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Rev. Téc. Ing. Uruv. Zulla. Vol. 20. No. 1. 53-61. 1997
Redesign and start up operation a bioreactor
at pilot plant seale for solid-state
fermentation processes
Nicolino Bracho, Miguel Rondón, Cateryna Aiello 

Alexis Ferrer1
yArelis López 

Laboratorio de Análisis Químico, Departamento de Química 

Coordinación de Ciclo Básico. Facultad de Ingeniería. 

1 Laboratorio de Alimentos. Departamento de Quúnica. Facultad experimental de Ciencias 

Universidad del Zulia, Apartado 526. Maracaibo, Venezuela 

Abstract
A stalnless steel bioreactor was redestgned 10 order to facilile the productlon of m1croblal proteln by
solid-state fennentatlon. A double-belix stlrrer was bullt to replace a blade-stlrrer. M1x1ng time was set at
12 m1n every two hours. An air-manlfold was bullt and lnstalled at the bottom of tbe reactor. lt allowed
uniform bubbllng in the water reservolr. proVid1ng a continqous Oow of saturated air through the blomass.
The intermlttent mlxIng proVided It a unifonn substrate with mIn1mun damage to tbe mycelial blomass.
AJong wtth tbe saturated aJr. allowed removal of the metabolic heat produced and prevented fonnaUon of
dead zones in tbe biomass. A fermentatlon with Tnchoderma reesel QM 9414 on water-treated sugar cane
bagasse was carried out to test tbe operaUon of the hloreactor. Tbe fermented product reached 7% erude
prote1n at 48 h. A maximum of 10.96% was reached at 96h. Th1s value was much higher than tbe laboratory
value. conflrmJng that tbe deslgn allows a more efficlent fermentaUon process.
Key words: Bloreactor. salid state fermentaUons. sugar cane bagasse. microbial prote1n. Trichoderma
reeset.
Rediseño y puesta en marcha de un biorreactor a 

escala piloto para fermentación 

en estado sólido 

Resumen
Se rediseñó un blorreactor en acero Inoxidable a fin de adaptarlo para la producción de proteína
microbiana por fermentacIón en estado sólido. Se construyó un mezclador de doble hélice. en sustitución
de uno de paletas y se controló el Uempo de mezclado en doce minutos cada dos horas. Se Instaló un
distribuidor de aire en el fondo del reactor. cuyo diseño permite un burbujeo uniforme en el depósito de
agua, garantizando un flujo continuo de aire saturado para toda la mezcla. El mezclado intermitente
garantiza la uniformidad del sustrato durante toda la fermentación con el mínimo daflo a la biomasa micelial
y Junto con la entrada de aire saturado permite remover el calor metabólico generado y evita la formación
de zonas muertas en la mezcla. A fin de comprobar el func1onarnJento del blorreactor, se real1zó una
fermentación de Trichoderma ressei QM 9414, en bagaclllo de caña de azúcar tratado con agua como
sustrato. A partir de las 48 h. el producto obtenido alcanza contenidos de proteína mayores al 7%, valor este
necesario para mantener el consumo voluntat1o del alimento por los anlmales. El máximo valor se obtiene
a las 96 h Y es de 10.96%. Estos valores son supertores a los obtenidos a nivel de laboratono (6.7%), lo cual
Rev. Téc. Ing. UnIv. Zulla. Vol. 20. No. 1. 1997
54 Bracho y col.
confirma que las adaptaciones y diseños rea.l1zados al biorreactor pernúten mayor eficiencia en el proceso
de fermentación.
Palabru clave: Blorreactor. fennentaclón en estado sólido, bagacillo de caña de azúcar, proteína
microbiana, Thchodenna reesei.
Introducción
En Venezuela la irregulartdaden los periodos
de lluvia durante el año. afecta a las unidades de
producción queemplean pastos como fuente prin­
cipal de aUmento de su ganado. Las alternativas
para combatir este problema son la conservación
de los pastos y el uso de alimentos concentrados.
siendo esta última muy costosa. Una alternativa
de gran interés y que ha motivado numerosas
investigaciones. es el mejoramiento de sustratos de
baja dJgestibilidad y con contenidos de nitrógeno
muy bajos. principalmente desechos llgnocelulósi­
cosopara convertirlos en sustratos de alta dlges­
tlbilidad, lo cual aumentaría en forma inmediata y
significativa el volumen de tales alimentos dispo­
nibles para la nubición de rumiantes.
Muchos materiales han sido reportados
como potenciales sustratos para la producción de
proteína y enzimas por procesos de fermentadón
tanto sumergida como en estado sólido. En Vene­
zuela se producen grandes volúmenes de dese­
chos. residuos y desperdicios. producto de la actl­
vldad agricola y del procesamiento de alimentos.
pero su uU1Jzaclón está sujeta a la rentabilidad de
su uso en procesos fermentativos frente a otras
alternativas. Estudios realizados sobre la disponi­
bilidad y localización de los residuos llgnocelulósi­
cos en Venezuela. con miras a lograr nuevas for­
mas de produccIón de proteína microbiana. enzi­
mas y metabolllos. muestran que los resIduos con
mayor potenctabilidad de uso son los foUaJes de
sorgo y de maíz. el bagacUlo y bagazo de caña de
azúcar (1). El bagacillo de caña de azúcar (Saccha­
rum ojftdnaruml es un resIduo agricola que contie­
ne más de 30% de celulosa (21 y puede encontrarse
en abundancia en vartas regiones del país. Así por
ejemplo. se estimó que para 1987-1988 se genera­
ron alrededor de 2.300.000 toneladas métr1cas de
bagazo y 600 000 toneladas métricas de bagactUo
de caña de azúcar en nuestro país (1).
La fermentación en estado sólldo (FES), pre­
senta grandes ventajas en relación con la fermen­
tactón sumergIda (3. 4. 5. 6, 71 Y con las tecnlcas
convencionales ya apUcadas y que se basan en la
agricultura 181. pues no está sujeta a las vartacio­
nes cUmátlcas. Los espacios utilizados son muy
reducidos, permitiendo controlarlos de manera
efectiva y el producto final puede ser usado direc­
tamente o ser incorporado como suplemento al
alimento de los animales.
Se han diseñado muchos equipos para reali­
zar los cultivos sólidos, tanto para escala de labo­
ratorio como para escala pUoto 13. 4. 9, !O, n. 121.
sln embargo en el campo de la Bioingeniería de las
fermentadones en estado sólido existe poca infor­
mación y no se conocen principios generales ni
regIas establecidas y aceptadas para la construc­
ción de blorreact.ores 113]. ada sistema sustrato­
mIcroorganismo requiere de un diseño y condicio­
nes de IngenJeria específicos. Tanto el diseño como
los criterios de escalamiento se basan en estudIos
de transferencIa de calor y masa y prinCipalmente
en resultados y experiendas acumuladas de las
LnvesUgaciones reallzadas en fermentadones en
estado sóltdo tomando como base, algunas de las
normas de diseño de equipos de fennentaclón
sumergida. Este trabajo presenta una alternativa
que puede aumenLar de forma tnmedlata y slgnill­
caUva el volumen de altmentos energéUcos dispo­
nIbles para la allmentacion de rum1antes.
Parte Experimental
Diseño del Blorreactor
La Figura 1 muestra el esquema del blorreac­
tor original, con una capaCidad de dos kilo de
bagazo seco (lO litros). Este equipo fue diseñado
por Ferrer y col. )21. a partir de las dimensiones de
la columna de vtdrio recomendada por Raimbault
y col. (41 y utllizada para las fermentaciones en
estado sólido a escala de laboratorio (6. 7]. A este
dIseño original del blorreactor se le realIzaron mo­
dificacIones. las cuales se detallan a continuacIón
y que se muestran en la Figura 2
Diseño y construcción del mezclador
Se diseño y construyó un mezclador tipo
hellcoldal tomando como referenCia el protoUpo
Rev. Ttc. lng. Univ. Zulla. Vol. 20. No. l. 1997
55Bloreactor a escala pUoto para fermentación en estado sólido
Llll1'8 de IApila Il r
E
o
'"ci
3.0
E(J
o
o
M
4.5
E J
~ -,.,; JI 25 mm
l· 0.30 m ·1
Tornillo de A&1UTl!
Base del Tornillo de Acarre 

