proyecto espirulina
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN DE AREQUIPA
FACULTAD DE INGENIRIA DE PROCESOS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA
TITULO DEL PROYECTO:
“CULTIVO MICRO-ALGA (ESPIRULINA PLATENSIS) ”
AUTORES:
PEREZ MENDEZ, RODOLFO ROQUE
CARBAJAL ACHAMPURI, KAROL VIOLETA
LLERENA VALENCIA, BRIAN DUBERTH
HINOJOSA VALDIVIA, BLANCA
MARIQUE GARCIA, SILENA
MODALIDAD
PRE-GRADO
AREQUIPA – PERU
FECHA DE ENVIO
2008-09-27
Contenido:
Capitulo I
1.- Aspectos generales.
1.1.- Datos nominales del proyecto.
1.1.1.- Titulo
1.1.2.- Localización del proceso.
1.1.2.1.- Macro localización.
1.1.2.2.- Micro localización.
1.2.- Objetivos.
1.2.1.- Objetivos generales.
1.2.2.- Objetivos específicos.
1.3.- Definición del problema.
1.4.- Justificaciones.
Capitulo II
2.- Estudio del mercado.
2.1.- Generalidades.
2.2.- Encuestas.
Capitulo III
3.- Estudio de la Materia Prima.
3.1.- Materia prima principal del proyecto.
3.1.1.- Definición Materia Prima.
3.1.2.- Descripción de la materia.
3.1.2.1.- Nombre Común.
3.1.2.2.- Nombre Científico.
3.1.2.3.- Características Biológicas Nutricionales.
3.1.2.4.- Usos y Aplicaciones.
Capitulo IV
4.- Desarrollo Experimental.
4.1.- Tecnología del proceso.
4.1.1.- Método de producción
4.1.1.1.- Construcción de la planta
4.1.1.2.- Construcción del bioreactor.
4.1.1.3.- Diseño de la posa.
4.1.1.4.- Construcción del área eléctrica.
4.2.- Condiciones de cultivo.
4.2.1.- Temperatura.
4.2.2.- Radiación.
4.2.3.- Agitación.
4.2.4.- Alcalinidad del medio.
4.2.5.- Salinidad.
4.3.- Descripción del proceso.
4.3.1.- Inoculación.
4.3.2.- Escalamiento.
4.3.3.- Cosecha
4.3.3.1.- Filtración.
4.3.3.2.- Centrifugación.
4.3.4.- Secado.
4.4.- Diagrama de flujo.
Capitulo V
5.- Costos de producción.
6.- Anexos.
7.- Bibliografía.
INTRODUCCION
Para el desarrollo de nuestro proyecto en el curso de microbiología industrial
optamos por la investigación de la micro-alga ARTHROSPIRA PLATENSIS
mas conocida como espirulina, con el propósito de conocer su proceso de
desarrollo para una producción en pequeña escala.
En este proyecto incluimos el diseño y construcción de una planta piloto
considerando todos los variables que influyen y afectan la producción de la
espirulina (temperatura, pH, luz, turbidez), con el acondicionamiento de equipos
construidos (agitador, centrifuga, disco secchy) en la misma planta con
materiales asequibles, instalaciones de suministro eléctrico, etc., En el
crecimiento de la micro-alga.
Capitulo I
1.- Aspectos generales.
1.1.- Datos nominales del proyecto
1.1.1.- Titulo.
Producción y aplicación microbiana de la Arthrospira Platensis
1.1.2.- Localización del proceso.
1.1.2.1.- Macro localización: Ciudad de arequipa
1.1.2.2.- Micro localización: Quebrada de Coscollo, Socabaya
Vista Satelital 2008, Socabaya
1.2.- Objetivos.
1.2.1.- Objetivos generales.
� El proyecto tiene el propósito la producción de la Arthrospira
Platensis.
1.2.2.- Objetivos específicos.
� El proyecto tiene como finalidad instalar un prototipo de planta piloto
para el cultivo tecnificado de la espirulina.
� Evaluar la cinética de producción a pequeña escala.
� Evaluar los factores que afectan la productividad de la espirulina a
pequeña escala.
� Evaluar la parte de rentabilidad del proyecto
1.3.- Definición del problema.
En los países en desarrollo debido al crecimiento poblacional la desnutrición
representa un grave problema, además del aumento de los costos de
alimentos de consumo diario por lo que la producción de fuentes alternativas de
alimento es de suma importancia y se busca obtener alimentos con alto
contenido nutricional accesible a todo público.
1.4.- Justificaciones.
El proyecto pretende presentar una alternativa recomendable para la
producción de una nueva fuente alimenticia de bajo costo y alto contenido
nutricional.
La Espirulina representa una de esas alternativas, pues además de sus
propiedades nutritivas, su cultivo tiene pocas dificultades ya que crece en
aguas altamente a1calinas y por ello la probabilidad de contaminación con
otros microorganismos es limitada y no se requieren de grandes esfuerzos y,
finalmente, estudios de toxicidad revelan que es inocua pudiéndose utilizar
como suplemento alimenticio para animales y humanos
Capitulo II
2.- Estudio del mercado.
2.1.- Generalidades.
Estudia el comportamiento de los consumidores para detectar sus necesidades
de consumo y la forma de satisfacerlas, y averiguar sus hábitos de compra
(lugares, momentos, preferencias), etc. Su objetivo final es aportar datos que
permitan mejorar las técnicas de mercado para la venta de un producto o de
una serie de productos que cubran la demanda no satisfecha de los
consumidores.
