Fermentacion en estado solido del desecho vitivinicola

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• Manuel Vega Di Nezio

• Hernán Casas

• Fernando Alcazar

Fermentación en estado Fermentación en estado sólido del desecho generado sólido del desecho generado en la industria vinícolaen la industria vinícola

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ObjetivoObjetivo

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Evaluar el efecto de la aireación en el biorreactor de lecho fijo semi sólido de bagazo de uva, proveniente de la elaboración de vino, sobre los parámetros indicadores de la biotransformación:

• Humedad

• Población microbiana

• Relación C/N

• Temperatura

• pH

Estos parámetros se evaluaron a diversos flujos de aire y tiempos de aireación.

Vega Di Nezio-Casas-Alcazar. Biorreactores 2013

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• Aumento de la cantidad de desechos producidos por la industria en todo el mundo.

• Los desechos suelen estar constituidos por sustancias biodegradables y pueden ser usados para diversos fines mediante la aplicación de biotecnología.

• Se debe mantener un manejo adecuado de estos residuos para evitar problemas de contaminación.

Problema


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• Biodegradación aeróbica de compuestos orgánicos. También conocida como “compostage”

• Los MO son los encargados de transformar el material en nuevos productos.

• Se deben dar condiciones de humedad y aireación adecuadas para poder obtener un producto estable, libre de patógenos, que pueda ser usado para acondicionamiento de suelos.

Solución


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• Italia: Compostajes utilizando desechos de tomates, residuos de corcho, cáscaras de olivo y lodos de tenerías vegetales como sustrato.

• España: Debido al aumento de desechos de la industria vitícola y de aceite de oliva se empezaron a estudiar compostajes en estos residuos.

Antecedentes


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Materiales y métodosMateriales y métodos

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• Bagazo de Uva: Bagazo recién prensado, secado al sol recibiendo volteos cada 3 horas.

En el procedimiento experimental al bagazo se le agrego agua, para aportar humedad a los MO.

Luego se colocó en el biorreactor.


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Biorreactor usado: Tanque cilíndrico de acero inoxidable, que posee una cámara de aire en la parte inferior y una capacidad de operación de 98 litros.El sistema de disposición del lecho consiste en un soporte de plástico que posee una serie de orificios, que garantizan la circulación de aire uniformemente.

El aire es suministrado por un compresor.


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• Se realizaron corridas para flujos de aire variables, de 30, 50, 80 y 140 l/min. y tiempos de aireación de 2 y 3 horas.

• El pH, temperatura y humedad se midieron a diario.

• El contenido de C, N y el recuento de bacterias se determinaron al principio y al final de la operación.


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• Temperatura: termómetro con termocupla

• Carbono: medición microanalítica de carbono

• Nitrógeno, humedad y pH: se determinaron por microkjeldahl y mediante potenciómetro

• Número de colonias (hongos y bacterias): AN para bacterias y extracto de malta para hongos.

Mediciones


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ResultadosResultados

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Resultados generalesParámetros del bagazo de uva

pH 4,12

Humedad(%) 10

Nitrógeno(%) 2,18

Carbono(%) 50,18

Relación C/N 23,02

Porcentaje de hongos (UFC/ml de muestra)

2,8x10^5

Porcentaje de bacterias (UFC/ml de muestra)

2,8x10^5


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HumedadLa humedad en el compostaje es un parámetro muy importante ya que es elmedio de transporte y disolución de los nutrientes requeridos por los microorganismos.

Se mantuvo entre el 30% y el 60%, valores adecuados para llevar a cabo la biodegradación.


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pHDías Valores de pH 30 L/min. 50 L/min. 80 L/min. 140 L/min.

2 Hrs. 3 Hrs. 2 Hrs. 3 Hrs. 2 Hrs. 3 Hrs. 2 Hrs. 3 Hrs.

1 4,2 4,08 4,2 4,6 3,4 4,1 4,24 4,16

2 4,42 4,31 4,5 4,5 3,7 4,2 4,35 4,07

3 5,39 5,8 4,9 5,8 4,5 4,6 4,66 4,29

4 6,58 6,16 6,9 7,6 6,2 5,6 6,57 5,05

5 6,83 6,42 7,1 7,8 6,9 6,6 6,82 5,96

6 7,37 6,55 7 8 7,4 6,9 6,82 6,23

7 7,56 6,77 7,1 7,51 7,2 7,08 7,36 6,49

8 7,78 6,8 7,31 8,3 7,5 7,17 7,24 6,56

9 7,34 6,96 7,4 8,45 7,9 7 7,12 6,69

10 7,37 7,15 7,3 8,2 7,9 7,11 6,39 6,71

11 7,6 7,1 7,44 8,35 7,9 7,1 7,39 6,86

12 7,78 7,2 7,4 8,36 7,9 7,45 7,2 6,97

13 7,83 7,17 8 8,44 7,9 7,4 7,25 7,02

14 7,63 7,33 8,1 8,49 7,9 7,67 7,3 7,07

15 7,72 7,34 8,13 8,41 7,9 8,2 7,93 7,34


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El pH se mantuvo acido hasta el 6to día de aireación y se fue incrementando hacia los últimos días.