Soldada a la Banda o Correa 

del Cilindro 

Cilindro 

le = 3 o 4 mm 

Paleta de Agltllcidn Desmontable
Lamina Perfora.da. con Perforaciones iJ 2 mm
Sost~n para lAmina Perforada 

Unión Uni"ersal 

Figura l. Vista frontal del biorreactor original.
Ua ve de Mariposa
E
o
co
o
0.10 m
Tornillo de Agarre
Bllse del Tornillo de arre
Tan que del 8ioreaclor
"'ezclador
Lámin a Perforada con Perfora ciones f1 2 m
Sosle'n para Lamina Perforada
Salida del Agua
Enlrada de Aire
Dislribuidor de Aire
II-.~----;==r------l Enlrada de Agua
0.30 m
FIgura 2. Vista frontal del blorreactor modificado.
Rev. Téc. lng. Univ. Zulla. Vol. 20. No. l. 1997
56 Bracho y coJ.
propuesto por Tengerdy 191. ya que el movtmtento
generado por éste permite homogeneizar el mate­
rtal. sin ocasionar ruptura del micelIo del hongo.
La Tabla 1 muestra las dimensiones obtenidas
para el mezclador. luego de la aplicación de las
ecuaciones y cálculos recomendados para tal fin
114).
Con estos parámetros, se procedió a la cons­
trucción de las superficies heUcoldales, con una
lámina de acero inoxidable 316, calibre 3 mm. la
cual es cortada en forma circular en el tomo. hasta
obtener un anillo plano con las dlmenslones reque­
odas. Se estira el anUlo una longitud Igual al paso
de la hélice, generándose así una vuelta de super­
ficie hellcoldal. Luego se unen las superficies hell­
coldales al eje medJante soldadura. Se uUllzó como
eje un tubo cllindrtco de acero inoXidable 316 con
un dlámetro Interno de 1 1/4"(3.175 cm}.
Tapa del blorreactor
Se construyó una tapa de acero inoXidable
316 de 0.5 cm de espesor y 32 cm de diámetro. Se
colocó una válvula de segurtdad de 1/4" (0.635 cm)
de diámetro y 5 atm para alivio de presión y una
válvula de bola de 1" (2.54 cm) para la toma de la
muestra.
Soporte del SUBtrato
Como soporte del sustrato se construyó una
bandeja en acero inoXidable 316 con espesor de
3 mm (0.3 cm) y un dJámetro de 30 cm con perfo­
raciones de 2 mm (0.2 cm) de dJámetro para per­
mttlr la entrada del aire. Se le colocó en el centro
un rodamtento con un soporte para garantizar que
el mezclador esté centrado y facilitar su rotación.
Se colocó una empacadura en el borde de la ban­
deJa para evitar el paso del bagaclllo hacia el
depósito de agua.
Entrada Y salida de agua
En el blorreactor or1gtnalla cantidad de agua
necesaria para la saturación del aire era sum1n1S­
trada por carga allniclo de ~ fermentación. y para
retirarla. era necesario desarmar el equipo. Se
modificó el diseño para permitir la entraday salida
de agua al depósito en cualquier tiempo durante la
fermentación. Se instaló un sistema que consta de
tuberías galvanizadas de 1/2" (1.27 cm) de diáme­
tro y una válvula de bola para controlar el flUJO de
entrada.
Tabla 1 

Dimensiones del Mezclador Helicoidal 

(Vr: velocidad tangencial, VA: Velocidad 

axial. VR: Velocidad resultante, At: área 

transversal, Q: caudal arrastrado, 

De: Diámetro externo, Di: Diámetro interno) 

