1. IV INTERNATIONAL SEMINAR
on Biopolimers and sustainable Composites
Materials from renewable sources.
ainia
Use of waste from the food industry Centro tecnológico
Materiales de fuentes renovables.
Aprovechamiento de resíduos de la industria agroalimentaria
Mercedes Villa-Carvajal
mvilla@ainia.es
Biotechnology Researcher,
Head of Bioproduction Pilot Plant

2. Materiales de fuentes renovables.
Aprovechamiento de residuos de la industria agroalimentaria
Indice
Introducción
•ainia Centro Tecnológico 2011
•Capacidades e infraestructuras: Planta piloto de Bioproducción
Fuentes renovables: Residuos de la industria agroalimentaria y
microorganismos
•Residuos I.A. = UPSTREAM
•Microorganismos clave =BOPRODUCCIÓN
•Productos =DOWNSTREAM=BIOPOLÍMEROS
¿CÓMO?
•Etapas del proceso de Bioproducción
¿POR QUÉ? Sostenibilidad vs viabilidad industrial
•Tendencias: Proyección de mercado
•Integración en procesos industriales: BIOREFINERY
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3. Introducción:
-ainia Centro Tecnológico
-Infraestructuras

4. centro tecnológico al servicio de la industria
ainia
Centro tecnológico al servicio de la industria
nuestra misión es participar activamente en la
consecución de la excelencia de las empresas a través de
la innovación, anticipándonos a las exigencias de la
sociedad y configurándonos como una organización de
profesionales reconocida como colaborador cualificado y
comprometido
ainia figura inscrita con el número 3
en el Registro de Centros de Innovación y Tecnología
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(C.I.T.)

5. centro tecnológico al servicio de la industria
ainia se creó en 1987 promovido por el IMPIVA y un grupo de empresas
para fomentar la I+D+i y alcanzar así una mayor competitividad en el sector
más de 1.100 asociados y 1.400 clientes de todos los sectores alimentarios y
de otros afines.
20 años de experiencia, crecimiento sostenido y superación constante.
una filosofía de trabajo orientada a la empresa
investigación aplicada, actuaciones orientadas a dar soluciones a medida.
equipos multidisciplinares para dar respuestas globales.
escuchamos al mercado, nos comprometemos y asumimos riesgos tecnológicos. 5/22

6. una organización con capital humano, recursos técnicos e infraestructuras
Capital humano
190 profesionales .
70 % doctores y titulados universitarios.
30 % técnicos formación profesional.
formación continua en los mejores centros y universidades del mundo.
formación multidisciplinar, más de 21 disciplinas diferentes.
Instalaciones y recursos técnicos
12.000 m2 de instalaciones con los más avanzados equipos técnicos.
16 plantas piloto, 3 laboratorios, 1 laboratorio de seguridad clase III, salas de
formación y organización de eventos.
Inversión media anual en infraestructuras de 10 % del total de ingresos.
Sede central en Valencia y delegaciones
en Alicante, Barcelona, Madrid, Sevilla y Vigo.
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7. respuestas eficaces para la empresa
la actividad de ainia: diferentes tipologías de servicio todas
orientadas a aportar valor a la empresa
• los Proyectos de I+D: objetivo prioritario.
• asistencias tecnológicas: soluciones rápidas y eficaces.
• servicios analíticos: referencia en el sector.
• compromiso con la formación.
• ainia en el mundo: asesoramiento técnico y proyectos en cooperación.
• Consumolab: primer laboratorio en España especializado en el estudio
del comportamiento y preferencias del consumidor utilizando el análisis
sensorial.
• Altex: empresa de base tecnológica pionera en la tecnología de fluidos
supercríticos.
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8. Infraestructuras: UNIDAD DE BIOPRODUCCIÓN
PLANTA PILOTO DE BIOPRODUCCIÓN
Resources & Facilities
UNIDAD DE BIOPRODUCCION
• Equipos de fermentación DCU-3 multicuba/2,5 y
10L). 5 cabinas indep.
• Equipo filtración tangencial pequeños volúmenes
• Equipo de filtración tangencial piloto
• Liofilizador
• Spray drying y equipos Gas y RESS FSC
• Salas blancas GMP, SAS, Zona técnica 200m2
• Sistema de bioproducción integral: upstream,
Fermentador gran volumen (300L) y
downstream
ZONA UBICACIÓN DESCRIPCIÓN
EN PLANTA
01 Piso inferior Zona de vestuario
02 Piso inferior SAS materiales
03 Piso inferior Almacén medios y reactivos
04 Piso inferior Sala Fermentación gran volumen 300L
Recuperación-Purificación
05 Piso inferior Sala de limpieza y almacén limpio
06 Piso inferior SAS materiales
07 Piso inferior Zona de autoclavado de residuos
08 Piso inferior Servicios auxiliares
09 Piso superior Sala de Fermentación pequeño volumen
Recuperación-Purificación
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9. Fuentes renovables:
-Residuos I.A. = UPSTREAM
-Microorganismos clave =BOPRODUCCIÓN
-Productos =DOWNSTREAM=BIOPOLÍMEROS