El incremento del pH puede deberse a la perdida de ácidos orgánicos, a través de la volatilización (altas temperaturas), y la liberación de amoniaco por efecto de la descomposición microbiana.


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Crecimiento microbianoHongos

Flujo de aireación (L/min.)

UFC - 2 hrs. aireación

UFC - 3 hrs. aireación

30 20x10^6 1,86x10^6

50 7,5x10^6 1,21x10^6

80 13,5x10^6 1,78x10^6

140 15x10^6 8,9x10^6


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BacteriasFlujo de aireación

(L/min.)UFC - 2 hrs.

aireaciónUFC - 3 hrs.. aireación

30 6,8x10^5 24x10^6

50 1,9x10^5 28,3x10^6

80 4,0x10^5 25x10^5

140 6,5x10^5 22x10^6

La concentración de m.o fue menor al finalizar el experimento, quizás debido a los factores bióticos(actividad protozoarios en el desecho) o factoresabióticos como la luz UV.


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TemperaturaDías Valores de pH 30 L/min. 50 L/min. 80 L/min. 140 L/min.

2 Hrs. 3 Hrs. 2 Hrs. 3 Hrs. 2 Hrs. 3 Hrs. 2 Hrs. 3 Hrs.

1 24 24 26 27 23 26 23,7 23

2 25 27 41 27 24 27 26,7 23

3 36 34,81 41 40 34 40 37,5 25

4 42 39,5 40 46 37 40 37,6 29,3

5 44 41,06 40 38 46 40 37,6 33,7

6 45 41,69 37 37 48 40 30,17 34,74

7 37 41,89 35 37,5 52 41 32 35,65

8 40 31,2 3234 38,5 48 41 28 45,39

9 37 30,77 31 37,4 37 43 30,25 45,38

10 37 29,3 29 34,3 32 34 31,3 46,25

11 38 28,54 28 32,38 30 37 35,3 35,48

12 37 28,06 28 30,22 30 35 36,7 29,27

13 37 29,2 29 32,7 30 34 34,6 28,3

14 36 27,5 29 30,7 30 32 27,2 25

15 35 27 28 31,3 30 29 26 25


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En todos los casos la temperatura experimentó un incremento desde el rango mínimo de 23º-27º hasta valores máximos de 37,6º.

El incremento de la temperatura es un indicador del desarrollo de la actividad microbiana en un proceso aeróbico y esta determinado por el calor de reacción que se libera en la reacciones bioquímicas llevadas a cabo.

Las altas temperaturas alcanzadas en este proceso reducen el riesgo de crecimientomicrobiano patógeno (Nº optima: 35º-55º)


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inicial: 2.18 final: 2.58 – 3.34- Síntesis protoplasma celular.- Aumenta la concentración de N

reciclado con la muerte de los microorganismos.

- Temperatura inferior a 90°C – no se producen pérdidas de N volátil, ni NH3.

Conservación de Nutrientes.

NitrógenoNitrógeno


22Vega Di Nezio-Casas-Alcazar. Biorreactores 2013

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inicial: 50,18% final: 40,56% - 47,29%

- Degradación del Carbono y su posterior formación de CO2.

CarbonoCarbono


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Inicial 23.02 Final 13.13 - 17.03

Los valores finales se deben al descenso de la cantidad de Carbono y al aumento de la cantidad de Nitrógeno.

Relación C/NRelación C/N


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ConclusionesConclusiones

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• El flujo de aire usado y los tiempos de aireación afectan el contenido de nitrógeno en el abono orgánico, pero el efecto causado por el flujo de aire sobre el contenido de nitrógeno no dependió del tiempo de aireación seleccionado.

• El flujo de aire empleado afecto la relación C/N en el abono orgánico, no siendo así el tiempo de aireación sobre la relación C/N. Sin embargo, el efecto causado por el flujo de aire no dependió del tiempo de aireación seleccionado.


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Condiciones optimas:

Flujo de aire de 50 L/min.

Tiempo de aireación de 2 horas.


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F I NF I N

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