Con el estudio de mercado pueden lograrse multiples de objetivos y que puede
aplicarse en la práctica de los cuales mencionaremos algunos de los aspectos
mas importantes a analizar, como son:
El consumidor
� Sus motivaciones de consumo
� Sus hábitos de compra
� Su aceptación de precio, preferencias, etc.
El producto
� Estudios sobre los usos del producto.
� Tests sobre su aceptación
� Estudios sobre sus formas, tamaños y envases.
2.2.- Encuestas.
Se realizo la siguiente encuesta a un sector universitario, obteniendo los
siguientes resultados:
Resultados Obtenidos:
1)
S abe que es un Alg a?
88%
12%
S I NO
2)
Alg una vez a es c uc hado s obre la
es pirulina?
77%
23%
S I NO
3)
Conoce sus propiedades nutricionales?
23%
77%
S I NO
4)
D e s aber s us propiedades , la
c ons umiria?
87%
13%
S I NO
PROPIEDADES SEÑALADAS
• Antioxidantes
• Proteicas
• suplemento nutricional
• energéticos
• alto contenido de vitaminas
5)
C ons ume E s pirulina?
0%
100%
S I NO
6)
C ons umiria es pirulina c omo
s uplemento alimentic io?
NO - 19%
No S abe
2%
S I - 79%
7)
S abe el c os to de la es pirulina? C ual
es s u valor?
NO -
88%
No S abe
6%S I - 6%
Datos Obtenidos
Cual es su valor?
• S/ 60.00
• Capsula de 120 tabletas – S/ 50.00
Cuanto pagaría?
• S/ 1.00
• Dependiendo de la cantidad
• Lo mas económico posible
• S/ 20.00
• S/ 30.00
8)
Al s aber mas de la E s pirulina c omo
le g us taria c ons umir?
P an 9%
Otros 4%
C aps ulas
42%
H elados
43%
No S abe
2%
Otros:
• Bebida.
• Hamburguesa.
• Caramelo.
• Galletas.
Capitulo III
3.- Estudio de la Materia Prima.
3.1.- Materia prima principal del proyecto: ARTHROSPIRA PLATENSIS
3.1.1.- Definición Materia Prima.
CLASIFICACION CIENTIFICA Reino: Bacteria
División: Cianobacteria Clase: Cyanophyceae Orden: Oscillatoriales
Genero: Spirulina
Desde 1989 se ah reconocido que estos dos géneros son distintos y que estas
especies pertenecen al genero ARTHROSPIRA( ( Tomaselli 1997)
ARTHROSPIRA PLATENSIS Es una de las algas mas primitivas, Es de color
verde azulado No tiene núcleo y sus membranas celulares son suaves sin la
dura celulosa que tienen otras algas Esta característica asegura una fácil
asimilación de sus nutrientes. Tienen una estructura filamentosas, no
diferenciadas multicelulares cuyas células cilíndricas tienen un ancho de 3 a
12 µm a veces llegan a 16 µm sus triconas (filamentos) tienes un patrón de
arreglo en forma de hélice abierta y llegan ah medir 100 a 200º hasta 500 µm a
inclinación de una vuelta de la hélice generalmente varia de 10 a 70 µm y el
diámetro de la misma mide de 20 a100 µm estas ultimas características
dependen en gran medida de las condiciones ambientales y de crecimiento.
Poseen una membrana plasmática rodeada por una pared celular
multiestratificada, gran negativa que se caracteriza por presentar una serie de
poros alrededor del tricoma, encontrándose dividida por septos visibles al
microscopio óptico. La pared está envuelta en una cápsula o vaina compuesta
por polisacáridos.
Otros componentes celulares son las inclusiones del citoplasma, como los
gránulos de glucógeno depositados principalmente en el citoplasma que se
encuentra entre la membrana tilacoidales que actúan como fuente de carbono y
energía. Los gránulos de lípidos se localizan cerca de la superficie celular y se
almacenan, siendo utilizados en la síntesis de la membrana. Los gránulos de
cianoficina constituido por polipeptido compuestos de dos aminoácidos
(arginina y acido aspartico) que funcionan en la conversión del nitrógeno ; los
cuerpos de polifosfato y los carboxisomas que almacenan la ribulosa (rubisco)
,enzima que cataliza la unión de CO2 a la ribulosa 1,5 bifosfato en el ciclo de
kelvin , con formación de glucógeno como material de reserva. es capaz de
realizar la fotosíntesis oxigénica y de fijar el nitrógeno del medio. Puede crecer
en medios minerales que tengan CO2 como fuente de carbono y N2 como
fuente de nitrógeno a partir de desechos, nitrógeno atmosférico o de la
respiración bacteriana
Las vesículas de gas presentes se localizan en espacios intetilacoidales e les
confieren su capacidad de flotación. Mediante este mecanismo regulan sus
migraciones diurnas dentro de la columna de agua, permitiendo que las algas
se mantengan en las zonas donde el proceso de fotosíntesis es óptimo y la
cantidad de nutrientes necesarios
La reproducción se lleva a cabo por fisión binaria transversal el alargamiento
del tilacoide se debe a numerosas divisiones transversales de as células del
mismo la multiplicación ocurre solo por fragmentación del ticoma es
intracelular, involucrando la destrucción de la célula intercalar.
CICLO DE CALVIN
3.1.2.- Descripción de la materia.
3.1.2.1.- Nombre Común: ESPIRULINA
3.1.2.2.- Nombre Científico: ARTHROSPIRA PLATENSIS.
3.1.2.3.- Características Biológicas Nutricionales.
El valor de espirulina (arthrospira) radica principalmente en la gran variedad de
macro nutrientes y micronutrientes que contiene, algunos de los cuales ni
pueden ser sintetizados por el organismo humano, así como algunas de sus
propiedades Tales como incrementar los niveles de energía reducir el estrés
premenstrual incrementar el rendimiento de atletas mejorar su apetito y ofrecer
protección antioxidante.