Parámetros Hélice Externa Hélice Interna
VT (cm/s) 7.33 4.25
VA (cm/s) 1.50 1.50
VR (cm/s) 7.48 4.51
At (cm2
) 163.36 176.46
Q (cm3
/s) 1222.29 1222.29
Dext (cm) 28.00 16.24
Dlnt (cm) 24.00 6.25
Distribuidor de aire
Se diseñó y construyó un distribuidor de
aire, en tubo de cobre de 1/4" (0.635 cm) de
diámetro con perforaCiones de 1/16" (0.159 cm) de
dtámetro. que permite la entrada uniforme de aire
al biorreactor. garantizando su saturacIón en todo
momento.
Panel de control
Se encuentra colocado a la derecha del blo­
rreactor y consta de los siguientes componentes:
A 	 Indicador de temperatura, marca Venetrol. co­
nectado con una termocupla ubicada dentro
del eje del mezclador, la cual registra la tem­
peratura durante la fermentación.
B. 	 Rotámelro, marca GUmont. que permite regu­
lar la cantidad de aire de entrada.
C. 	 Interruptor horario, para fijar el tiempo de
arranque y mezclado al motor del btorreactor.
Se fijó un tiempo de arranque de 2 horas y un
tiempo de mezclado de 12 minutos. Al Onallzar
el tiempo de mezclado, el motor se detiene y
arranca nuevamente al cabo de 108 minutos.
D. 	 Interruptor para encendido/apagado del equi­
po. para encender o apagar el equipo con todos
sus instrumentos eléctricos. Hace posible no
tener que desconectar el equipo cuando éste
se encuentre fuera de servicio.
E. 	 Interruptor automático / manual del motor.
que cumple dos funciones, en posición ma­
nual para arrancar el motor. homogeruzar la
Rev. Téc. lng. Untv. Zulla. Vol. 20, No. 1, 1997
57Bloreactor a escala piloto para fermentación en estado sóUdo
metCla y tomar muestras cuando el biorreac­
tor no se encuentra en su período normal de
mezclado; en posición de automático, cuando
se quiere que el motor del mezclador arranque
de acuerdo con el tiempo que se le haya fijado
con el interruptor horario.
F. Válvula de bola. para regular ellluJo de entra­
da de agua al biorreactor durante la fermen­
tación.
Motor
Para el funcionamiento del mezclador se se­
leccionó un motor que cumpliera con los requeri­
mientos del sistema. Se calculó la potencia mínima
de trabaja. la velocidad de salida y el torq.le (14).
La fermentación requiere una velocidad máxima
de mezclado de 50 rpm para evitar la ruptura del
micelio y lograr un creclmiento óptimo del microor­
ganismo. Se seleccionó un motor de 100 rpm
reduciendo a la mitad la velocidad a través de un
sistema de poleas.
Puesta en marcha del Blorreactor
Se realizaron pruebas preliminares para
comprobar el funcionamiento del equipo y sus
accesorios. Para ello. se cargó el biorreactor con
dos kUogramos de bagac1llo húmedo. se accionó el
interruptor de encendido manual del motor y se
comprobó el funcionamiento del mezclador. Se
calibró el interruptor horario para que encendiera
el motory proporcionara un mezclado intermitente
por doce minutos cada dos horas. Se comprobó el
funcionamiento del Sistema con el interruptor de
encendido automático. Posteriormente se reallza­
ron dos fermentaciones para comprobar la eficien­
cia en la producción de proteína microbiana.
Sustrato
El sustrato utllizado es bagacillo de caña de
azúcar tomado de un mismo 'lote. proveniente del
Central Azucarero "El Palmar". ubicado en el Es­
tado Aragua. El bagaclllo de caña de azúcar se
sometió a un tratamiento acuoso. a la relación
líquido/sólldo de 5 durante 30 minutos 171.
Mlcroorgamsmo
El microorganismo utillzado en este estudJo
fue el bongo Trichodenna reesei QM 9414. Como
medio d mantenJm.1ento se uttllzó agar papa con
0.025% de glucosa (151 en botellas con el agar en
forma de cuña. A28°C el hongo cubre la superficIe
del agar con esporns de color verde en tiempos de
3-5 días. A fin de lograr una abundante esporula­
clón, se siguió el proced.lmlento recomendado por
Alello {7) en fiolas de 250 mI con 70 g de arroz
previamente lavado, escurrido y esterillzado a
121°C por 20 minutos.
Medio mineral
El medio mineral utilizado en las fermenta­
ciones fue el recomendado por Mandels y Weber
(16).
Preparación de1lnóculo
El inóculo para las fermentaciones fue de 107
esporas por gramo de bagacillo. La cantidad de
suspensión de esporas para inocular se pasó a
medio mineral, para provocar su germ1naclón y se
tncubaron a 28°C y 150 rpm de agitación. El
tiempo de germinación. determinó mediante ob­
servaciones en el microscopio y tomandose como
criterio que la longttud de la h1fa formada sea
aproximadamente tgua1 al d1ametro de la espora
(17).
Fermentaciones
Se realizó una fermentación y su respectivo
duplicado. Ambas se realizaron con una relación
Carbono/Nitrógeno de 10. utilizando (NH4.12S04.
La cantidad de medio mineral por gramo de sus­
trato, se calculó utillzando el valor de humedad de
saturacJón del sustrato. La bumedad de satura­
ción del sustrato se consideró como la humedad
lnlcial del medio sólido. Una parte del medio mine­
ral se utllizó como medio de germinac1ón de las
esporas y la cantidad de sulfato de amonio nece­
saria para la relación C/N se dJsoMó en el medJo
mineral restante. El sustrato sólido inoculado se
transfirió al blorreactor y una vez empacado el
equipo se dejó durante cinco días, suministrando
aire saturado a razón de 12-20 L/min Y mante­
niendo la temperatura en un rango (28 - 30) oC.
Tratamiento de las muestras
Se tomó una muestra cada 12 horas. la cual
consisUó en tomas de material del reactor después
de ser agitado. PrevIo a los anállsis. la muestra se
colocó en un recipiente y se uniformJzó con ayuda
de una vartlla de vldrto. El contentdo de humedad
se determinó mediante el uso de 1 g de muestra y
Rev. Téc. Ing. Unlv. Zulla. Vol. 20, No. 1. 1997
58 Bracho y col.
la balanza Ohaus .Scale Corp. Modelo 6010. El pH
se midió en una suspensión de 5 g de material
sólido en 50 mi de agua destilada [41. Se lavaron
20 g de la muestra con buffer citrato de sodio,
0.05 M Y pH 4.8, recuperando los sólidos por
flItraclón yse determinó la act1v1dad enz1máUca de
celulasa. La actividad enztmátlca se midió por el
método del papel de flItro 181 utll1zando el reactivo
del ácido dinitrosallcílico modificado [19, 201 para
cuantlftcar los azúcares reductores por la reacción
entre la celulasa y el papel de filtro, usando glucosa
como patrón a 585 nm. Una unidad de papel de
filtro (UPF) de actMdad enztmáttca es equivalente
a 0,25 mg de glucosa prodUCidos a las condiciones
del método, 50°C y una hora de incubación. Toda
la muestra sólJda se reunió y se lavó con agua
destilada para el1m1nar el nitrógeno inorgánico
remanente, se secó a 60°C durante 12 horas y
posteriormente se le determinó el contenido de
nitrógeno utillzando el método KJendahl. El por­
centaJe de proteina se estimó como el porcentaje
de nitrógeno multiplJcado por 6,25.
Resultados y Discusión
El mezclador de doble hélJce diseñado permi­
te el mezclado uniforme del sustrato, min1mlzando
la formación de zonas muertas a los lados de las
paredes del blorreactor. Se pudo observar una vez
desmontado el equJpo, que en las paredes y fondo
se adhJere una delgada capa de bagacUlo a conse­
cuencia de la presión ejercida sobre el sólido que
se encuentra entre la pared y el fondo del biorreac­
tor y el mezclador. Se conoce que la agitación
mecánica afecta la blomasa m1cella) y por consi­
guiente el rend1mtento del producto final. Sin em­
bargo, al controlar el tlempo de mezclado en forma
intermitente, doce minutos cada dos horas. el
movimiento generado proporciona homogeneidad
al sustrato, evitando daños al micello del hongo.
El distribuidor de aire diseñado proporciona
un burbujeo uniforme en el depósito de agua
garantizando la saturación del aire en todo mo­
mento. El aire saturado permite mantener la hu­
medad del sustrato y la temperatura durante el
proceso de fermentación.
La Tabla 2 presenta los resultados de las
pruebas de homogeneidad reaUzadas durante la
fermentación. Para estas pruebas se tomaron tres
muestras diferentes para un mismo tiempo de
fermentacJÓn. Las pruebas se realizaron a las 72 y
84 horas. Se obsenTa que la humedad es la misma
(76%) para las tres muestras en cada tiempo. Los
valores de pH no muestran una variación SignIfi­
cativa. Durante el proceso de fermentación, la
temperatura se mantuvo constante dentro del ran­
go óptimo necesarto para el crecimiento del mi­
croorganismo (27-30°C), esto se logra mantenJen­
do constante el flujo de aire saturado en 12 L/min.
En la Figura 3 se obsenTa el comportamtento
del pH durante la fermentación, el cual dismtnuye
progresivamente desde un valor ln1clal de 5.96
hasta 3.73. El rango óptimo de pH para el creci­
miento del hongo es de 4-5 [151, este se alcanzó
entre las 24-36 horas. Este comportamiento del pH
se obsenTa también en las fermentaciones real1za­
das a escala de Iaboratorto [71.
La humedad de saturación del sustrato no
varia considerablemente y los valores oscilan alre­
dedor de la humedad de saturación del sustrato
(76%) tal como se muestra en la Figura 3. El valor
de la humedad de saturación para el bagacillo
tratado con agua está en el orden del obtenido para
Tabla 2 

Pruebas de Homogeneidad 

Tiempo Muestras % de Humedad pH
(h)
1 76 3.81
72 2 76 3.74
3 76 3.74
75.5 3.80
84 2 75.5 3.76
3 75.5 3.75
Rev. Téc. Ing. UniV. Zulla. Vol. 20, No. l. 1997
59
30
2S
- % Humedad x10
~pH
--+-%Proteina
~ A.E. (UPF) xIOEOI
lO
15
10
5
Bloreactor a escala piloto para fennentación en estado sólido
O+-----+-----+-----~----~--~r_--~----~----_+----~
O 12 24 36 48 60 72 84 96 108
Figura 3. Cinética de la fennentación de bagazo de caña de azúcar.
Tabla 3 