10. FUENTES RENOVABLES
FUENTES RENOVABLES:
Residuos I.A = UPSTREAM
Generación de efluentes en industrias agroalimentarias
Ejemplos de subproductos
Industriales, productos Alternativas para la gestión y
Intermedios y efluentes: valorización de efluentes:
• Aguas de limpieza en • Depuración química, física y
industrias de procesado biológica para la reducción de
la carga contaminante
de vegetales, vinos,
mostos, etc.
• Filtración por membranas para
• Zumos, melazas, jarabes el tratamiento y la recuperación
de compuestos de interés
• Residuos de cultivos
vegetales
• Obtención de compuestos de
• Subproductos de interés a través de procesos
reacciones orgánicas microbianos
• Sueros lácteos
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11. FUENTES RENOVABLES
Fuentes renovables: residuos y microorganismos
Microorganismos para producción de biopolímeros
MICROORGANISMOS: FUENTES RENOVABLES
Para la obtención de biopolímeros se pueden utilizar microorganismos tan diversos
como bacterias acido lácticas y microalgas ricas en polisacáridos.
Lactobacillus delbruecki
Ácido láctico
PLAs
Lactobacillus rhamnosus
Alcalígenes eutrophus
PHBs
Azotobacter vinelandii
Polisacáridos
Chlorella pyrenoidosa 11/22

12. FUENTES RENOVABLES
Fuentes renovables: residuos y microorganismos
EJEMPLO DE PRODUCTO: ÁCIDO LÁCTICO
MATERIA PROCESO FERMENTATIVO RENDIMIENTO
PRIMA
Glucosa: 10-60 g de glucosa 89-90% 0.74-0.9 g de láctico/ g
MEDIOS F de N: aprox 25 g/L de glucosa
SINTÉTICOS Tiempo : 48-72 h Lactobacillus casei,
pH: 6 Lactobacillus delbrueckii y
Lactobacillus salivarus.
H de C: 51 % de azúcares 46-80-85%: L. delbrueckii
MELAZAS F de N: 69 g/L Utilizando pretratamientos
Tiempo: 2 y 5 días como ácido sulfúrico y calor
pH: 6 (60ºC): 96%: L. delbrueckii
ATCC 9649
H de C: 50 g/L glucosa (madera)
HIDROLIZA F de N: 15 y 60 g/L (licor de maíz) 93 %: Enterococcus faecalis RKY1
DOS Tiempo: 60 h
VEGETALES pH: 6
H de C: 62 g/L lactosa 50%: L. delbrueckii: 30 g/L de
SUERO DE F de N: 9 g/L de proteínas Láctico, pH: 5.3
LECHE Tiempo: 2 y 5 días 88.7% L. bulgaricus: 55 g/L
pH: 6
APLICACIONES
ADITIVO EN AGROALIMENTACIÓN (refrescos, zumos de frutas y cárnico-curados)
SUSTRATO EN REACCIONES DE POLIMERIZACIÓN: POLILACTATOS (PLA). Films de envases y fibras biodegradables.
ETIL-LACTATOS: Alternativa biodegradable frente a los solventes orgánicos de PINTURAS Y ADHESIVOS.
Pueden reemplazar a solventes clorados en un 80% de sus aplicaciones habituales. 12/22