Esta cianobacterias es fuente rica en proteínas, aminoácidos, vitaminas,
minerales y otros nutrientes pre lo que uno de sus principales usos es como
suplemento alimenticio. Ya sea en polvo encapsulado, en tabletas como
sustituto de harina etc.
Componentes:
Proteína Cantidad : más que pescado (15-25%) - soja (35%) - granos (8-14%) - leche (3%) Calidad: aminograma de: no esenciales y esenciales (limitantes: metionina, cisteina) - 100% de la ingesta diaria de AA esenciales de hombre adulto cubiertos por 36 g de Spirulina - Dietas de alta proteína y baja caloría (embarazadas, deportistas)
Lípidos: muy bajo y sin colesterol y alta proporción de AG (20-40%) y EFA: PUFA de las tres familias ω que abundan en microalgas 18:2 ω6 linoleico 18:3 ω6 γ - linolénico (GLA) 20:3 ω6 homo- γ -linolenico 20:4 ω6 araquidónico 18:3 ω3 β-linolénico 20:5 ω3 5,8,11,14,17 eicosapentaenoico 22:6 ω3 7,10,13,16,19 docosahexaenoico 20:3 ω9 5,8,11 ecosatrienoico γ linolenico (GLA) y araquidónico = precursor de prostaglandinas (PGE1) γ linolenico: 25% en Spirulina Araquidónico: 36% de AG en Porphyridium Reducen colesterol (arterioesclerosis / infarto & embolias) y sindrome pre-
Vitaminas B-caroteno 10 x + q zanahorias anticanceroso (cis-trans) B-12 + que carne B-1, B-2, E Minerales Fe 50 + q espinacas Mn, Mg, Ca 10x + que leche Se 100x+ que cualquier vegetal (antioxidante) Carbohidratos ramnosa y glucogeno = facilmente absorbidos sin mucho gasto de insulina Pigmentos - carotenoides: 0.37% del PS - clorofila: green blood 1.1% (Chl-a) / (Chlorella 2-3% Chl-b) - ficocianina llega hasta el 20% del PS (estimula defensas inmunitarias, anticancer) Enzimas SOD - reduce radicales libres = retarda
65%
3%20% 5% 7%
Proteina
Humedad
Carboh.
Lipidos
Mineral.
menstrual envejecimiento y cáncer 3.1.2.4.- Usos y Aplicaciones.
Actualmente se le emplea cada vez más como fuente de pigmentos naturales,
vitaminas y ácidos grasos, así como para la obtención de aditivos utilizados en
fórmulas farmacéuticas alimentos En acuacultura se utiliza como alimento para
moluscos, micro crustáceos y sobre todo para peces, ya que ayuda a mantener
sana su piel e intensifica la coloración de la misma, además de incrementar las
tasas de crecimiento, supervivencia y fertilidad. En algunos países se utiliza
como alimento para aves de ornato, para gatos y perros, Especialmente para
las hembras con crías, y como tónico para caballos, Vacas y semental
Por otro lado, en los últimos años se han hecho diferentes estudios acerca de
los efectos que Espirulina tiene sobre algunos roedores y en el humano.
Algunos de estos efectos son la inmuno-regulación, efectos antioxidantes, anti
cancerígenos, antivirales, antitóxico s y contra la hiperlipidemia y la
hiperglicemia
Se ha comprobado a nivel experimental, in vivo e in vitro, su efectividad en el
tratamiento de algunos tipos de alergias, anemia y leucemia en otros tipos de
cáncer, en reducción de hepatotoxicidad, en enfermedades vitales y
cardiovasculares, diabetes, obesidad, inmunodeficiencia y procesos
inflamatorios, entre otros Por lo anterior es considerada como un promotor de
la salud o nutracéutico como:
� Hiperlipidemia : la espirulina reduce el colesterol total, mejora la
proporción de HDL y LDL, impide la elevación de los niveles de
triglicéridos en la sangre y el hígado, y reduce el Índice
� Aterogénico, una medida directa del riesgo de enfermedades
cardiovasculares en seres humanos. Elimina la acumulación de grasa en
el hígado, y estimula la recuperación desde este estado.
� Antitumorales : el beta-caroteno de la espirulina es eficaz contra las
células tumorales.
� Efectos inmunológicos : elimina la hipersensibilidad retardada, mejora
general de la respuesta inmunológica, y refuerzo de la respuesta inmune
primaria contra diversos antígenos.
� Toxicidad renal : la fitocianina, compuesto colorante de la espirulina,
ejerce un efecto protector contra el fallo renal y el ocasionado por
mercurio y fármacos tóxicos para el riñón.
� Obesidad : la espirulina puede reducir significativamente el peso
corporal de los pacientes obesos.
La abundancia de proteínas y de vitaminas del complejo B la convierten en un
complemento muy importante para mejorar el valor nutritivo de la dieta.
Por su elevada concentración de betacaroteno ayuda a corregir las alteraciones
de la vista provocadas por carencia de vitamina A.
Es, junto con la leche materna, el principal alimento que contiene cantidades
apreciables del ácido graso esencial gammalinolénico (GLA), que interviene
en la regulación de toda la red hormonal.
El consumo de espirulina multiplica la población de lactobacilo, un
microorganismo intestinal que mejora la digestión, la absorción de nutrientes,
protege de infecciones y estimula el sistema inmune.
Una cucharada al día basta para resolver la anemia ferropénica, la deficiencia
mineral más común del mundo.