Comparación de la Producción de Proteína a Escala de Laboratorio y Ptloto 

(. Datos tomados de AleUo, C" 1992) 

Tiempo (h) O 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120
% Proteína · 3.63 5.31 6.88 6.50 6.25 5.31
Escala Laboratorio
% Proteína 3.48 5.85 6.72 6.94 7.52 7.72 8.03 9.99 10.94 9.87
Escala Piloto
Rev. Téc. Ing. Unlv. Zulla. Vol. 20. No. 1. 1997
el bagacUlo sin tratar (76%) lo cual indica que el
humedecimiento con agua no produce cambios
sustanciales en el bagaclllo que ortgtnen dismInu­
ción en la capacidad de retención de agua.
La actividad enz1mática alcanza un valor má­
ximo de 2.82 UPF a las 36 horas. SI se compara este
valor con el obtenido por Mello 17 de 1.65 UPF al
quinto día de fermentación en columnas de vidrio
con el mismo sustratoy microorganismo se obselVa
un Incremento del 70%. demostrando así que la
fermentación en este blorreactor es más productiva
y en menor tiempo. La producción de proteína
incrementa a medida que progresa la fermentación.
El máximo valor se obtiene a las 96 h Y es de
10.94%, sin embargo a partir de las 48h el producto
alcanza contenidos de proteína mayores al 7%,
valor este necesarto para mantener el consumo
voluntarto de alimento por el animal 21,22. La
Tabla 3 presenta una comparación entre losvalores
de producción de proteína a escala de laboratorio
[7 Ylos obtenidos en este trabajo. Se observa que
a part1r de las 12 h de fermentación los valores
obtenidos en el blorreactor superan a los obtenidos
a escala de laboratorio, lo cual indica que la fer­
mentación dinámica, con mezclado intermitente
favorece la producción de proteína.
Conclusiones
El mezclador de doble hélice permite la mez­
cla uniforme del sustrato. m.In1mIzando las zonas
muertas en los lados de las paredes del blorreactor.
El tipo de mezclado Intermitente no afecta el
crecimiento del hongo durante la fermentación.
La actividad enzimática es mayor en compa­
ración a los valores obtenidos a escala de labora­
torio y ellncremento corresponde al 70%. El má­
ximo de actividad enzimáUca se alcanza a las 36
horas de fermentación.
60 Bracho y col.
El producto obtenido de las fermentaciones
en el bJorreactor alcanza contenidos protélcos ma­
yores al 7%, valor este necesario para mantener el
consumo voluntario de alImento por los animales.
Las adaptaciones, dIseño y modlflcaclones
realizadas al blorreactor permiten alcanzar niveles
de producción de proteína superior a los alcanza­
dos a escala de laboratorio,
Agradecimiento
Este trabajo fue financiado parcialmente por
la Empresa Jiménez Segura y Asociados y por el
CONICIT a través de la Comisión Nacional de
Ingeniería Genética y Blotecnología, bajo el Proyec­
to CNIGB-4.
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11. 	Laukevlcks. J . J. , Aplste, A. F.. Vlestrus, U. S.
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Bloengineertng, 27 (1985) 1687-1691.
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tation an Approplate BlotechnoJogy for Dev­
eloping Countrles". IntercJencla W 2 (1986),
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13. Vlestrus, U. E y Lelte, M. P. OOPhyslologtcal and
Techn1co-Englneertng Aspects of L1gnocellulo­
se SoUd-State FermentatJon wlth Filamentous
Fungl. E. GalJndo and O.T. Ramirez (eds). Ad­
vanees in Bloprocess Engtneering (1994) 81­
86
14. Bracho, N. y Rondón, M. "Rediseño, construc­
c1ón y puesta en marcha de un blorreactor
para fermentación en estado sóUdo de bagacJ­
110 de caña de azúcar". Universidad del ZuIia.
Facultad de Ingeniería. Escuela de lngenJeria
Química. (1995) (Trabajo Especial de Grado).
15. Ferrer, A. "Producción de Celulasa y Blomasa
del Bagazo de Caña de Azúcar" Ciencias,
Vol. 	1, N". 1 (1984), 129-135.
Rev. Té<:. lng. Unlv. Zulla. Vol. 20, No. 1. 1997
61Bioreactor a escala piloto para fermentación en estado sólido
16. Mandels M. y Weber J . !he ProducUon of
Cellulases" Advances Chem1cal Sertes. W 95
(19691. 391-414.
]7. 	GuUérrez R. Curso de Fermentaciones en Me­
dio Sólido. Blotecnologia para el Aprovecha­
miento de Residuos Agroindustrtales. XCurso
Internacional de Ingeniería Btoquimica. Uni­
versidad Católica de Valparatso. Chile 3-6 de
Octubre. 1989.
18. Mandels M.• Andreottl R. y Roche Ch. "Meas­
uremenl ofSaccharifiying Cellulase" Biotech­
nology and Bloengmeertng. W 6 (1976). 21 -33.
19. Grtilln H. L. "FilLer Paper Assay- Effect ofTIme
and Substrate Concentratlon on Cellulase Ac­
tivlty" AnalytJcal Btochemlstry. W 56 (l9731.
621-625.
20. Miller G.. "Use of DinitrosalicU1c Acid Reagent
for Determinatlon of Reducmg Sugar" AnaJyt1­
cal Chernlstry. W 31 (1959. 59-64.
21. MUsteIn. O.. Vered. Y.. Sharma. A.. Gressel. J .
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drate Complexes froro Straw· Applled Micro­
biology. W 46 (1983). 55-61.
22. Osuna D. R.. Ventura. M. y Urdaneta. M.
Evaluación Bromatológica de Henos Elabora­
dos en la Zona de "El Laberinto". Facultad de
Agrononúa. Universidad del Zulla. Maracaibo.
(1989).
Recibido el 5 de Marro de 1996
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  • 1. Rev. Téc. Ing. Uruv. Zulla. Vol. 20. No. 1. 53-61. 1997 Redesign and start up operation a bioreactor at pilot plant seale for solid-state fermentation processes Nicolino Bracho, Miguel Rondón, Cateryna Aiello Alexis Ferrer1 yArelis López Laboratorio de Análisis Químico, Departamento de Química Coordinación de Ciclo Básico. Facultad de Ingeniería. 1 Laboratorio de Alimentos. Departamento de Quúnica. Facultad experimental de Ciencias Universidad del Zulia, Apartado 526. Maracaibo, Venezuela Abstract A stalnless steel bioreactor was redestgned 10 order to facilile the productlon of m1croblal proteln by solid-state fennentatlon. A double-belix stlrrer was bullt to replace a blade-stlrrer. M1x1ng time was set at 12 m1n every two hours. An air-manlfold was bullt and lnstalled at the bottom of tbe reactor. lt allowed uniform bubbllng in the water reservolr. proVid1ng a continqous Oow of saturated air through the blomass. The intermlttent mlxIng proVided It a unifonn substrate with mIn1mun damage to tbe mycelial blomass. AJong wtth tbe saturated aJr. allowed removal of the metabolic heat produced and prevented fonnaUon of dead zones in tbe biomass. A fermentatlon with Tnchoderma reesel QM 9414 on water-treated sugar cane bagasse was carried out to test tbe operaUon of the hloreactor. Tbe fermented product reached 7% erude prote1n at 48 h. A maximum of 10.96% was reached at 96h. Th1s