MONOGRAFIA

1. UNIVERSIDAD NACIONAL
JORGE BASADRE GROHMANN
FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS
ESCUELA DE INGENIERIA EN INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
“TRABAJO FINAL GRUPAL”
“FERMENTADORES”
DOCENTE: Prof.
CURSO: Maquinaria y Equipo para la Industria Alimentaria
INTEGRANTES:
Yulisa Yomira Arocutipa Alanoca 2018-111041
TACNA – PERÚ
2021

2. MAQUINARIA Y EQUIPO PARA LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
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INTRODUCCIÓN
El objetivo de la biotecnología (bioingeniería) es obtener productos metabólicos útiles a
partir de materiales biológicos. La biotecnología comprende de dos fases distintas: la
fermentación y la recuperación de los productos. Para el cultivo de microorganismos en
condiciones óptimas, así como para la producción de microorganismos en los metabolitos
o enzimas deseadas, deben ser desarrollados procedimientos de fermentación. La
recuperación del producto lleva a cabo de la extracción y purificación de los productos
biológicos.
De esta manera se llevo a cabo el desarrollo de estas maquinas de los fermentadores
intentando satisfacer a trabajadores y consumidores, con las maquinas de fermentadores
industriales, de buena calidad y satisfacer las necesidades de la industria moderna,
teniendo en cuenta el criterio de la ergonomía como patrón principal para el mejor uso de
los fermentadores.
Aunque muchas de las técnicas utilizadas en la recuperación biológica o bioquímica del
producto solapan con las utilizadas estrictamente en procesos químicos (por ejemplo,
separación, destilación, calentamiento, enfriamiento y desecación), está aumentando el
uso de métodos diseñados específicamente para productos biológicos, como son la
cromatografía o la electroforesis.
En los procesos de fermentación de ingeniería es solamente una ayuda en el desarrollo
del proceso, y el centro de atención son la regulación de los procesos biológicos y los
microorganismos. Todos los métodos, como la manipulación genética, la regulación del
metabolismo mediante optimización del medio de cultivo y el suministro de un suministro
adecuado de oxigeno en condiciones estériles son solamente formas de dirigir los
procesos hacia los productos adecuados de los fermentadores.
Cuando más seguidamente se conocen los procesos durante el crecimiento y la formación
de se necesita en los fermentadores, mayor es la posibilidad de operar los procesos de
fermentación completamente automático, gobernado mediante ordenador, para obtener
un metabolito, por ejemplo, un antibiótico, no ha sido llevado a cabo todavía a escala
industrial.

3. MAQUINARIA Y EQUIPO PARA LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
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INDICE
INTRODUCCIÓN.............................................................................................................. 1
1 DESCRIPCIÓN..........................................................Error! Bookmark not defined.
1.1 Antecedentes.........................................................................................................3
1.2 ¿Qué es un fermentador?........................................................................................4
1.3 Definicion de Fermentacion ...................................................................................4
1.4 Fermentadores Industriales.....................................................................................5
1.5 Clasificacion de fermentadores..............................................................................6
1.6 Tipos de fermentadores..........................................................................................7
2 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO (Ingenieria) ..................................................... 10
3 DISENO.....................................................................Error! Bookmark not defined.
3.1 Foto...................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.2 Grafica.................................................................. Error! Bookmark not defined.
3.3 Esquema ............................................................... Error! Bookmark not defined.
4 PARTES DE LA MAQUINARIA O EQUIPO..............Error! Bookmark not defined.
5 APLICACIONES A LA INDUSTRIA DE LOS ALIMENTOSError! Bookmark not
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5.1 Vino .....................................................................................................................9
5.2 Yogurt ................................................................................................................10
5.3 Panaderia ............................................................................................................10
6 PARAMETROS A CONTROLAR...............................Error! Bookmark not defined.
7 CONCLUSIONES......................................................Error! Bookmark not defined.