Esta extraordinaria productividad supone un rendimiento en proteínas que
supera en 20, 40 y 400 veces el que se obtendría dedicando la misma
superficie a producir soja, maíz o vacuno, respectivamente.
Capitulo IV
4.- Desarrollo Experimental.
4.1.- Tecnología del proceso.
4.1.1.- Método de producción.
4.1.1.1.-CONSTRUCCION DE LA PLANTA PILOTO
La espirulina vive en agua a la vez salada y alcalina, contenida en un recipiente
donde tendremos que considerar el control de las siguientes variables:
� Adecuada Alimentación.
� Temperatura.
� Radiación Solar.
� Agitación – Aireación.
� Control de pH.
Considerando los requerimientos ya descritos, utilizamos un tanque de agua
con una capacidad de 20 litros, al cual se le perforaron 5 orificios en la parte
superior de un diámetro de 6 cm., para la adecuada aireación; en la parte
inferior le incoporamos una tubería unida a una bomba la cual tiene la funcion
de proporcionar la descarga a nuestro tanque para el segundo escalamiento,
todo esto contenido en un trípode de fierro, uniones, niples, de plastico, y
demas accesorios.
4.1.1.1.1.-CONSTRUCCION DEL BIOREACCTOR
La aireación y la agitación se proporciona por medio de una compresora unida
al tanque por medio de una manguera
4.1.1.1.2.- DISEÑO DE LA POSA:
Teniendo como base un piso de ladrillos, comenzamos la construcción con el
apilamiento de ellos, formando un cubo de las siguientes medidas:
� Altura: 0.24 metros
� Ancho: 1.9 metros.
� Largo: 2.8 metros.
� Volumen total : 1.0512 m3
Se separó la posa en 4 espacios proporcionados con ayuda de 3 filas de
ladrillos como se muestra en la imagen.
El volumen total fue considerado descontando el volumen que ocupan las
columnas divisorias.
Solo se utiliza la mitad de la posa, temporalmente, por la poca cantidad de
espirulina producida. Por lo cual tenemos un volumen de producción de
espirulina de 0.5256 m3
A esta posa la cubrimos con con 6 metros de polietileno blanco, este color se
eligio con el proposito de observar el aumento de la concentración de la
espirulina y controlar su limpieza.
Para la agitación de la espirulina dentro de la posa, se le incorporo un
motoreductor que tiene un eje con uniones soldadas para las paletas
(construidas de fierro y maderas en los extremos ) ; este motoreductor nos
proporciona el movimiento de las paletas ubicadas en los espacios con el fin
que transcurra el fluido en forma circular alrededor de las columnas.
Para la cubierta de la posa se utilizó una plástica transparente opaca, para que
haya una invernación y se mantenga la limpieza del agua, esta cubierta fue
considerando el adecuado espacio para el agitado de las paletas, dejandole
una abertura para su respiración, el ingreso de alimentos y control de
parámetros.
Otros metodos de realizar económicamente estos estanques es utilizando
plásticos de 0,5 mm de espesor (PVC, EVA), de calidad alimentaria de
preferencia; los laterales son soportados por un muro de ladrillos o una
estructura de madera o tubos metálicos o PVC. Si hay termitas en la región, se
recomienda colocar bajo el plástico una delgada capa de ceniza y una capa de
arena seca.
El hormigón es un buen material para los estanques, pero necesita albañiles
experimentados. La calidad del revoque es muy importante.
Un invernadero sobre los estanques ofrece muchas ventajas a condición de
que pueda ser aireado y sombreado.
La agitación de los estanques se puede hacer a mano o con escoba, una vez
cada hora o dos horas (mas frecuente si el sol es fuerte). Si se dispone de
electricidad se puede utilizar pequeñas bombas de acuario para agitar los
estanques (una potencia media de 1 W/m² es suficiente).
Los estanques industriales son agitados con paletas, pero ésta es una técnica
considerada como un poco difícil a emplear para los pequeños estanques
artesanales que son los que aquí nos interesan. Los estanques construidos de
apariencia semi-industrial son agitados por medio de un eje y paletas
conectadas a un moto-reductor y a un motor.
El agua utilizada para hacer el medio de cultivo debe ser limpia o filtrada para
eliminar las algas contaminantes. El agua potable es conveniente. Si contiene
demasiado cloro, se debe aerear. Si el agua es muy dura, provocará la
formación de depósitos desagradables pero no peligrosos. La utilización de
agua salobre puede ser interesante pero es necesario analizarla antes de
utilizarla. Algunas aguas contienen bastante o demasiado magnesio y/o hierro.
* El hormigón: también denominado concreto en algunos países de ibero América (se trata de un calco
semántico), resulta de la mezcla de uno o más conglomerantes (generalmente cemento) con áridos
(grava, gravilla y arena), agua y, eventualmente, aditivos y adiciones. El cemento se hidrata en contacto
con el agua, iniciándose complejas reacciones químicas que derivan en el fraguado y endurecimiento de
la mezcla, obteniéndose al final del proceso un material con consistencia pétrea. La principal
característica estructural del hormigón es que resiste muy bien los esfuerzos de compresión.
* Revoque: Cubierta de cal, yeso u otro material que pone en los muros o paredes.
* Moto-reductor: Consta de un sistema de engranajes la cual tienen por función de reducir la velocidad y
aumentar la fuerza del motor.
* Salobre: Que contiene sal o sabe a ella.
El agua de mar, muy rica en magnesio, puede ser utilizada pero con
precauciones o tratamientos que no están incluidos en este documento.
En nuestra practica para la producción de la espirulina en las pozas, se
requierieron la construccion de bioreactores para un escalamiento progresivo,
ya que solo se conto inicialmente con una cantidad mínima de 3lts de la
Arthrospira Plantensis.