value was much higher than tbe laboratory value. conflrmJng that tbe deslgn allows a more efficlent fermentaUon process. Key words: Bloreactor. salid state fermentaUons. sugar cane bagasse. microbial prote1n. Trichoderma reeset. Rediseño y puesta en marcha de un biorreactor a escala piloto para fermentación en estado sólido Resumen Se rediseñó un blorreactor en acero Inoxidable a fin de adaptarlo para la producción de proteína microbiana por fermentacIón en estado sólido. Se construyó un mezclador de doble hélice. en sustitución de uno de paletas y se controló el Uempo de mezclado en doce minutos cada dos horas. Se Instaló un distribuidor de aire en el fondo del reactor. cuyo diseño permite un burbujeo uniforme en el depósito de agua, garantizando un flujo continuo de aire saturado para toda la mezcla. El mezclado intermitente garantiza la uniformidad del sustrato durante toda la fermentación con el mínimo daflo a la biomasa micelial y Junto con la entrada de aire saturado permite remover el calor metabólico generado y evita la formación de zonas muertas en la mezcla. A fin de comprobar el func1onarnJento del blorreactor, se real1zó una fermentación de Trichoderma ressei QM 9414, en bagaclllo de caña de azúcar tratado con agua como sustrato. A partir de las 48 h. el producto obtenido alcanza contenidos de proteína mayores al 7%, valor este necesario para mantener el consumo voluntat1o del alimento por los anlmales. El máximo valor se obtiene a las 96 h Y es de 10.96%. Estos valores son supertores a los obtenidos a nivel de laboratono (6.7%), lo cual Rev. Téc. Ing. UnIv. Zulla. Vol. 20. No. 1. 1997
  • 2. 54 Bracho y col. confirma que las adaptaciones y diseños rea.l1zados al biorreactor pernúten mayor eficiencia en el proceso de fermentación. Palabru clave: Blorreactor. fennentaclón en estado sólido, bagacillo de caña de azúcar, proteína microbiana, Thchodenna reesei. Introducción En Venezuela la irregulartdaden los periodos de lluvia durante el año. afecta a las unidades de producción queemplean pastos como fuente prin­ cipal de aUmento de su ganado. Las alternativas para combatir este problema son la conservación de los pastos y el uso de alimentos concentrados. siendo esta última muy costosa. Una alternativa de gran interés y que ha motivado numerosas investigaciones. es el mejoramiento de sustratos de baja dJgestibilidad y con contenidos de nitrógeno muy bajos. principalmente desechos llgnocelulósi­ cosopara convertirlos en sustratos de alta dlges­ tlbilidad, lo cual aumentaría en forma inmediata y significativa el volumen de tales alimentos dispo­ nibles para la nubición de rumiantes. Muchos materiales han sido reportados como potenciales sustratos para la producción de proteína y enzimas por procesos de fermentadón tanto sumergida como en estado sólido. En Vene­ zuela se producen grandes volúmenes de dese­ chos. residuos y desperdicios. producto de la actl­ vldad agricola y del procesamiento de alimentos. pero su uU1Jzaclón está sujeta a la rentabilidad de su uso en procesos fermentativos frente a otras alternativas. Estudios realizados sobre la disponi­ bilidad y localización de los residuos llgnocelulósi­ cos en Venezuela. con miras a lograr nuevas for­ mas de produccIón de proteína microbiana. enzi­ mas y metabolllos. muestran que los resIduos con mayor potenctabilidad de uso son los foUaJes de sorgo y de maíz. el bagacUlo y bagazo de caña de azúcar (1). El bagacillo de caña de azúcar (Saccha­ rum ojftdnaruml es un resIduo agricola que contie­ ne más de 30% de celulosa (21 y puede encontrarse en abundancia en vartas regiones del país. Así por ejemplo. se estimó que para 1987-1988 se genera­ ron alrededor de 2.300.000 toneladas métr1cas de bagazo y 600 000 toneladas métricas de bagactUo de caña de azúcar en nuestro país (1). La fermentación en estado sólldo (FES), pre­ senta grandes ventajas en relación con la fermen­ tactón sumergIda (3. 4. 5. 6, 71 Y con las tecnlcas convencionales ya apUcadas y que se basan en la agricultura 181. pues no está sujeta a las vartacio­ nes cUmátlcas. Los espacios utilizados son muy reducidos, permitiendo controlarlos de manera efectiva y el producto final puede ser usado direc­ tamente o ser incorporado como suplemento al alimento de los animales. Se han diseñado muchos equipos para reali­ zar los cultivos sólidos, tanto para escala de labo­ ratorio como para escala pUoto 13. 4. 9, !O, n. 121. sln embargo en el campo de la Bioingeniería de las fermentadones en estado sólido existe poca infor­ mación y no se conocen principios generales ni regIas establecidas y aceptadas para la construc­ ción de blorreact.ores 113]. ada sistema sustrato­ mIcroorganismo requiere de un diseño y condicio­ nes de IngenJeria específicos. Tanto el diseño como los criterios de escalamiento se basan en estudIos de transferencIa de calor y masa y prinCipalmente en resultados y experiendas acumuladas de las LnvesUgaciones reallzadas en fermentadones en estado sóltdo tomando como base, algunas de las normas de diseño de equipos de fennentaclón sumergida. Este trabajo presenta una alternativa que puede aumenLar de forma tnmedlata y slgnill­ caUva el volumen de altmentos energéUcos dispo­ nIbles para la allmentacion de rum1antes. Parte Experimental Diseño del Blorreactor La Figura 1 muestra el esquema del blorreac­ tor original, con una capaCidad de dos kilo de bagazo seco (lO litros). Este equipo fue diseñado por Ferrer y col. )21. a partir de las dimensiones de la columna de vtdrio recomendada por Raimbault y col. (41 y utllizada para las fermentaciones en estado sólido a escala de laboratorio (6. 7]. A este dIseño original del blorreactor se le realIzaron mo­ dificacIones. las cuales se detallan a continuacIón y que se muestran en la Figura 2 Diseño y construcción del mezclador Se diseño y construyó un mezclador tipo hellcoldal tomando como referenCia el protoUpo Rev. Ttc. lng. Univ. Zulla. Vol. 20. No. l. 1997
  • 3. 55Bloreactor a escala pUoto para fermentación en estado sólido Llll1'8 de IApila Il r E o '"ci 3.0 E(J o o M 4.5 E J ~ -,.,; JI 25 mm l· 0.30 m ·1 Tornillo de A&1UTl! Base del Tornillo de Acarre Soldada a la Banda o Correa del Cilindro Cilindro le = 3 o 4 mm Paleta de Agltllcidn Desmontable Lamina Perfora.da. con Perforaciones iJ 2 mm Sost~n para lAmina Perforada Unión Uni"ersal Figura l. Vista frontal del biorreactor original. Ua ve de Mariposa E o co o 0.10 m Tornillo de Agarre Bllse del Tornillo de arre Tan que del 8ioreaclor "'ezclador Lámin a Perforada con Perfora ciones f1 2 m Sosle'n para Lamina Perforada Salida del Agua Enlrada de Aire Dislribuidor de Aire II-.~----;==r------l Enlrada de Agua 0.30 m FIgura 2. Vista frontal del blorreactor modificado. Rev. Téc. lng. Univ. Zulla. Vol. 20. No. l. 1997
