Tesis Doctorado
Optimización de la síntesis de galacto-oligosacaridos en modalidad de lote alimentado
Autor
Vera-V, Carlos
Institución
Resumen
Esta tesis doctoral tiene por hipótesis que la implementación de la síntesis de galacto-oligosacáridos (GOS) en modalidad de lote alimentado y su optimización por metodologías de control óptimo permitirá un aumento de la concentración de GOS en el producto de la reacción, lo cual provocará una mejora en la economía del proceso evaluada en términos de su valor actual neto, respecto de la síntesis por lotes.Con el fin de verificar la hipótesis de esta tesis doctoral, la investigación se llevó a cabo en cinco etapas: la primera de ellas consistió en la caracterización de la enzima respecto de su diámetro hidrodinámico y actividad de transgalactosilación. En esta etapa se logró determinar que la β-galactosidasa de A. oryzae es una enzima monomérica, cuya temperatura óptima se encuentra entre 55 y 60 °C y pH óptimo entre 3.5 y 5.5, respecto de su actividad de transgalactosilación. En la segunda etapa se estudió el efecto de la temperatura, el pH, la razón enzima/sustrato y la fuente de lactosa en la síntesis de GOS. Se determinó que la temperatura y el pH ejercen escasa influencia en el rendimiento de la síntesis, sin embargo, afectan de manera importante la productividad específica de la reacción de síntesis. Se demostró que tanto el rendimiento como la productividad específica son independientes de la actividad enzimática contactada en la reacción. Por su parte, el uso de lactosuero o permeado de lactosuero como sustrato para la síntesis de GOS no es recomendable, debido a que su uso implica un menor rendimiento y productividad específica que con lactosa pura. En la tercera etapa se formuló un mecanismo cinético para la síntesis de GOS con β-galactosidasa de A. oryzae y a partir de él se desarrolló un modelo cinético simplificado que describe adecuadamente los perfiles experimentales de galactosa, glucosa, di, tri, tetra y pentasacáridos. En la cuarta etapa se evaluó la rentabilidad económica de una planta para la producción de GOS considerando la operación discontinua (por lotes) y semi-continua (por lote alimentado) del reactor de síntesis. Adicionalmente, se realizó un análisis de sensibilidad para el costo de la lactosa y de la enzima y el precio de venta de los GOS. Se determinó que el proyecto es rentable bajo ambas modalidades de operación del reactor, obteniéndose un valor actualizado neto (VAN) óptimo de 16.7 y 24.8 MMUSD y una tasa interna de retorno (TIR) óptima del 41 y 60%, para la síntesis de GOS por lote y lote alimentado, respectivamente. De ello se desprende que la operación semi-continua del reactor permitiría una mejora significativa de la rentabilidad del proyecto. En la quinta etapa se llevó a cabo la validación experimental de la síntesis de GOS en modalidad de lote alimentado, demostrándose que con dicha modalidad de operación es posible duplicar la concentración de GOS totales obtenido en la síntesis, respecto de la síntesis por lote. Adicionalmente, esta etapa permitió la validación del modelo cinético para la síntesis de GOS propuesto en esta tesisLos resultados obtenidos permiten dar por verificada la hipótesis de esta tesis doctoral y concluir que a través de la implementación de la síntesis de GOS en modalidad semi-continua y optimización mediante control óptimo, es posible incrementar la concentración de los GOS totales en la mezcla reaccionada y con ello mejorar significativamente la rentabilidad de una instalación industrial para la producción de GOS. PFCHA-Becas Doctor en Ciencias de la Ingeniería Mención Ingeniería Bioquímica 218p. PFCHA-Becas TERMINADA