4.1.1.1.3.- CONSTRUCCION DE LA CENTRIFUGA:
Para la velocidad utilizamos el motor que le daba el movimiento al tambor de
una lavadora. Este tambor fue forrado con tela para la filtración de la espirulina
con un orifio en la parte inferior para la salida del agua (no desperdiciada).
A esta centrifugadora tambien se le hizo su respectiva base.
A nivel industrial de utilizan filtros prensa (para recoger la espirulina en forma
de torta), filtros por centrifgacion , etc
4.1.1.1.4.- CONSTRUCCION DEL AREA ELECTRICA:
Para este paso se tuvo mucho cuidado, se puso una palanca a un nivel alto
para evitar riesgos. Todas los motores son controlados por un tablero de
control.
4.2.- CONDICIONES DE CULTIVO
Cuando se quiere cultivar es necesario controlar las siguientes variables
4.2.1.- Temperatura :
El crecimiento de la espirulina se da entre 25-40ºC, siendo el rango de mayor
producción entre 35-40ºC.
En nuestro caso, la temperatura es de 37ºC, debido al efecto invernadero que
ocasiona el plástico transparente que recubre las pozas.
4.2.2.- Radiación :
La mayor producción se da entre 30-50 klux.
Se diseña de forma tal que minimiza las pérdidas de calor para mantener la
temperatura constante, con un recubrimiento en poliestireno expandido.
4.2.3.- Agitación:
En la superficie del medio de cultivo se forma una capa compacta y densa de
espirulina debido al crecimiento competitivo de las mismas, que limita el paso
de la luz al fondo del recipiente, actuando como aislante térmico y formando
una estratificación* en el perfil de vertical de temperatura del medio de cultivo.
Hasta 10ºC de diferencia entre la superficie y el fondo del estanque. Esto limita
el crecimiento del alga a la superficie del líquido, desaprovechándose la mayor
parte del volumen del estanque. Como respuesta a este problema, se utiliza la
agitación del medio de cultivo para:
� Permitir que mayor número de individuos puedan exponerse a la luz solar
o artificial.
� Permitir mayor intercambio gaseoso entre el medio ambiente y el medio
de cultivo, favoreciendo la liberación del oxígeno generado por la
respiración.
� Disminuir la estratificación y formación de coágulos o grumos, que
impiden el paso de la radiación hacia el interior del medio de cultivo.
� Disminuir la precipitación de sales del medio de cultivo, manteniendo
una mezcla de sales más homogénea. Estos efectos benefician el
crecimiento y productividad del cultivo
� Sin embargo, el verdadero rol de la agitación en el aumento de la
producción alga todavía debe ser evaluado.
Se han observado efectos positivos provocados por una intensa agitación
sobre la productividad solamente en cultivos algales que se desarrollan en
estanques agitados por ruedas de paletas. En biorreactores cerrados, con
utilización de bombas, el efecto positivo puede ser enmascarado debido al
daño mecánico que sufren las paredes de las células. En biorreactores de
columnas de burbujeo, la provisión de aire sirve para el doble propósito de
proveer turbulencia y remoción del oxígeno. Así, es más difícil evaluar si la
influencia sobre la productividad se debe al grado de turbulencia alcanzado o
proviene del bajo contenido de oxígeno disuelto en el medio.
Se recomienda una velocidad de 30 cm/s La agitación se realiza durante 15
minutos por hora y en el período de luz (de 8:00 horas a 20:00 horas). La
velocidad de giro del eje de transmisión es de 8 revoluciones por minuto,
siendo el descenso del extremo de la barra de contacto.
*Estratificación: Disposición de las capas o estratos de un terreno, por el depósito de
sedimentos o materiales en capas horizontales.
4.2.4.- Alcalinidad del medio :
Los mejores resultados se obtienen con valores de pH 10-11.
4.2.5.- Salinidad:
Entre 1500 - 5250 g /m2, en un estanque de 15 cm de profundidad.
Se puede obtenerse disolviendo los productos químicos siguientes en el agua:
Si se utiliza sal no refinada, no se necesita el sulfato de magnesio.
La solución de hierro se prepara disolviendo 50 g de sulfato de hierro (FeSO4,
7H2O) y 50 ml de ácido clorhídrico concentrado en un litro de agua. Se puede
también utilizar una solución saturada de hierro (clavos) en vinagre con un
poco de jugo de limón o carambola.
Este medio de cultivo se utiliza para iniciar nuevos cultivos o para completar el
nivel de los estanques luego de vaciarlos parcialmente.
La composición arriba mencionada puede variar en amplias proporciones. Así,
en lugar de los 8 g de bicarbonato, se puede utilizar una mezcla de 5 g de
carbonato de sodio y 1 g de bicarbonato, obteniendo un pH de 10,4.
Ciertos iones pueden ser introducidos en cualquier concentración, aunque
limitada por la salinidad total que no debe sobrepasar de 25 g/l. Se trata de los
g/litro
Bicarbonato de sodio 8
Sal 5
Nitrato potásico (o salitre) 2
Sulfato dipotásico 1
Fosfato monoamónico 0,1
Sulfato de magnesio (MgSO4,7H2O) 0,2
Solución de hierro (10 g de Fe/l) 0,1
Cal (si el agua es muy poco dura) 0,02
iones: sulfato, cloruro, nitrato y sodio.
Los iones fosfato, magnesio y calcio no pueden ser utilizados en
concentraciones muy elevada sin provocar la formación de depósitos minerales
y desequilibrios en la fórmula.