  • 4. 56 Bracho y coJ. propuesto por Tengerdy 191. ya que el movtmtento generado por éste permite homogeneizar el mate­ rtal. sin ocasionar ruptura del micelIo del hongo. La Tabla 1 muestra las dimensiones obtenidas para el mezclador. luego de la aplicación de las ecuaciones y cálculos recomendados para tal fin 114). Con estos parámetros, se procedió a la cons­ trucción de las superficies heUcoldales, con una lámina de acero inoxidable 316, calibre 3 mm. la cual es cortada en forma circular en el tomo. hasta obtener un anillo plano con las dlmenslones reque­ odas. Se estira el anUlo una longitud Igual al paso de la hélice, generándose así una vuelta de super­ ficie hellcoldal. Luego se unen las superficies hell­ coldales al eje medJante soldadura. Se uUllzó como eje un tubo cllindrtco de acero inoXidable 316 con un dlámetro Interno de 1 1/4"(3.175 cm}. Tapa del blorreactor Se construyó una tapa de acero inoXidable 316 de 0.5 cm de espesor y 32 cm de diámetro. Se colocó una válvula de segurtdad de 1/4" (0.635 cm) de diámetro y 5 atm para alivio de presión y una válvula de bola de 1" (2.54 cm) para la toma de la muestra. Soporte del SUBtrato Como soporte del sustrato se construyó una bandeja en acero inoXidable 316 con espesor de 3 mm (0.3 cm) y un dJámetro de 30 cm con perfo­ raciones de 2 mm (0.2 cm) de dJámetro para per­ mttlr la entrada del aire. Se le colocó en el centro un rodamtento con un soporte para garantizar que el mezclador esté centrado y facilitar su rotación. Se colocó una empacadura en el borde de la ban­ deJa para evitar el paso del bagaclllo hacia el depósito de agua. Entrada Y salida de agua En el blorreactor or1gtnalla cantidad de agua necesaria para la saturación del aire era sum1n1S­ trada por carga allniclo de ~ fermentación. y para retirarla. era necesario desarmar el equipo. Se modificó el diseño para permitir la entraday salida de agua al depósito en cualquier tiempo durante la fermentación. Se instaló un sistema que consta de tuberías galvanizadas de 1/2" (1.27 cm) de diáme­ tro y una válvula de bola para controlar el flUJO de entrada. Tabla 1 Dimensiones del Mezclador Helicoidal (Vr: velocidad tangencial, VA: Velocidad axial. VR: Velocidad resultante, At: área transversal, Q: caudal arrastrado, De: Diámetro externo, Di: Diámetro interno) Parámetros Hélice Externa Hélice Interna VT (cm/s) 7.33 4.25 VA (cm/s) 1.50 1.50 VR (cm/s) 7.48 4.51 At (cm2 ) 163.36 176.46 Q (cm3 /s) 1222.29 1222.29 Dext (cm) 28.00 16.24 Dlnt (cm) 24.00 6.25 Distribuidor de aire Se diseñó y construyó un distribuidor de aire, en tubo de cobre de 1/4" (0.635 cm) de diámetro con perforaCiones de 1/16" (0.159 cm) de dtámetro. que permite la entrada uniforme de aire al biorreactor. garantizando su saturacIón en todo momento. Panel de control Se encuentra colocado a la derecha del blo­ rreactor y consta de los siguientes componentes: A Indicador de temperatura, marca Venetrol. co­ nectado con una termocupla ubicada dentro del eje del mezclador, la cual registra la tem­ peratura durante la fermentación. B. Rotámelro, marca GUmont. que permite regu­ lar la cantidad de aire de entrada. C. Interruptor horario, para fijar el tiempo de arranque y mezclado al motor del btorreactor. Se fijó un tiempo de arranque de 2 horas y un tiempo de mezclado de 12 minutos. Al Onallzar el tiempo de mezclado, el motor se detiene y arranca nuevamente al cabo de 108 minutos. D. Interruptor para encendido/apagado del equi­ po. para encender o apagar el equipo con todos sus instrumentos eléctricos. Hace posible no tener que desconectar el equipo cuando éste se encuentre fuera de servicio. E. Interruptor automático / manual del motor. que cumple dos funciones, en posición ma­ nual para arrancar el motor. homogeruzar la Rev. Téc. lng. Untv. Zulla. Vol. 20, No. 1, 1997
  • 5. 57Bloreactor a escala piloto para fermentación en estado sóUdo metCla y tomar muestras cuando el biorreac­ tor no se encuentra en su período normal de mezclado; en posición de automático, cuando se quiere que el motor del mezclador arranque de acuerdo con el tiempo que se le haya fijado con el interruptor horario. F. Válvula de bola. para regular ellluJo de entra­ da de agua al biorreactor durante la fermen­ tación. Motor Para el funcionamiento del mezclador se se­ leccionó un motor que cumpliera con los requeri­ mientos del sistema. Se calculó la potencia mínima de trabaja. la velocidad de salida y el torq.le (14). La fermentación requiere una velocidad máxima de mezclado de 50 rpm para evitar la ruptura del micelio y lograr un creclmiento óptimo del microor­ ganismo. Se seleccionó un motor de 100 rpm reduciendo a la mitad la velocidad a través de un sistema de poleas. Puesta en marcha del Blorreactor Se realizaron pruebas preliminares para comprobar el funcionamiento del equipo y sus accesorios. Para ello. se cargó el biorreactor con dos kUogramos de bagac1llo húmedo. se accionó el interruptor de encendido manual del motor y se comprobó el funcionamiento del mezclador. Se calibró el interruptor horario para que encendiera el motory proporcionara un mezclado intermitente por doce minutos cada dos horas. Se comprobó el funcionamiento del Sistema con el interruptor de encendido automático. Posteriormente se reallza­ ron dos fermentaciones para comprobar la eficien­ cia en la producción de proteína microbiana. Sustrato El sustrato utllizado es bagacillo de caña de azúcar tomado de un mismo 'lote. proveniente del Central Azucarero "El Palmar". ubicado en el Es­ tado Aragua. El bagaclllo de caña de azúcar se sometió a un tratamiento acuoso. a la relación líquido/sólldo de 5 durante 30 minutos 171. Mlcroorgamsmo El microorganismo utillzado en este estudJo fue el bongo Trichodenna reesei QM 9414. Como medio d mantenJm.1ento se uttllzó agar papa con 0.025% de glucosa (151 en botellas con el agar en forma de cuña. A28°C el hongo cubre la superficIe del agar con esporns de color verde en tiempos de 3-5 días. A fin de lograr una abundante esporula­ clón, se siguió el proced.lmlento recomendado por Alello {7) en fiolas de 250 mI con 70 g de arroz previamente lavado, escurrido y esterillzado a 121°C por 20 