Evaluación de la transferencia de oxígeno en cultivos con lactococcus lactis empleando un sistema de fermentación con aireación externa / Evaluating oxygen transfer in a Lactococcus lactis cultures using an external aeration fermentation system (EAFS)

En fermentaciones aerobias el oxígeno, como aceptor terminal de electrones en el proceso de respiración, comúnmente se constituye en limitante debido entre otros factores al diseño del biorreactor (factores geométricos), a las condiciones de operación de los fermentadores (condiciones ambientales requeridas en el cultivo, potencia transferida al cultivo por el sistema de agitación, propiedades del medio líquido), demanda de oxígeno por parte del microorganismo, sistema de aireación (concentración de oxígeno en el gas, solubilidad del oxígeno). La limitación de oxígeno se refleja en la fermentación con Lactococcus lactis cepa IBUN 34.1, en que presenta una baja disponibilidad de oxígeno desde muy temprano en la fase exponencial del cultivo. Para superar estas limitaciones se diseñó y desarrolló un sistema de suministro de oxígeno de alta tasa de transferencia, consistente en un sistema de fermentación con aireación externa (SFAE), el cual es comparado en este trabajo con el sistema tradicional de fermentador agitado dotado con dos turbinas tipo Rushton y aireación por difusor interno. En este trabajo se evalúa la operación del SFAE, se seleccionan y estudian algunas variables operacionales y su efecto sobre la transferencia de oxígeno gas-líquido. Los resultados indican que las variables que tienen efecto significativo sobre el coeficiente volumétrico global de transferencia de masa kLa son la agitación y el flujo de medio de cultivo que circula por el aireador externo denominado flujo de recirculación. Los valores de kLa obtenidos indican que con el fermentador convencional con aireación interna el mayor valor de kLa alcanzado fue de 40,68 (h-1), en tanto que con el SFAE se alcanzaron valores de 63,18 (h-1).

In aerobic fermentations, oxygen as terminal electron acceptor in respiration process, is commonly a limiting due to factors like its low solubility in aqueous solutions, bioreactors’ geometric factors and operating characteristics, liquid media properties, oxygen concentration in gas supply, microorganisms’ characteristics, environmental culture conditions, power supply by agitation system, etc. Oxygen limitation is present in cultures using the IBUN 34.1 Lactococcus lactis strain where oxygen availability is low some minutes after the exponential phase starts. A high transfer rate oxygen supply system was thus designed to overcome such limitations; it consisted of an external aeration fermentation system (EAFS) which was compared in this work with a conventional agitated tank fermenter equipped with two Rushton turbines and internal diffuser aeration flute mechanism.This paper evaluates the EAFS; some operational variables were selected and studied as well as their effect on oxygen transfer. Our results showed that agitation and culture medium flow through the aerator (called external recirculation flow) were the variables having the main effect on overall volumetric mass transfer coefficient (kLa). The highest kLa value in the conventional bioreactor having internal aeration was 40.68 kLa (h-1), while the EAFS reached 90 (h-1).

Producción de biomasa de Saccharomyces cerevisiae y Candida utilis usando residuos de pulpa de Coffea arabica L

Los avances en biotecnología industrial ofrecen oportunidades potenciales para la utilización económica de residuos agro-industriales tales como la pulpa de café, material mucilaginoso, fibroso (producto secundario) obtenido durante el proceso húmedo o seco del beneficio de las cerezas de café. El propósito de este trabajo fue utilizar los residuos de la pulpa de café, rico en materia orgánica, como sustrato para la producción de biomasa de levaduras por procesos de fermentación aeróbica. Los residuos de café se sometieron a hidrólisis con una solución de ácido sulfúrico al 2%, en una relación 10:1 (líquido:sólido), con un tamaño de partícula ≤ 2 mm., operando a presión atmosférica, ebullición a reflujo, durante 4 horas. El extracto ácido se filtró y se ajustó a pH 4,5 y luego se esterilizó a 120 ºC por 15 minutos. La fermentación se realizó con Saccharomyces cerevisiae y Candida utilis, medio de producción extracto de café enriquecido con sales nutritivas. Se formularon diferentes medios de producción (1,2,3 y 4), siendo el N°3, enriquecido con extracto de café hidrolizado, 1L; urea, 3g/L; fosfato ácido de potasio, 2g/L; extracto de malta, 1,3g/L y melaza, 30g/L, el cual aportó los mejores resultados. El tiempo total de fermentación fue de 8 horas. Se obtuvo 10g/L de biomasa con un incremento proteico de 7,39 a 42,5%. Se puede concluir que la pulpa de café constituye un sustrato adecuado para obtener biomasa o proteína unicelular, que podría ser destinada como suplemento en formulaciones para alimentación animal.

The advances in industrial biotechnology offer potential opportunities for the economic use of agro-industrial remainders such as the coffee pulp, mucilagenous, fibrous material (secondary product) obtained during the humid or dry process of the benefit of the coffee cherries. The intention of this work was to use the remainders of the pulp of coffee, rich in organic matter, like substrate for the production of biomass of leavenings by processes of aerobic fermentation. The coffee remainders were put under hydrolysis with a sulfuric acid solution to 2%, in a 10:1 relation (liquid: solid), with a size of particle ≤ 2 mm, operating to atmospheric pressure, boiling to ebb tide, during 4 hours. The acid extract filtered and it adjusted to pH 4,5 and then it sterilize to 120 ºC by 15 minutes. The fermentation was made with Saccharomyces cerevisiae and Candida utilis, the production means: extract of coffee enriched with nutritious salts. Different means from production were formulated (1,2,3 and 4), being the N°3, enriched with extract of hydrolyzed coffee, 1L; urea, 3g/L; acid potassium phosphate, 2g/L; extract of Malta, 1,3g/L and molasses, 30g/L, which contributed the best results. The total time of fermentation was of 8 hours. 10g/L of biomass with a protein increase from 7.39 to 42.5% was obtained. It is possible to be concluded that the coffee pulp constitutes an suitable substrate to obtain biomass or unicellular protein, that could be destined like supplement in formulations for feeding animal.

Efeito da fermentação aeróbia na viabilidade de ovos de nematódeos trichostrongilídeos / Viability of trichostrongylid nematode eggs after aerobic fermentation

O efeito da fermentação aeróbia na viabilidade de avos de nematódeos trichostrongilídeos foi avaliado em um sistema em que fezes de ovinos contendo ovos de Haemonchus contortus foram imersas em um tanque de fermentação dotado de aerador mecânico intermitente e fezes de bovinos com ovos de nematódeos trichostrongilídeos havendo predomínio de Cooperia sp. foram deixadas fermentar em depósitos a campo. Amostras dos ovos submetidas aos dois processos de fermentação foram colhidas em diferentes intervalos e cultivadas para extração das larvas infectantes. Ambos os processos de fermentação reduziram o número de ovos viáveis. Esterilização superior a 99% dos ovos foi obtida com 14 dias pós-exposição nos dois processos.

The viability of gastrointestinal nematode eggs after aerobicfermentation was evaluated in two experiments. In the first, feces of sheep containing Haemonchus contorts eggs were submitted to aerobic fermentation by mechanical air pumping in a 300m³-capacity tank. In the second, bovine feces positive for eggs of the most common gastrointestinal nematodes were kept in a bovine fecal deposit in the field. Fecal samples from the two experiments were cultivated for the extraction of infective larvae. Both processes reduced the number of viable eggs. Reduction in the number of viable eggs were higher than 99% in both cases after 14 days of exposure.