4. MAQUINARIA Y EQUIPO PARA LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
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8 REFERENCIA BIBLIOGRAFICA ..............................Error! Bookmark not defined.
1 DESCRIPCIÓN
1.1 Antecedentes
Siguiendo al máximo, de que muchas evoluciones tecnológicas acontecen durante
conflictos bélicos, los registros sobre los orígenes de los biorreactores (fermentadores)
se remontan a la Primera Guerra Mundial. De Beeze y Liebmann (1944) utilizaron el
primer fermentador a gran escala (capacidad superior a 20 litros) para la producción de
levadura. Fue un científico británico llamado Chain Weizmann (1914-1918) desarrolló
un fermentador para la producción de acetona.
Desde que se reconoció la importancia de las condiciones asépticas, por lo tanto, se
tomaron medidas para diseñar y construir tuberías, juntas y válvulas en las que se podrían
lograr y fabricar condiciones estériles cuando fuera necesario.
El fermentador consistía en un gran tanque cilíndrico con aire introducido en la base a
través de una red de tuberías perforadas. En modificaciones posteriores, se usaron
impulsores mecánicos para aumentar la velocidad de mezcla y para romper y dispersar
las burbujas de aire.
Este proceso condujo a los requisitos de aire comprimido. Los deflectores en las paredes
de los vasos impidieron formar un vórtice en el líquido. En el año 1934, Strauch y
Schmidt patentaron un sistema en el que los tubos de aireación se introdujeron con agua
y vapor para la limpieza y esterilización.
La decisión de usar una técnica de cultivo sumergido para la producción de penicilina,
donde las condiciones asépticas, la buena aireación y la agitación eran esenciales, fue
probablemente un factor muy importante para forzar el desarrollo de recipientes de
fermentación diseñados cuidadosamente y construidos a propósito.
En 1943, cuando el gobierno británico, decidió que el cultivo de superficie era
inadecuado, ninguna de las plantas de fermentación era adecuada para una fermentación

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profunda. El primer fermentador piloto fue erigido en la India en Hindustan Antibiotic
Ltd., Pimpri, Pune en el año 1950.
En la actualidad ya nadie duda de la contribución esencial que las fermentaciones
alimentarias industriales, tanto en cultivo sumergido como en estado sólido, han realizado
en el campo de la fabricación de alimentación, aditivos, asi como de otras moléculas de
interés en tecnología de los alimentos.
De hecho, muchos de los procesos hoy en uso son el resultado de la adaptación de
modernas tecnologías de fermentación a la fabricación de alimentos tradicionales tales
como pan, queso, vino o cerveza. Otros, por el contrario, surgen como consecuencia de
la posibilidad de poder elaborar productos de forma controlada, con elevado rendimiento
y sin estar a merced de variaciones estacionales.
1.2 ¿Qué es un fermentador?
Un fermentador o biorreactor es un recipiente o sistema que mantiene un ambiente
biológicamente activo. En algunos casos, un fermentador es un recipiente en el que se
lleva a cabo un proceso químico que involucra organismos o sustancias bioquímicamente
activas derivadas de dichos organismos. Este proceso puede ser aerobio o anaerobio.
Estos fermentadores son comúnmente cilíndricos, variando en tamaño desde algunos
mililitros hasta metros cúbicos y son usualmente fabricados en acero inoxidable.
Un fermentador puede ser también un dispositivo o sistema empleado para hacer crecer
células o tejidos en operaciones de cultivo celular. Estos dispositivos se encuentran en
desarrollo para su uso en ingeniería de tejidos.
En términos generales, un biorreactor busca mantener ciertas condiciones ambientales
propicias (pH, temperatura, concentración de oxígeno, etc.) al organismo o sustancia
química que se cultiva. En función de los flujos de entrada y salida, la operación de un
fermentador puede ser de tres modos distintos: discontinuo (batch), semicontinuo (fed-
batch) o continuo (quimiostato).
1.3 Definición de fermentación
La fermentación es un proceso natural que ocurre en determinados compuestos o
elementos a partir de la acción de diferentes actores y que se podría simplificar como un

6. MAQUINARIA Y EQUIPO PARA LA INDUSTRIA ALIMENTARIA
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proceso de oxidación incompleta. La fermentación es el proceso que se da en algunos
alimentos tales como el pan, las bebidas alcohólicas, el yogurt, etc., y que tiene como
agente principal a la levadura o a diferentes compuestos químicos que suplen su acción.
La fermentación es realizada por diferentes bacterias y microorganismos en medios
anaeróbicos, es decir, en los que falta aire, por eso es un proceso de oxidación incompleta.
Las bacterias o microorganismos, así como también las levaduras, se alimentan de algún
tipo de componente natural y se multiplican, cambiando la composición del producto
inicial. En el caso de las levaduras que se utilizan para hacer fermentar el pan, las mismas
requieren de la presencia de azúcar o glucosa ya que es esta la que se convierte en su
alimento y les permite crecer en tamaño.
Lo mismo sucede con la fermentación alcohólica que da bebidas como el vino o la
cerveza. La fermentación es realizada por diferentes bacterias y microorganismos en
medios anaeróbicos, es decir, en los que falta aire, por eso es un proceso de oxidación
incompleta. Las bacterias o microorganismos, así como también las levaduras, se
alimentan de algún tipo de componente natural y se multiplican, cambiando la
composición del producto inicial.
En el caso de las levaduras que se utilizan para hacer fermentar el pan, las mismas
requieren de la presencia de azúcar o glucosa ya que es esta la que se convierte en su
alimento y les permite crecer en tamaño. Lo mismo sucede con la fermentación alcohólica
que da bebidas como el vino o la cerveza.
1.4 Fermentadores industriales
En los procesos industriales, las fermentaciones se llevan a cabo en un reactor que se
conoce como fermentador. El tamaño de los fermentadores puede variar, dependiendo del
tipo de proceso y con los volúmenes que se recogen al final.
Los fermentadores industriales a gran escala se construyen con acero inoxidable. Un
fermentador de este tipo es un cilindro cerrado por arriba y por abajo, en el que se han
adaptado varios tubos y válvulas.
La fermentación es el proceso que se da en algunos alimentos tales como el pan, las
bebidas alcohólicas, el yogurt, etc., y que tiene como agente principal a la levadura o a
diferentes compuestos químicos que suplen acción.