minutos. Medio mineral El medio mineral utilizado en las fermenta­ ciones fue el recomendado por Mandels y Weber (16). Preparación de1lnóculo El inóculo para las fermentaciones fue de 107 esporas por gramo de bagacillo. La cantidad de suspensión de esporas para inocular se pasó a medio mineral, para provocar su germ1naclón y se tncubaron a 28°C y 150 rpm de agitación. El tiempo de germinación. determinó mediante ob­ servaciones en el microscopio y tomandose como criterio que la longttud de la h1fa formada sea aproximadamente tgua1 al d1ametro de la espora (17). Fermentaciones Se realizó una fermentación y su respectivo duplicado. Ambas se realizaron con una relación Carbono/Nitrógeno de 10. utilizando (NH4.12S04. La cantidad de medio mineral por gramo de sus­ trato, se calculó utillzando el valor de humedad de saturacJón del sustrato. La bumedad de satura­ ción del sustrato se consideró como la humedad lnlcial del medio sólido. Una parte del medio mine­ ral se utllizó como medio de germinac1ón de las esporas y la cantidad de sulfato de amonio nece­ saria para la relación C/N se dJsoMó en el medJo mineral restante. El sustrato sólido inoculado se transfirió al blorreactor y una vez empacado el equipo se dejó durante cinco días, suministrando aire saturado a razón de 12-20 L/min Y mante­ niendo la temperatura en un rango (28 - 30) oC. Tratamiento de las muestras Se tomó una muestra cada 12 horas. la cual consisUó en tomas de material del reactor después de ser agitado. PrevIo a los anállsis. la muestra se colocó en un recipiente y se uniformJzó con ayuda de una vartlla de vldrto. El contentdo de humedad se determinó mediante el uso de 1 g de muestra y Rev. Téc. Ing. Unlv. Zulla. Vol. 20, No. 1. 1997
  • 6. 58 Bracho y col. la balanza Ohaus .Scale Corp. Modelo 6010. El pH se midió en una suspensión de 5 g de material sólido en 50 mi de agua destilada [41. Se lavaron 20 g de la muestra con buffer citrato de sodio, 0.05 M Y pH 4.8, recuperando los sólidos por flItraclón yse determinó la act1v1dad enz1máUca de celulasa. La actividad enztmátlca se midió por el método del papel de flItro 181 utll1zando el reactivo del ácido dinitrosallcílico modificado [19, 201 para cuantlftcar los azúcares reductores por la reacción entre la celulasa y el papel de filtro, usando glucosa como patrón a 585 nm. Una unidad de papel de filtro (UPF) de actMdad enztmáttca es equivalente a 0,25 mg de glucosa prodUCidos a las condiciones del método, 50°C y una hora de incubación. Toda la muestra sólJda se reunió y se lavó con agua destilada para el1m1nar el nitrógeno inorgánico remanente, se secó a 60°C durante 12 horas y posteriormente se le determinó el contenido de nitrógeno utillzando el método KJendahl. El por­ centaJe de proteina se estimó como el porcentaje de nitrógeno multiplJcado por 6,25. Resultados y Discusión El mezclador de doble hélJce diseñado permi­ te el mezclado uniforme del sustrato, min1mlzando la formación de zonas muertas a los lados de las paredes del blorreactor. Se pudo observar una vez desmontado el equJpo, que en las paredes y fondo se adhJere una delgada capa de bagacUlo a conse­ cuencia de la presión ejercida sobre el sólido que se encuentra entre la pared y el fondo del biorreac­ tor y el mezclador. Se conoce que la agitación mecánica afecta la blomasa m1cella) y por consi­ guiente el rend1mtento del producto final. Sin em­ bargo, al controlar el tlempo de mezclado en forma intermitente, doce minutos cada dos horas. el movimiento generado proporciona homogeneidad al sustrato, evitando daños al micello del hongo. El distribuidor de aire diseñado proporciona un burbujeo uniforme en el depósito de agua garantizando la saturación del aire en todo mo­ mento. El aire saturado permite mantener la hu­ medad del sustrato y la temperatura durante el proceso de fermentación. La Tabla 2 presenta los resultados de las pruebas de homogeneidad reaUzadas durante la fermentación. Para estas pruebas se tomaron tres muestras diferentes para un mismo tiempo de fermentacJÓn. Las pruebas se realizaron a las 72 y 84 horas. Se obsenTa que la humedad es la misma (76%) para las tres muestras en cada tiempo. Los valores de pH no muestran una variación SignIfi­ cativa. Durante el proceso de fermentación, la temperatura se mantuvo constante dentro del ran­ go óptimo necesarto para el crecimiento del mi­ croorganismo (27-30°C), esto se logra mantenJen­ do constante el flujo de aire saturado en 12 L/min. En la Figura 3 se obsenTa el comportamtento del pH durante la fermentación, el cual dismtnuye progresivamente desde un valor ln1clal de 5.96 hasta 3.73. El rango óptimo de pH para el creci­ miento del hongo es de 4-5 [151, este se alcanzó entre las 24-36 horas. Este comportamiento del pH se obsenTa también en las fermentaciones real1za­ das a escala de Iaboratorto [71. La humedad de saturación del sustrato no varia considerablemente y los valores oscilan alre­ dedor de la humedad de saturación del sustrato (76%) tal como se muestra en la Figura 3. El valor de la humedad de saturación para el bagacillo tratado con agua está en el orden del obtenido para Tabla 2 Pruebas de Homogeneidad Tiempo Muestras % de Humedad pH (h) 1 76 3.81 72 2 76 3.74 3 76 3.74 75.5 3.80 84 2 75.5 3.76 3 75.5 3.75 Rev. Téc. Ing. UniV. Zulla. Vol. 20, No. l. 1997
  • 7. 59 30 2S - % Humedad x10 ~pH --+-%Proteina ~ A.E. (UPF) xIOEOI lO 15 10 5 Bloreactor a escala piloto para fennentación en estado sólido O+-----+-----+-----~----~--~r_--~----~----_+----~ O 12 24 36 48 60 72 84 96 108 Figura 3. Cinética de la fennentación de bagazo de caña de azúcar. Tabla 3 Comparación de la Producción de Proteína a Escala de Laboratorio y Ptloto (. Datos tomados de AleUo, C" 1992) Tiempo (h) O 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 % Proteína · 3.63 5.31 6.88 6.50 6.25 5.31 Escala Laboratorio % Proteína 3.48 5.85 6.72 6.94 7.52 7.72 8.03 9.99 10.94 9.87 Escala Piloto Rev. Téc. Ing. Unlv. Zulla. Vol. 20. No. 1. 