La concentración en potasio puede ser aumentada a voluntad, salvo que ella
no supere 5 veces la concentración de sodio (se trata de concentraciones en
peso). Esto permite utilizar la potasa extraida de la ceniza de madera, con la
lejía como reemplazante del bicarbonato/carbonato de sodio (es necesario
dejar la lejía expuesta al aire suficiente tiempo para que ella se carbonate hasta
que su pH baje debajo de 10,8 antes de utilizarla como base del medio de
cultivo).
En caso de necesidad (o situación de sobrevivencia) es posible reemplazar
nitrato, fosfato y sulfato con la orina de personas o animales en buena salud y
que no consuman medicamentos como antibióticos. La dosis es de 4 ml/l de
medio.
El nivel normal de medio de cultivo en un estanque es alrededor de 20 cm,
aunque es posible cultivar con 10 cm hasta 40 cm.
4.3.- Descripción del proceso productivo.
4.3.1.- INOCULACION
Escoger una simiente (cepa) de spirulina bien espiralada, con pocos o no
filamentos rectos (al menos 50 % espiralada. Una simiente concentrada se
obtiene fácilmente a partir de un cultivo en buena salud, tomándola de la nata o
rediluyendo con medio de cultivo una masa de spirulina fresca cosechada pero
no exprimida. A la concentración máxima de 3 g de spirulina (contada en seco)
por litro, la simiente se puede guardar y transportar durante una semana sin
que ella se degrade, ésto a condición de que el recipiente sea medio lleno y
ventilado al menos dos veces por día. Si la ventilación se hace con burbujas
contínuas de aire, la concentración puede llegar a 10 g/l.
La inoculación consiste simplemente en mezclar la simiente con el medio de
cultivo. Es recomendable mantener un nuevo cultivo inicialmente y en curso de
crecimiento (dilución progresiva con medio de cultivo nuevo) con una
concentración de spirulina alrededor de 0,3 g/l (bien verde).
Se puede esperar una tasa de crecimiento de 30 % por día si:
� La temperatura es correcta,
� El medio de cultivo es a base de bicarbonato,
� Se aumenta la superficie del estanque manteniendo la profun didad del
cultivo a bajo nivel (no superando 10 cm) y la concentración de spirulina
alrededor de 0,3 g/l.
*Cepa : es una muetra de algo que vas a sembrar en un medio de cultivo propisio para que
cresca y de ahi descubrir algun microorganismo.
Cuando la superficie final del estanque es la deseada, aumentar el nivel y la
concentración del cultivo hasta el nivel deseado y la concentración optima de
0,4 g/l antes de iniciar la cosecha.
4.3.2.- ESCALAMIENTO :
El primer escalamiento se realizo inicialmente con una cantidad de espirulina
en 3 litros, las proporciones fueron de 3 a 1 (3 de agua y 1 de espirulina).
El segundo escalamiento se realizo ya con 20 litros de espirulina (del
bioreactor) , este se hizo con proporciones de 3 a 1 igualmente, alcanzando
una cantidad de 80 litros, la cual se fue reproduciendo para la posa 1.
4.3.3.- COSECHA.
El mejor momento para la cosecha es temprano en la mañana, por muchas
razones:
� la baja temperatura hace el trabajo más agradable,
� habrá más horas de sol para secar el producto,
� el porcentaje de proteínas está a su máximo en la mañana,
� la filtración está mas rápida.
La cosecha comprende esencialmente dos etapas:
4.3.3.1.- Filtración
para obtener una biomasa a 10 % de materia seca (1 litro = 100 g de seco),
La filtración se efectua simplemente por gravedad a través de una malla
sintética (polyester o polyamide) de aproximadamente 40 µ (0,04 mm) de
apertura. El filtro puede ser un saco colocado encima del estanque para reciclar
directamente lo filtrado. Antes de ser filtrado el cultivo debe pasar por un
colador o un tamiz de malla 0,3 mm para eliminar los cuerpos extraños como
insectos, trozos de vegetales, etc. Se puede hacer uso de un recipiente de
bordes rectos, evitando mover el fondo donde se encuentran los depósitos. La
filtración se puede acelerar moviendo o raspando suavemente la malla. Cuando
la mayor parte del agua es colada, la spirulina (la biomasa) se junta formando
como una "bola" gracias al movimiento de la malla. A veces, la bola no puede
formarse bien o se pega.
4.3.3.2.- Centrifugado
Este paso tiene el fin obtener la espirulina pura y fresca lista para ser
consumida o secada conteniendo alrededor de 20 a 25 % de materia seca
según las cepas y la salinidad del medio.
Un paso importante es reciclar el medio de cultivo residual para no
desperdiciar nutrientes.
El exprimido final se hace simplemente a presión: la biomasa se pone como
una torta de unos centímetros de espesor en una malla (la misma que sirve
para la filtración es buena, preferablemente doblada por una tela fuerte de
algodon) entre dos placas ranuradas con pesos encima (piedras, ladrillos,
bloquetas, etc.) o en una prensa o un lagar. Una presión de 0,2 kg/cm² durante
un cuarto de hora es suficiente para eliminar el agua intersticial.
Este sistema es más adecuado que el lavado con agua para eliminar los restos
del medio de cultivo sin destruir la spirulina, salvo que el exprimido sea muy
difícil o imposible debido a una biomasa de calidad inferior (100 % de
filamentos rectos por ejemplo). En este ultimo caso el lavado debe hacerse de
preferencia con agua potable ligeramente salada y acidificada.
4.3.4.- SECADO.
En la industria la spirulina es casi siempre secada por atomización en aire a
muy alta temperatura, durante un tiempo muy corto; este proceso da un
producto de extrema fineza y poca densidad aparente. Este proceso es
imposible de ser utilizado en pequeña escala. La liofilización es un proceso
ideal para la calidad, incluso en pequeña escala, pero de costo tremendo.