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1.5 Clasificación de los Fermentadores
a) Clasificación operativa
Tanto biorreactores como fermentadores se clasifican primeramente de acuerdo al modo
de operación: discontinuo, semicontinuo, continuo.
Esta es una clasificación operativa y se aplica a cualquier reactor, sea químico o biológico
(fermentador). En los reactores biológicos el modo de operación define el sistema de
cultivo que es el mismo y delimita la clasificación procesal-productiva del bioproceso
(cultivo). Al operar un fermentador en una determinada categoría (discontinuo,
semicontinuo, continuo), automáticamente queda determinado el modo de cultivo del
sistema y se definen los parámetros y las características operativas y de diseño que
intervienen en el proceso productivo del sistema.
b) Clasificación biológica
Los sistemas biológicos deben interactuar con el ambiente externo para poder crecer y
desarrollarse; es por eso que los fermentadores se clasifican biológicamente de acuerdo
al metabolismo procesal del sistema de cultivo: anaeróbico, facultativo, aeróbico.
Los bioprocesos de cultivo y las fermentaciones están basados en el metabolismo celular
del cultivo. El metabolismo define los parámetros y características operativas-biológicas
de diseño y de operación del fermentador. Estas características son las que intervienen en
la parte biológica del sistema y tienen que ver con el crecimiento, productividad y
rendimiento del cultivo; por lo que, definen la clasificación biológica-procesal del sistema
de cultivo.
c) Clasificación biológica-operativa
Ambas clasificaciones; la biológica y la operativa, son procesalmente interdependientes
y en su conjunto afectan el diseño final del fermentador.
Al conjuntarse ambas clasificaciones, se conjuntan también la función operativa y la
biológica para establecer entre ambas un propósito de utilización, el modo de cultivo y el
bioproceso. Siendo el propósito de utilización, el destino de cultivo del fermentador; para
qué tipo de cultivo va a ser utilizado el biorreactor; el modo de cultivo es sinónimo de
sistema de cultivo y el bioproceso es en sí, todo el proceso de la historia.

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1.6 Tipos de Fermentadores
1) Fermentación discontinua (batch)
Considerado como un "sistema cerrado". Al inicio de la operación se añade la solución
esterilizada de nutrientes y se inocula con el microorganismo, permitiendo que se lleve a
cabo la incubación en condiciones óptimas de fermentación. A lo largo de toda la
fermentación no se añade nada, excepto oxígeno (en forma de aire), un agente
antiespumante y ácidos o bases para controlar el pH. La composición del medio de
cultivo, la concentración de la biomasa y la concentración de metabolitos cambia como
resultado del metabolismo de las células observándose las cuatro fases típicas de
crecimiento: fase de latencia, fase logarítmica, fase estacionaria y fase de muerte.
Figura 1: Representación gráfica de la fermentación discontinua (batch)
2) Fermentación alimentada (fed-batch)
En los procesos convencionales discontinuos que acabamos de describir, todos los
sustratos se añaden al principio de la fermentación. Una mejora del proceso cerrado
discontinuo es la fermentación alimentada que se utiliza en la producción de sustancias
como la penicilina. En los procesos alimentados, los sustratos se añaden escalonadamente
a medida que progresa la fermentación. La formación de muchos metabolitos secundarios
está sometida a represión catabólica (efecto glucosa). Por esta razón en el método
alimentado los elementos críticos de la solución de nutrientes se añaden en pequeñas
concentraciones al principio de la fermentación y continúan añadiéndose a pequeñas dosis
durante la fase de producción.