1997 el bagacUlo sin tratar (76%) lo cual indica que el humedecimiento con agua no produce cambios sustanciales en el bagaclllo que ortgtnen dismInu­ ción en la capacidad de retención de agua. La actividad enz1mática alcanza un valor má­ ximo de 2.82 UPF a las 36 horas. SI se compara este valor con el obtenido por Mello 17 de 1.65 UPF al quinto día de fermentación en columnas de vidrio con el mismo sustratoy microorganismo se obselVa un Incremento del 70%. demostrando así que la fermentación en este blorreactor es más productiva y en menor tiempo. La producción de proteína incrementa a medida que progresa la fermentación. El máximo valor se obtiene a las 96 h Y es de 10.94%, sin embargo a partir de las 48h el producto alcanza contenidos de proteína mayores al 7%, valor este necesarto para mantener el consumo voluntarto de alimento por el animal 21,22. La Tabla 3 presenta una comparación entre losvalores de producción de proteína a escala de laboratorio [7 Ylos obtenidos en este trabajo. Se observa que a part1r de las 12 h de fermentación los valores obtenidos en el blorreactor superan a los obtenidos a escala de laboratorio, lo cual indica que la fer­ mentación dinámica, con mezclado intermitente favorece la producción de proteína. Conclusiones El mezclador de doble hélice permite la mez­ cla uniforme del sustrato. m.In1mIzando las zonas muertas en los lados de las paredes del blorreactor. El tipo de mezclado Intermitente no afecta el crecimiento del hongo durante la fermentación. La actividad enzimática es mayor en compa­ ración a los valores obtenidos a escala de labora­ torio y ellncremento corresponde al 70%. El má­ ximo de actividad enzimáUca se alcanza a las 36 horas de fermentación.
  • 8. 60 Bracho y col. El producto obtenido de las fermentaciones en el bJorreactor alcanza contenidos protélcos ma­ yores al 7%, valor este necesario para mantener el consumo voluntario de alImento por los animales. Las adaptaciones, dIseño y modlflcaclones realizadas al blorreactor permiten alcanzar niveles de producción de proteína superior a los alcanza­ dos a escala de laboratorio, Agradecimiento Este trabajo fue financiado parcialmente por la Empresa Jiménez Segura y Asociados y por el CONICIT a través de la Comisión Nacional de Ingeniería Genética y Blotecnología, bajo el Proyec­ to CNIGB-4. Referencias Bibliográficas 1. Alvarez, M., Ramirez, M. y Canizales. V. "Pri­ mer Informe Técnico Sobre la DlsponiblUdad de Residuos LIgnocelulóstcos en Venezuela". Programa Regional de Blotecnologia paraAmé­ rica Latina y el Caribe. Comisión Nacional de Ingeniería Genética y Blotecnología. Proyecto "Degradación Enzimátlca de Residuos Agroln­ dustrtales" (1988). 2. Ferrer A.. Aiello C., Ledesma A. . Zabala I. y Palmar J. "Primer Informe Técnico Proyecto CONlCIT CNlGB-4. Degradación Enzlmátlca de Residuos Llgnocelulóslcos: Su Utllizaclón en la Producción de Enzimas y Bloproteinas". (1990). 3. Durand A. and Chereau D. "A New PiJot Reac­ tor for Salld State Fermentatlon Appllcatlon to the Proteln Enrtchment of Sugar Beet Pulp "Biotechnology and Bioengineering, N° 31 (1988),476-486. 4. Raimbault M. YAlazard D. "Culture Method to Study Fungal Growth in Salld Fermentatlon". European Joumal ofApplJed Mlcroblology and Blotechnology. (1980) 199-209. 5. Madamwar D., Patel S. and Parlkh, H. "Solld State Fermentatloon for Cellulases and fi­ glucosldase" Productlon by AspergUlus niger. Journal of Fermentatlon and Bloengineertng. N° 67 (1989), 424-426. 6. Bravo O., Ferrer A. , Aleno C., LedesmaA. and Dáv1la M. "Growth of Chaetom1un cellulolytt­ cum in Solld State Fermentatlon ofSugar Cane Bagasse Treated with Water and Alkal1 at Severa! Llqu1d/Sol1d Ratlos". Blotecnology Let­ ters, Vol. 16, W. 8 (1994). 865-870. 7. Alello, C. "Producción de Proteína Microbiana por Fermentación en Estado Sól1do de Bagad­ lio de Caña de Azúcar", Universidad del Zulla. Facultad de Ingeniería, División de Postgrado. Magíster en Ingeniería Química. (1992) (Traba­ Jo Especial de Grado). 8. Ferrer A., AieUo C., Bravo O., Ledesma A. . Zabala 1. y Dávila M. "Util1zacJón de residuos de cosecha y subproductos agrícolas en la producción de alimentos para animales ru­ miantes" Revista de Agronomía (LUZ) , Vol. 1] , N" 2 (1994). 207-223. 9. Tengerdy. R. "Solid Substrate Fermentatlon". Trends In Blotechnology. Vol. 3. (1985) 96-99. 10. Chisty, y y Moo-Young, M "Slurry Bloreactor Deslgn for Shear-Senslt1ve Mycoproteln Production". E. GaJindo and O.T. Ramírez (eds). Advances in Bloprocess Engineering (1994) 25-28. 11. Laukevlcks. J . J. , Aplste, A. F.. Vlestrus, U. S. y Tengerdy, R. P. "Sterlc Hindrance of Growth of Ftlamentous Fungl In Solid Substyrate Fer­ mentatJon ofWheat Straw. Blotechnology and Bloengineertng, 27 (1985) 1687-1691. 12. Carrtzales V.. Jaffe W. , "Solid State Fermen­ tation an Approplate BlotechnoJogy for Dev­ eloping Countrles". IntercJencla W 2 (1986), 9-15. 13. Vlestrus, U. E y Lelte, M. P. OOPhyslologtcal and Techn1co-Englneertng Aspects of L1gnocellulo­ se SoUd-State FermentatJon wlth Filamentous Fungl. E. GalJndo and O.T. Ramirez (eds). Ad­ vanees in Bloprocess Engtneering (1994) 81­ 86 14. Bracho, N. y Rondón, M. "Rediseño, construc­ c1ón y puesta en marcha de un blorreactor para fermentación en estado sóUdo de bagacJ­ 110 de caña de azúcar". Universidad del ZuIia. Facultad de Ingeniería. Escuela de lngenJeria Química. (1995) (Trabajo Especial de Grado). 15. Ferrer, A. "Producción de Celulasa y Blomasa del Bagazo de Caña de Azúcar" Ciencias, Vol. 1, N". 1 (1984), 129-135. Rev. Té<:. lng. Unlv. Zulla. Vol. 20, No. 1. 1997
  • 9. 61Bioreactor a escala piloto para fermentación en estado sólido 16. Mandels M. y Weber J . !he ProducUon of Cellulases" Advances Chem1cal Sertes. W 95 (19691. 391-414. ]7. GuUérrez R. Curso de Fermentaciones en Me­ dio Sólido. Blotecnologia para el Aprovecha­ miento de Residuos Agroindustrtales. XCurso Internacional de Ingeniería Btoquimica. Uni­ versidad Católica de Valparatso. Chile 3-6 de Octubre. 1989. 18. Mandels M.• Andreottl R. y Roche Ch. "Meas­ uremenl ofSaccharifiying Cellulase" Biotech­ nology and Bloengmeertng. W 6 (1976). 21 -33. 19. Grtilln H. L. "FilLer Paper Assay- Effect ofTIme and Substrate Concentratlon on Cellulase Ac­ tivlty" AnalytJcal Btochemlstry. W 56 (l9731. 621-625. 20. Miller G.. "Use of DinitrosalicU1c Acid Reagent for Determinatlon of Reducmg Sugar" AnaJyt1­ cal Chernlstry. W 31 (1959. 59-64. 21. MUsteIn. O.. Vered. Y.. Sharma. A.. Gressel. J . and Flowers. H. "Fungal BlodegradaUon and Btotransformatlon of Soluble Llgnocarbohy­ drate Complexes froro Straw· Applled Micro­ biology. W 46 (1983). 55-61. 22. Osuna D. R.. Ventura. M. y Urdaneta. M. Evaluación Bromatológica de Henos Elabora­ dos en la Zona de "El Laberinto". Facultad de Agrononúa. Universidad del Zulla. Maracaibo. (1989). Recibido el 5 de Marro de 1996 En fonna revisada el 17 de Enero de 1997 Rev. Téc. Ing. Unlv. Zulla. Vol. 20. No. l. 1997