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Fitofix: diseño de un sistema de producción de colorantes de alto Valor agregado mediante la captura de co2 residual de ci excomin Sas

dc.contributor.authorBarajas Solano, andres F
dc.contributor.authorGarcía-Martinez, Janet
dc.date.accessioned2022-12-16T19:37:59Z
dc.date.available2022-12-16T19:37:59Z
dc.date.issued2022
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufps.edu.co/handle/ufps/6668
dc.description.abstractEl 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.mimetypeapplication/pdfspa
dc.language.isospaspa
dc.titleFitofix: diseño de un sistema de producción de colorantes de alto Valor agregado mediante la captura de co2 residual de ci excomin Sasspa
dc.typePropuesta de investigaciónspa
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dc.contributor.researchgroupGRIIAMBspa
dc.coverage.projectdates2022-11-08/2023-11-08spa
dc.description.methodsMicroorganismos. 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.researchareaBiotecnología Azulspa
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/closedAccessspa
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_baafspa
dc.type.contentTextspa
dc.type.driverinfo:eu-repo/semantics/workingPaperspa
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oaire.awardcost25000000spa
oaire.awardnumber016-2022spa
oaire.awardtitleFitofix: diseño de un sistema de producción de colorantes de alto Valor agregado mediante la captura de co2 residual de ci excomin Sasspa
oaire.awardtotalcost406133602spa
oaire.fundingstreamPrograma Nacional en Ciencias Agropecuariasspa
oaire.versionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bccespa
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