13. ¿CÓMO?
-Etapas proceso Bioproducción

14. ¿CÓMO?
Etapas de un Proceso de BIOPRODUCCIÓN
Esquema general de un proceso microbianos a escala industrial
• Acondicionamiento de la materia prima procedente del proceso
UPSTREAM productivo (filtración de sólidos, dilución, ajuste de pH, etc)
• Preparación del inóculo (aislamiento y selección de
microorganismos, necesidades de nutrientes)
• Metabolización de la materia prima por parte de los
FERMENTACIÓN
microorganismos y formación de compuestos de interés
• Control de parámetros de operación (pH, caudal de oxígeno,
temperatura, tiempo fermentación, etc.)
• Recuperación del producto o productos de interés
DOWNSTREAM (centrifugación, filtración, purificación, etc.)
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15. ¿CÓMO?
Etapas de un Proceso de BIOPRODUCCIÓN
UPSTREAM
• Efluentes con alta carga orgánica.
• Variabilidad de los efluentes generados por la industria
agroalimentaria en cuanto a composición, propiedades físicas y
caudales.
• Estacionalidad, fuerte carácter estacional que altera la
composición química (pH, CC, CN, etc), parámetros físicos
(densidad, viscosidad) y la microbiota presente.
• Presencia de sustancias tóxicas.
• Presencia de diversa microbiota autóctona especifica y
variable.
Necesidad de un estudio de adaptación del proceso
fermentativo a las necesidades de cada empresa y a lo
largo de su ciclo productivo.
Necesidades del estudio del proceso productivo:
•Estudio de corrientes de proceso y caracterización de efluentes=
HOMOGENEIZAR
•Modelización de efluentes y estimación de su influencia
sobre el proceso fermentativo.
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•Adaptación al proceso y del proceso.

16. ¿CÓMO?
Etapas de un Proceso de BIOPRODUCCIÓN •Preparación de
inóculos
•Adecuación de
Selección de especies especies a medios de
productoras de compuestos de cultivo sintéticos
alto valor añadido •Adecuación de
FERMENTACIÓN
especies a medios de
cultivo de bajo coste
(melazas)
•Selección en base a
aptitud como
microorganismo
industrial y producción
de compuestos de alto
valor
Bioproducción en condiciones Monitorización y escalado de la •Monitorización de los
controladas bioproducción cultivos mediante
métodos directos
(turbidez, densidad
•Pretratamiento:
óptica) e indirectos
inóculos y medio
(correlación cinética
de cultivo
microbiana con cantidad
•Estudios de de pigmentos por
mixotrofía (ciclos espetrofotometría)
luz/oscuridad)
•Estequiometría del
•Estudios crecimiento microalgal
heterotrofía
•Balances de materia y
(oscuridad)
energía
•Control de
•Balances entálpicos
parámetros on
line (pH, gases, T, •Cinética microalgal 16/22
agitación, etc.)
•Modelización y escalado

17. ¿CÓMO?
Etapas de un Proceso de BIOPRODUCCIÓN
Recuperación del compuesto de
DOWNSTREAM
interés
G-Fase
Biomasa Diagrama de bloques del proceso
Recuperación de biomasa Recuperación de Lactato
Fermentación
Filtración tangencial Técnicas de membrana
Filtros rotativos Electrodiálisis
Lactato
Inóculo Medio de cultivo
Conversión y purificación
de Ácido Láctico
Electrodiálisis bipolar
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18. ¿POR QUÉ?
-Sostenibilidad vs viabilidad industrial
-Tendencias: Proyección de mercado
-Integración en procesos industriales:
Biorefinery

19. ¿POR QUÉ ?
Sostenibilidad vs Viabilidad industrial
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20. ¿POR QUÉ ?
Sostenibilidad vs Viabilidad industrial
TENDENCIAS: SINERGIAS. CONCEPTO DE BIOREFINERÍA
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21. ¿POR QUÉ ?
Sostenibilidad vs Viabilidad industrial
ADEMÁS DE MINIMIZAR LA CONTAMINACIÓN AMBIENTAL:
VIABILIDAD INDUSTRIAL
+
Etapa de FERMENTACIÓN: medios sintéticos melazas
(Estimación)
PRECIO COSTE unidad
VARIABLE
UNITARIO (euros/L)
PRECIO COSTE unidad
VARIABLE Medio de cultivo 0,15 euro/kg 0,01 euros/L
UNITARIO (euros/L)
agua 0,10 euro/kg 0,10 euros/L
Medio de cultivo 100 euro/kg 5,20 euros/L
agua 0,10 euro/kg 0,10 euros/L
TOTAL
0,11
TOTAL 5,30 euros/L euros/L
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22. Datos de contacto
Gracias por su atención
ainia, centro tecnológico
Parque tecnológico de Valencia
http://www.ainia.es
c/Benjamín Franklin 5-11 Tel. +34 961 366 090
46980 Valencia
Mercedes Villa Carvajal
Responsable Unidad de Bioproducción
departamento de Ingeniería y Procesos
mvilla@ainia.es
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