El secado solar es frecuentemente utilizado por los pequeños productores, pero
requiere de algunas precauciones. Si la exposición al sol directo es utilizada,
que es la más rápida, debe ser de muy corta duración sino la clorofila será
destruida en la superficie y el producto aparecerá grisáceo o azulado.
Sea cual fuere la fuente de calor, la biomasa a secar debe ser puesta bajo la
forma suficientemente delgada para secar antes de comenzar a fermentar. Dos
fórmulas para ello: la pasta puede ser esparcida en capa delgada sobre un film
plástico o puesto como tallarines en cilindros de pequeño diámetro ("spaghetti"
de 2 mm de diámetro) sobre un plato perforado. En la primera fórmula el aire
caliente pasa horizontalmente sobre el film mientras en la segunda éste sube
verticalmente a través del plato perforado. La extrusión es teóricamente y
prácticamente mejor si el diámetro de los tallarines frescos no sobrepasa 2 mm,
pero al mismo tiempo hace falta que los cilindros tengan bastante resistencia
mecánica para guardar su forma durante el secado y no "derretirse"; ésto es lo
que impide el uso de este proceso de secado cuando la biomasa prensada es
de calidad inferior y no es bastante firme. De todas formas un buen flujo de aire
es el factor mas importante para evitar accidentes de secado.
Durante el secado y después la spirulina debe ser protegida del polvo y de los
insectos y no debe ser tocada por la mano.
La temperatura de secado debe ser limitada a 65°C y el tiempo de secado a 6
horas (aunque una vez secada la spirulina puede quedar más tiempo al calor
en el secador sin problema). Si se seca a baja temperatura, es preferible
terminar por 15 minutos a 65 °C para conseguir un b uen grado de esterilización
y también bajar la humedad del producto a 5 % de agua.
Si la fermentación ha comenzado durante el secado, la podemos detectar por
su olor durante y después del secado.
Las escamas o tallarines secos son generalmente convertidos en polvo por
molido para aumentar su densidad aparente y facilitar su almacenamiento.
Diagrama de flujo:
pH: 10 – 11 Agitacion - Aireacion
T: 25 – 45ºC
INOCULACION
BIOREACTOR
FILTRACION Con filtro prensa o
Centrifuga
Espirulina
Humeda
SECADO Secado Solar
PRODUCTO
ESTANQUES DE CULTIVO
Escalamiento
Control de factores
influyentes
Productos en la
industria
alimenticios
Productos en la
industria
farmaceutica
Capitulo V
5.- Costos de producción
Costo de materia Prima:
Materia Descripción Costo S/.
Arthrospira Platenses Primera Adquisición de la Spirulina 3 litros 6.00
Arthrospira Platemsis Donacion de la spirulina 10 litros 0.00
Bicarbonato de Sodio Nutriente importante (fuente de carbono) 30.00
Sal industrial Nutriente del medio 50 Kg 10.00
Nitrato de postasio Nutriente importante (fuente de nitrogeno) 15.00
Otros Insumos para nutrientes 20.00
Costo para la construcción de Equipos:
Equipos Descripcion Material Costo
Vidon de San Luis 20 litros 10.00
Tuberías y accesorios 5.00
Bonba de descarga 7.00
Compresora prestamo 0.00
Bioreactor Modulo para el crecimiento de
la spirulina
Estructura del tanque 0.00
Ladrillos 0.00
Palas de agitación 0.00
Motoreductor 0.00
Motor 0.00
Plastico 4 metros 20.00
Pozas de
cultivo
Modulo industrial a
pequeña escala para el
crecimiento de spirulina
Plastico transparente 15.00
Costo Total
Materia Prima 81.00
Material y Equipos 57.00
Total 138.00
Para la construcción de los módulos se nos presto material y herramientas para
la construcción de los equipos por parte de las empresas: “Unicron” y
“Ladrilleras San Fernando”.
Se obtuvo una donacion de Arthrospira Platensis por parte de la planta
industrial de Cerro Colorado al cual se fue de visita tecnica.
ANEXO
COMPARACION DE MUESTRAS DE SPIRULINA
Los análisis principales necesarios para juzgar la calidad de una muestra de
spirulina (contenido en proteínas, hierro, ácido gamalinolénico, y análisis
microbiológico) necesitan realizarse en un laboratorio, pero algunas pruebas
muy simples pueden ser realizadas por el mismo productor, comparando
muestras entre ellas. Una muestra de buena calidad puede servir como
referencia.
El examen del color, olor y gusto es revelador de diferencias importantes. El
color verde debe tender más hacia el azul que hacia el amarillo.
Para hacer el examen del pH de una spirulina seca, mezclar 4 gramos de polvo
en 100 ml de agua y medir el pH al cabo de dos minutos y de 24 horas (agitar
de tiempo en tiempo): el pH inicial debe normalmente estar próximo de 8 para
descender luego a 6 o menos, pero ciertos productos comerciales están
largamente fuera de estas cifras (generalmente pH superiores).
Luego de la prueba precedente podemos muy fácilmente obtener una medida
comparativa del contenido en ficocianina (pigmento azul que constituye un
cuarto de las proteínas totales). Es suficiente poner una gota de la solución
sobre un papel filtro (filtro a café por ejemplo) y dejar secar la mancha: la
intensidad del color azul es una medida del contenido en pigmento. Si el
pigmento no "sale" bien, es posible que sea debido a un secado de la spirulina
a baja temperatura; recomenzar la prueba luego de haber calentado la muestra
seca a 70°C por un minuto.
