Tesis:
Instrumentación basada en ultrasonidos para el análisis de procesos microbiológicos y enzimáticos.
- Autor: SIERRA SANCHEZ, Carlos
- Título: Instrumentación basada en ultrasonidos para el análisis de procesos microbiológicos y enzimáticos.
- Fecha: 2010
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: INGENIERIA MECANICA Y DE FABRICACION
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: ELVIRA SEGURA, Luís
- Resumen: Los métodos de medida por ultrasonidos presentan características ventajosas para el control de procesos biológicos y bioquímicos (son no destructivos, no invasivos, pueden ser implementados en tiempo real, son precisos, etc.). En este trabajo, se aplica una técnica basada en transmisión de ondas ultrasónicas para la monitorización de diferentes procesos microbiológicos y bioquímicos. Para ello se desarrolló un equipo de medida, el cual se presenta en esta Tesis, diseñado específicamente para la medida de este tipo de procesos en medios líquidos. Entre otras, este equipo presenta la ventaja de poder añadir sustancias o tomar muestras sin perturbar la medida ultrasónica y sin contaminar el medio (requisito fundamental para su aplicación al estudio de procesos microbiológicos). Estas muestras pueden ser analizadas mediante técnicas convencionales usadas en microbiología y bioquímica, lo que permite relacionar los cambios observados en la velocidad con los procesos que tienen lugar en la celda de medida. Algunas de estas técnicas han sido utilizadas en este trabajo: medida de la densidad óptica para conocer la producción de biomasa, medidas de cromatografía de líquidos de alta eficiencia (HPLC) para conocer concentraciones de glucosa, maltosa y acetato, así como medidas calorimétricas (Método del DNS, Método del Cd-Ninhidrina) para medir la cantidad de azúcares reductores y aminoácidos respectivamente presentes en el medio y de pH para conocer la cantidad de amonio. Dentro del campo de la microbiología se procede al estudio del crecimiento de la bacteria Escherichia coli DH5a en dos medios diferentes de cultivo como son el medio mínimo M63 y el medio neo Luria-Bertani (LB), además de analizar dicho crecimiento en diferentes condiciones: con o sin agitación, en presencia (aerobiosis) o ausencia (anaerobiosis) de oxígeno.. Los cambios obtenidos en los parámetros de propagación (velocidad en este caso) se interpretan en términos del catabolismo de las fuentes de carbono presentes en el medio (glucosa en el caso del M63 y aminoácidos en el caso del LB), la producción de gas y el crecimiento de los microorganismos. Para ello, se estudia separadamente la influencia de cada uno de estos efectos en la velocidad. Se comprueba que, en lo concerniente a la propagación de los ultrasonidos en el medio mínimo, el medio puede ser convenientemente tratado como una disolución ternaria de medio de cultivo M63, fuente de carbono (glucosa) y producto (acetato o lactato, según el crecimiento tenga lugar en presencia o ausencia de oxígeno) donde, con el transcurso del proceso, los sustratos se transforman en metabolitos de acuerdo a la reacción de la fermentación. En el caso del crecimiento en LB, el medio también puede ser tratado como una disolución ternaria de agua, fuente de carbono (aminoácidos) y producto (amonio). En cuanto al campo de procesos bioquímicos, el proceso estudiado es la hidrólisis del almidón desde dos perspectivas: La primera de ellas desde un punto de vista puramente enzimático realizando la hidrólisis mediante la adición de enzimas a y 3-amilasa, mientras que la segunda se aborda desde un punto de vista microbiológico, ya que se estudia la hidrólisis producida por la acción de los Bacillus amyloliquefaciens y subtilis. De nuevo se tratan los medios como disoluciones ternarias de agua, almidón y maltosa en el caso enzimático, y M63, almidón y azúcares reductores (glucosa y maltosa) en el caso microbiológico. Para el estudio de las disoluciones ternarias se propone una aproximación teórica, basada en el concepto de volumen en exceso y en la medida de la densidad y velocidad de las mezclas binarias, para obtener estas variables en las mezclas ternarias. Este modelo se emplea para calcular las concentraciones de los solutos mayoritarios, obteniéndose una buena correlación en los medios de composición más simple, mientras que en los más complejos (LB) se emplea un modelo semiempirico, basado en la medida de la velocidad de las mezclas binarias. En todos los sistemas estudiados, la medida por ultrasonidos permite el seguimiento de los cambios derivados de los procesos microbianos y enzimáticos, demostrando ser un instrumento muy útil para la monitorización no-invasiva, no-destructiva y online de procesos bioquímicos y microbiológicos.