| dc.contributor.author | Barajas Solano, andres F | |
| dc.contributor.author | García-Martinez, Janet | |
| dc.date.accessioned | 2022-12-16T19:37:59Z | |
| dc.date.available | 2022-12-16T19:37:59Z | |
| dc.date.issued | 2022 | |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufps.edu.co/handle/ufps/6668 | |
| dc.description.abstract | El exceso de CO2 ambiental es una de las problemáticas más importantes de resolver a
nivel industrial para poder lograr los objetivos del desarrollo sostenible y reducir el
impacto del cambio climático a nivel mundial. Si bien ya existen diferentes tecnologías
disponibles para la remoción (total o parcial) del CO2 de fluentes residuales industriales.
Una de las alternativas más promisorias a nivel industrial es la biofijación de CO2
empleando microalgas y cianobacterias, sin embargo es necesario primero resolver retos
técnico-económicos como el uso final de la biomasa producida para asi aumentar la
sostenibilidad del proceso. El exceso de CO2 ambiental es una de las problemáticas más importantes de resolver a
nivel industrial para poder lograr los objetivos del desarrollo sostenible y reducir el
impacto del cambio climático a nivel mundial. Si bien ya existen diferentes tecnologías
disponibles para la remoción (total o parcial) del CO2 de fluentes residuales industriales.
Una de las alternativas más promisorias a nivel industrial es la biofijación de CO2
empleando microalgas y cianobacterias, sin embargo es necesario primero resolver retos
técnico-económicos como el uso final de la biomasa producida para asi aumentar la
sostenibilidad del proceso.El exceso de CO2 ambiental es una de las problemáticas más importantes de resolver a
nivel industrial para poder lograr los objetivos del desarrollo sostenible y reducir el
impacto del cambio climático a nivel mundial. Si bien ya existen diferentes tecnologías
disponibles para la remoción (total o parcial) del CO2 de fluentes residuales industriales.
Una de las alternativas más promisorias a nivel industrial es la biofijación de CO2
empleando microalgas y cianobacterias, sin embargo es necesario primero resolver retos
técnico-económicos como el uso final de la biomasa producida para asi aumentar la
sostenibilidad del proceso.El exceso de CO2 ambiental es una de las problemáticas más importantes de resolver a
nivel industrial para poder lograr los objetivos del desarrollo sostenible y reducir el
impacto del cambio climático a nivel mundial. Si bien ya existen diferentes tecnologías
disponibles para la remoción (total o parcial) del CO2 de fluentes residuales industriales.
Una de las alternativas más promisorias a nivel industrial es la biofijación de CO2
empleando microalgas y cianobacterias, sin embargo es necesario primero resolver retos
técnico-económicos como el uso final de la biomasa producida para asi aumentar la
sostenibilidad del proceso.Una posibilidad es aprovechar el exceso de CO2 para la producción de colorantes de
interés industrial. Las cianobacterias, son la principal fuente natural de ficobiliproteinas,
los cuales son proteínas colorantes de gran interés para las industrias farmacéuticas,
cosmética, y alimentaria.
El presente proyecto tiene como objetivo Diseñar un sistema de producción de
colorantes de alto valor agregado mediante la captura de CO2 residual de coquizadoras
de Norte de Santander, que permitan mejorar la viabilidad técnica de este tipo de
tecnologías mientras se explora la producción de metabolitos de alto valor agregado para
la industria colombiana. Para lograr lo anterior se proponen las siguientes etapas: (1)
Mejoramiento de las condiciones de iluminación, (longitud de onda e intensidad) para
mejorar la síntesis de ficobiliproteinas, (2) optimización del ciclo luz/oscuridad; (3).
Mejoramiento de la concentración de entrada de gas residual en la producción de
ficobiliproteinas, y finalmente (4) analizar el impacto técnico-económico del sistema
propuesto para la biofijación de CO2 y producción de ficobiliproteinas
Se espera que esta iniciativa permita mejorar constantemente la investigación, desarrollo
e innovación en la Facultad de Ciencias Agrarias y del Ambiente y finalmente de la
Universidad Francisco de Paula Santander. | spa |
| dc.format.mimetype | application/pdf | spa |
| dc.language.iso | spa | spa |
| dc.title | Fitofix: diseño de un sistema de producción de colorantes de alto Valor agregado mediante la captura de co2 residual de ci excomin Sas | spa |
| dc.type | Propuesta de investigación | spa |
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| dc.contributor.researchgroup | GRIIAMB | spa |
| dc.coverage.projectdates | 2022-11-08/2023-11-08 | spa |
| dc.description.methods | Microorganismos.