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Figura 2: Representación gráfica de la fermentación alimentada (fed batch)
3) Fermentación continua
Se establece un sistema abierto. La solución nutritiva estéril se añade continuamente al
fermentador y una cantidad equivalente de solución utilizada de los nutrientes, con los
microorganismos, se saca simultáneamente del sistema.
El objetivo fundamental de la industria de las fermentaciones es minimizar costes e
incrementar los rendimientos. Si bien los procesos de fermentación continua no se utilizan
de forma general en la industria, debido fundamentalmente al mayor nivel de experiencia
del crecimiento de células en fermentación discontinua, el coste de producción de
biomasa mediante cultivo continuo es potencialmente inferior al de cultivo discontinuo.
Aunque muchas fermentaciones para la producción de metabolitos funcionan bien como
procesos continuos, sólo unos pocos procesos han resultado útiles para la aplicación
práctica por varias razones:
a) Muchos métodos de laboratorio operan continuamente durante solamente 20 a 200
horas; para que sea de utilidad industrial el sistema debe ser estable durante al
menos 500 a 1.000 horas.
b) Mantener las condiciones estériles a escala industrial a lo largo de un largo período
de tiempo es difícil.
c) La composición de los sustratos debe ser constante a fin de obtener una
producción máxima. La composición de las soluciones de nutrientes industriales
son variables (líquido de maceración del maíz, peptona, etc.) lo que puede originar
cambios en la fisiología de la célula y disminuir la productividad.

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d) Cuando se utilizan cepas de alto rendimiento se producen mutantes degenerados,
los cuales pueden crecer en cultivo continuo más deprisa que las cepas de
producción por lo que el rendimiento disminuye con el tiempo ya que cada vez
son menos células las que sintetizan el producto de interés.
Figura 3: Representación gráfica de la fermentación continua
4) Reactores de enzimas o células inmovilizadas
Consiste en pasar el medio fresco a través de un fermentador en el que por diversas
técnicas hemos inmovilizado células (o enzimas). En el fermentador se producen las
transformaciones bioquímicas que deseamos y recuperamos el producto transformado
tras su paso por la columna. Con este sistema se eliminan los problemas de desequilibrio
del sistema continuo clásico y además el producto resultante está libre de células. Presenta
el inconveniente de que no todos los microorganismos pueden inmovilizarse.
Existen tres métodos de inmovilizar las células:
a) Asociación física mediante resinas de intercambio iónico. La unión se puede
romper fácilmente.
b) Unión covalente mediante glutaraldehído, tolueno, disocianato, iodo acetil
celulosa. Unión fuerte, aunque inactivación.
c) Atrapamiento mediante colágeno, gelatina, agar, alginatos, poliacrilamida,
poliestireno. Es el método más utilizado en inmovilización de células; para ello
se mezclan las células con el polisacárido líquido y posteriormente se deja enfriar
para que solidifique. Finalmente se fragmenta o granula y se empaqueta en una
columna.

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2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
En una fermentación por lotes típica se añade una solución rica en nutrientes, se inoculan
los microorganismos y no se le añade nada más excepto oxígeno (muchos
microorganismos utilizados en procesos biotecnológicos son aerobios) y un
antiespumante. En este tipo de fermentador las condiciones durante la fermentación
varían debido a la acumulación de productos de desecho y a la multiplicación de los
microorganismos.
Durante el proceso se pueden añadir vitaminas, minerales, aminoácidos grasos y
dependiendo del tipo de bacteria, factores de crecimiento. También se le añade un
antiespumante para controlar el exceso de burbujas, se mezcla con agitación para que
entre oxígeno y salga dióxido de carbono y se mezclen bien los nutrientes. Para un mejor
rendimiento esto se hace a temperatura constante. Las reacciones químicas y mecánicas
(agitación) que ocurren dentro de un fermentador añaden calor al sistema y si este calor
añadido no es contrarrestado las células pueden morir o dejar de producir, por lo tanto, es
necesario un sistema de enfriamiento que debe ser controlado mediante un sistema de
control apropiado.
Los procesos de fermentación normalmente están controlados por sistemas tipo PLC que
controlan automáticamente el pH, temperatura, niveles de oxígeno, agitación, etc. Los
problemas más habituales relacionados con la fermentación son las contaminaciones
durante el proceso debidas a una esterilización inadecuada o a la pérdida de la misma
durante el proceso. La utilización de sistemas fiables y de altas prestaciones garantiza las
condiciones para una producción de segura y de alta calidad.

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