de estos, gracias a sus altos niveles de vitaminas, minerales y proteínas, además de poseer todos los aminoácidos esenciales, estos son calificados como un alimento altamente nutritivo y bajo en grasas, haciéndolos una buena alternativa a la proteína animal. El cultivo de hongos alimenticios (basidiomicetos) se realiza mediante fermentación en sustrato sólido, tardando entre 10 y 30 días, requiriendo grandes cantidades de terreno y sustrato, además, la cantidad y calidad del producto varía y existen problemas asociados a trazabilidad y riesgos sanitarios. Este proceso puede mejorar a través de la utilización de fermentación sumergida que permite controlar las condiciones de operación para mejorar las deficiencias del proceso y reducir el tiempo de crecimiento a solo días. En esta aplicación se estudió la fermentación sumergida de hongos marinos filamentosos en un biorreactor agitado en búsqueda de la máxima producción posible de biomasa y proteína total. El objetivo general del trabajo es el diseño de una estrategia de escalamiento desde una escala de laboratorio a una escala piloto e industrial, para esto se reprodujo en el laboratorio, el proceso de fermentación con un consorcio de hongos en dos etapas, usando condiciones de operación óptimas para el crecimiento de la biomasa y producción de proteína total. Se extrajeron muestras a lo largo del proceso para medir y estudiar parámetros del sistema tales como la viscosidad y la densidad que serían utilizados para la estimación del coeficiente volumétrico de transferencia de masa (kLa) mediante un método teórico en base al uso de correlaciones, el coeficiente obtenido será usado como base para el escalamiento. Los resultados de la estimación del kLa se validaron al reproducir los resultados de un sistema similar, utilizando el mismo método usado en este trabajo, alcanzando un coeficiente de determinación superior a R2 = 0.886. Además, se determinó el kLa mediante el método del degaseo, este reportó resultados del mismo orden que los previamente obtenidos. Mediante esta validación, se ajustó el método teórico al sistema con tal de disminuir la incertidumbre asociada a la estimación. Finalmente, usando las correlaciones con parámetros ajustados, se determinaron las condiciones de operación que permitirían mantener el kLa deseado a una mayor escala, lo cual permitió finalizar el diseño de la estrategia de escalamiento. Se proyecta que el uso de la estrategia descrita en la sección Estrategia de escalamiento 4.7, permita obtener una estimación de las condiciones de operación necesarias para mantener el kLa determinado en laboratorio y obtener resultados óptimos de crecimiento de biomasa. Se recomienda que al ajustar las condiciones de operación, se preste atención al aumento de esfuerzos de corte y su posible efecto negativo en el crecimiento de biomasa.