Potamosiphon sp (UFPS003, UFPS008) y Hapalosiphon sp (HAPA_UFPS002), fueron
aisladas previamente de termales localizados en el departamento de Norte de
Santander. Las cepas se encuentran en el laboratorio INNOValgae de la Universidad
Francisco de Paula Santander en medio BG11 solido a 50 μmol m-2 s-1 y una temperatura
de 27°C. Una vez cada 35 días las cepas serán re-inoculadas en tubos de 10 mL con 4
mL de medio BG11 solido fresco.
Objetivo 1. Efecto de la longitud de onda en la producción de ficobiliproteinas
Actividad 1.1. Producción inicial de biomasa.
Cada una de las cepas se cultivará en medio BG11 (Andersen et al., 2005) en reactores
de 500 mL con un volumen de trabajo de 300 mL. El medio se agitará mediante la
inyección de aire a un flujo de aproximadamente 180 mLaire/min. Cada uno de los
experimentos se realizará a una radiación constante de 100 μmol m-2 s-1.
Se realizará una curva de calibración para determinar la máxima producción de biomasa,
ficocianinas y exopolisacaridos de cada cepa.
Una vez cada 5 días durante 30 días se tomará 5 mL de medio de cultivo, se centrifugará
la muestra a 3400 RPM durante 20 minutos, se retirará el sobrenadante y se resuspenderá
el pellet de biomasa en agua destilada.
Previamente se pre-combustionarán filtros Whatman GF/C durante 1 hora a 100°C; una
vez transcurrido el tiempo se dejarán en un desecador hasta su uso. La muestra de
biomasa suspendida en agua destilada será filtrada usando los filtros y será llevado a
100°C durante 1 hora. Después de transcurrido el tiempo se dejan en un desecador
durante la noche hasta alcanzar peso constante y se obtiene el peso utilizando una
balanza analítica de 4 dígitos.
Actividad 1.2. Extracción y cuantificación de ficocianinas.
La biomasa (en peso seco) obtenida en los filtros se suspenderán en 10 mL de solución
buffer fosfato (0,05M, pH 6.8) y aproximadamente 1 gramo de perlas de vidrio (0,5 mm
de diámetro), la solución se mezclará empleando un vórtex a máxima velocidad durante
10 minutos. Una vez terminado el proceso la muestra se almacenará en nevera a 4ºC
durante 24 horas. Para separar las células del extracto la muestra se someterá a una
separación por centrifugación a 3400 rpm durante 20 minutos. El sobrenadante (de color
azul) será colectado y medido en un espectrofotómetro a 620, 652, 562 y 280 nm. El
cálculo de la concentración de ficobiliproteinas se realizará empleando las ecuaciones
(Eq 1, 2 y 3) escrita por Bennett Y Bogorad (1973):
Actividad 1.3. Selección longitud de onda.
Se analizará el efecto de 4 colores de luces LED en la producción de biomasa y
ficobiliproteinas en las 3 cepas seleccionadas. Para lograr lo anterior se empleará un
diseño de experimentos de optimización (diseño tipo custom) empleando una variable
categórica (color de LED), una variable numérica (intensidad de luz LED) y 5 bloques
mediante el software Design Expert 13 (StatEase) (tabla x). Cada cepa se cultivará en
medio BG11 (Andersen et al., 2005) en reactores de 500 mL con un volumen de trabajo
de 300 mL. El medio se agitará mediante la inyección de aire a un flujo de
aproximadamente 180 mLaire/min y se mantendrá bajo las condiciones de iluminación.
Una vez cada 5 días durante 30 días se tomará 5 mL de medio de cultivo, se centrifugará
la muestra a 3400 RPM durante 20 minutos, se retirará el sobrenadante y se resuspenderá
el pellet de biomasa en agua destilada.
Previamente se pre-combustionarán filtros Whatman GF/C durante 1 hora a 100°C; una
vez transcurrido el tiempo se dejarán en un desecador hasta su uso. La muestra de
biomasa suspendida en agua destilada será filtrada usando los filtros y será llevado a
100°C durante 1 hora. Después de transcurrido el tiempo se dejan en un desecador
durante la noche hasta alcanzar peso constante y se obtiene el peso utilizando una
balanza analítica de 4 dígitos. La biomasa obtenida se empleará para determinar la
concentración de ficobiliproteinas de acuerdo con la metodología de la actividad 1.2.
Objetivo 2. Efecto del ciclo luz:oscuridad
Actividad 2.1. Selección de ciclo de luz.
A partir de los resultados obtenidos en la etapa anterior se planteará un nuevo diseño
con la mejor luz LED que maximice la síntesis de ficobiliproteinas y se analizará el efecto
entre el ciclo de luz:oscuridad y la intensidad. Lo anterior para optimizar el posible efecto
entre estas dos variables y su respuesta con la síntesis de proteínas fotosintéticas.