El contenido en carotenoides (el betacaroteno constituye entre 40 a 50 % de
los carotenoides totales) puede ser evaluado mezclando una muestra de
spirulina seca en polvo con dos veces su peso de acetona o alcohol de 90°
dentro de un frasco cerrado y agitado. Al cabo de un cuarto de hora, tomar una
gota de la solución decantada y ponerla sobre un papel filtro para examinar el
color de la mancha formada. La intensidad del color marrón-amarillo es
proporcional al contenido en carotenoides. Notamos que el color de la mancha
no se guarda más que unas horas y que en las muestras de spirulinas antiguas
almacenadas sin precaución el contenido resulta prácticamente nulo.
MEDIDA DE LA CONCENTRACION EN SPIRULINA
AL DISCO DE SECCHI
El "disco de Secchi" es un instrumento constituido de una barra de 30 cm de
largo, graduada en centímetros (o concentracion despues de calibrar), teniendo
en su extremidad inferior un disco blanco. Permite una medida aproximada de
la concentración en spirulina.
Antes de medir, agitar para homogeneizar, luego dejar decantar los depósitos
algunos minutos y anotar la profundidad en centímetros, allí justo donde es
imposible distinguir el disco.
MEDIDA DE LA SALINIDAD DEL MEDIO DE CULTIVO
Ella se hace con la ayuda de un densímetro para densidades superiores a 1
(urinómetro por ejemplo) y se aplica la corrección de temperatura siguiente:
D20 = DT + 0,000325 x (T - 20)
donde:
D20 = Densidad a 20 °C
DT = Densidad a T°C
ambas expresadas en g/ml o kg/l.
A partir de la densidad a 20 °C, calculamos la sali nidad total (SAL, en g/l) del
medio de cultivo por las fórmulas:
Si D > 1,0076: SAL = 1250 x (D20 - 1,0076) + 10
Sino: SAL = 1041 x (D20 - 0,998)
MEDIDA DE LA ALCALINIDAD DEL MEDIO DE CULTIVO
La prueba se hace por neutralización con ácido clorhídrico normal (ácido
concentrado del comercio diluído diez veces); el punto final se medirá a pH 4.
La alcalinidad (= moléculas de base fuerte por litro) es la relación entre el
volumen de ácido utilizado y el volumen de una muestra del medio.
MEDIDA DEL pH DEL MEDIO DE CULTIVO
El pHmetro debe ser ajustado una vez por semana. Soluciones muestras
pueden ser compradas, o preparadas como sigue (pH aproximativos a 20°C):
pH = 9,7 a 9,9 (según el contenido del aire en CO2): disolver 3,3 g de
carbonato de sodio + 3,3 g de bicarbonato de sodio en un litro de agua;
mantener la solución en contacto con la atmósfera y agregar regularmente el
agua para compensar la evaporación.
pH = 7,2: disolver 5,8 g de fosfato diamónico + 11 g de bicarbonato de sodio en
un litro de agua y mantenerlo en una botella cerrada.
pH = 2,8: vinagre ordinario a 6° (densidad 1,01)
Correción de temperatura sobre el pH:
pH a 20 °C = pH a T°C + 0,00625 x (T - 20)
MEDIDA DE LA HUMEDAD EN LA SPIRULINA SECA
Colocar en un recipiente transparente y hermético (como un Tupperware)
aproximadamente el mismo volumen de muestra de spirulina y de aire junto
con un termo-higrómetro que se pueda leer de afuera sin abrir. Calentar o
resfriar para que la temperatura sea alrededor de 25°C. Esperar el equilibrio de
temperatura y de humedad.
Hay una correspondencia entre el % de humedad relativa (HR) en el aire y el %
de agua en la spirulina, asi :
25 % HR = 5 % agua
32 % HR = 6
43 % HR = 8
49 % HR = 9
Para que se conserve bien la spirulina seca, su % de agua debe estar menos
que 9 % (es la norma).
BIBLIOGRAFIA:
� http://controlve.blogspot.com/2006/01/spirulina.html
� http://www.cipav.org.co/lrrd/lrrd1/1/gloria.htm
� http://www.spactualmagazine.com/articulo_item.php?numero=73
� http://www.monografias.com/trabajos13/mercado/mercado.shtml
� http://www.andexs.org/linked/spirulina.htm
� http://www.visionmx.com/holistica/noticias/noticias_anteriores/(02050
1)%20el%20alimento%20mas%20completo%20del%20mundo.htm
� http://www.limnotec.com.br/equip/img/014.jpg
� http://www.dcmsistemes.com/medidas.html
� http://www.fceia.unr.edu.ar/secyt/rt/2004/rtid04_015.pdf
� http://www.sagpya.mecon.gov.ar/new/0-
0/pesca/acuicultura/SPIRULINA.PDF
� http://images.google.es/imgres?imgurl=http://www.educa.madrid.org/
web/ies.rayuela.mostoles/deptos/dbiogeo/recursos/Apuntes/Apuntes
BioBach2/imagenes/metabolismo/CicloCalvin.png&imgrefurl=http://w
ww.educa.madrid.org/web/ies.rayuela.mostoles/deptos/dbiogeo/recur
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FisioCelular/Metabolismo.htm&h=692&w=794&sz=100&hl=es&start=
5&um=1&usg=__JFDhZJsYyEBPLcMH_K6drr5EUuA=&tbnid=94vYG
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Bde%2Bcalvin%26um%3D1%26hl%3Des%26sa%3DN
� http://es.wikipedia.org/wiki/Concreto
� http://arte-y-arquitectura.glosario.net/construccion-y-
arquitectura/revoque-7556.html