Se empleará un diseño de experimentos de optimización (Diseño Central compuesto)
empleando dos variables numéricas (ciclo de luz e intensidad lumínica), con un alfa de
1.41, dos bloques y 6 puntos centrales mediante el software Design Expert 13 (StatEase)
(tabla 2). Cada cepa se cultivará en medio BG11 (Andersen et al., 2005) en reactores de
500 mL con un volumen de trabajo de 300 mL. El medio se agitará mediante la inyección
de aire a un flujo de aproximadamente 180 mLaire/min y se mantendrá bajo las
condiciones de iluminación de la tabla x.
Una vez cada 5 días durante 30 días se tomará 5 mL de medio de cultivo, se centrifugará
la muestra a 3400 RPM durante 20 minutos, se retirará el sobrenadante y se resuspenderá
el pellet de biomasa en agua destilada.
Previamente se pre-combustionarán filtros Whatman GF/C durante 1 hora a 100°C; una
vez transcurrido el tiempo se dejarán en un desecador hasta su uso. La muestra de
biomasa suspendida en agua destilada será filtrada usando los filtros y será llevado a
100°C durante 1 hora. Después de transcurrido el tiempo se dejan en un desecador
durante la noche hasta alcanzar peso constante y se obtiene el peso utilizando una
balanza analítica de 4 dígitos. La biomasa obtenida se empleará para determinar la
concentración de ficobiliproteinas de acuerdo con la metodología de la actividad 1.2.
Los resultados obtenidos serán comprobados mediante un tren de escalamiento desde
0.5L hasta llegar a 30L (figura 5).
Objetivo 3. Concentración de CO2
Actividad 3.1. CO2.
A partir de los resultados obtenidos en las dos etapas anteriores se ajustará un sistema
de cultivo empleando tanques de 10 litros (8 litros de volumen de trabajo) empleando las
mejores luces LED y las condiciones de intensidad y ciclo de luz oscuridad. Se empleará
un diseño “un factor a la vez” para evaluar el efecto de la concentración de gas residual
de chimenea.
Objetivo 3. Concentración de CO2
Actividad 3.1. CO2.
A partir de los resultados obtenidos en las dos etapas anteriores se ajustará un sistema
de cultivo empleando tanques de 10 litros (8 litros de volumen de trabajo) empleando las
mejores luces LED y las condiciones de intensidad y ciclo de luz oscuridad. Se empleará
un diseño “un factor a la vez” para evaluar el efecto de la concentración de gas residual
de chimenea.
Objetivo 4. Análisis técnico-económico
Actividad 4.1. Cinéticas de producción
A partir de los resultados obtenidos en las dos etapas anteriores se ajustará un sistema
de cultivo empleando fotobioreactores de 30 litros (figura 5) empleando las mejores luces
LED, las condiciones de intensidad, ciclo de luz oscuridad y concentración de gas
residual sintetico. Una vez cada 5 días durante 30 días se tomará 50 mL de medio de
cultivo, se centrifugará la muestra a 3400 RPM durante 20 minutos, se retirará el
sobrenadante y se re-suspenderá el pellet de biomasa en agua destilada.
El sobrenadante se empleará para determinar la concentración de NO3 y PO4 consumido
empleando kits para cada nutriente (HANNA).
Previamente se pre-combustionarán filtros Whatman GF/C durante 1 hora a 100°C; una
vez transcurrido el tiempo se dejarán en un desecador hasta su uso. La muestra de
biomasa suspendida en agua destilada será filtrada usando los filtros y será llevado a
100°C durante 1 hora. Después de transcurrido el tiempo se dejan en un desecador
durante la noche hasta alcanzar peso constante y se obtiene el peso utilizando una
balanza analítica de 4 dígitos. La biomasa obtenida se empleará para determinar la
concentración de ficobiliproteinas de acuerdo con la metodología de la actividad 1.2.
Actividad 4.2. Simulación de procesos.
A partir de los resultados de las etapas anteriores se obtendrán las ecuaciones cinéticas que describan el proceso de fijación de CO2 y producción de ficobiliproteinas en las tres
cepas seleccionadas. Estos resultados se emplearán para la simulación del proceso
empleando el software SuperPro Designer® software v8.0. (Intelligen, Inc., Scotch
Plains, NJ, USA). Como dimensiones del Sistema propuesto se empleará un volumen de
10.000 m3 para el grupo de fotobioreactores tipo open pond y tipo forobiorreactor de
acuerdo con la metodología descrita por García-Martinez et al (2022). | spa |
| dc.description.researcharea | Biotecnología Azul | spa |
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| oaire.awardtitle | Fitofix: diseño de un sistema de producción de colorantes de alto Valor agregado mediante la captura de co2 residual de ci excomin Sas | spa |
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