Proyecto de Innovación n

Producción de Proteína Unicelular.Del tipo torula Cándida utilis, con la utilización de jugos de pulpa de café y/o mieles de caña de azúcar, como fuente de carbono.

Introducción

Se sabe que las levaduras como la Cándida utilis tienen una alta tasa de crecimiento, que ninguna especie ha logrado superar. La levadura es una especie de hongo que requiere de un sustrato rico en azúcares o fuentes de carbono, para su crecimiento o cultivo. Esta fuente de carbono, que puede ser muy variada, puede provenir de los subproductos de la industria de la madera, subproductos de la industria petrolera; recientemente, se están analizando también sustratos a base de subproductos de la industria aceitera. Por otra parte, en nuestro país se ha analizado a nivel de laboratorio algunos sustratos a base de jugos provenientes de la pulpa de café y de la caña de azúcar.

La proteína unicelular recibe varios nombres a nivel comercial a la vez tiene una gama de usos que van desde la alimentación humana hasta la utilización como fuente de proteínas en la alimentación animal y últimamente se usa como medio de cultivo para crecer otros microorganismos usados en la industria médica.

Ya que en el país la pulpa de café representa un subproducto poco aprovechado y en algunos casos problemático para su deshecho. FIAGRO en la búsqueda de innovar y apoyar las actividades en la industria del café y de la Caña de Azúcar, ha tomado la decisión de iniciar el desarrollo de un proyecto innovador en este campo. El proyecto persigue la instalación de una planta a nivel comercial, para la producción de Proteína unicelular proveniente del cultivo de levaduras del tipo cándida utilis, utilizando como sustrato o fuente de carbono el jugo elaborado a partir de pulpa fresca de café o de subproductos del proceso de obtención de azúcar.

Antecedentes

En El Salvador se producen un promedio de 360,000 TM anuales de pulpa fresca de café, que contienen en promedio unas 43,000 TM de azúcar en una temporada de cosecha de 5 meses, desde octubre hasta marzo. Correspondientes a un producción de 600,000 TM de café uva.

En El Salvador siguen existiendo altos niveles de desnutrición en la población, estamos catalogados dentro de los tres países de América con mayores problemas. Por otro lado la población sigue creciendo y por ende la demanda de alimentos.

A nivel mundial los productos protéicos son los de más altos costos y en El Salvador el déficit protéico es sumamente elevado, teniendo que importarse carnes, leches, quesos y otros para alimentación humana y para alimentación animal se importa casi todo.

Otro factor importante a tomar en cuenta en el desarrollo de proyectos de esta naturaleza son las altas producciones de subproductos con aceptables niveles de azúcar, los cuales implican altos costos en su manejo y/o deshecho. Además existe una necesidad de Diversificación, para mejorar el valor de la industria.

En El Salvador la Dra. Concepción Lemus de Bendix, ha mantenido por mucho tiempo la tesis de que la producción de levaduras con fines de la obtención de la Proteína Unicelular es una alternativa muy viable y necesaria para buscarle el uso a algunos subproductos de nuestros procesos Agroindustriales “Yo no entiendo porque en la industria del café solo

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utilizamos la semilla y desperdiciamos el fruto”, la pulpa de café, las mieles de la caña, etc. Ya que estos subproductos en muchos casos se deben votar, con algunos costos altos

Producción de Proteína

La producción de Proteína de alto valor siempre será un proyecto de alto interés en cualquier país, en El Salvador además de ser interesante como fuente de alimento tanto para humanos como para animales de granja, reviste trascendental importancia desde el punto de vista ecológico ya que puede contribuir a la utilización de subproductos de las dos agroindustrias más importantes como son el Café y la Caña de Azúcar.

La proteína se puede producir en cualquier producción pecuaria sea de carne, leche o huevos, la otra forma es la producción de leguminosas como la Soya y otros cultivos que después de la extracción de sus aceites, las tortas quedan con altos porcentajes de proteína.

La proteína unicelular (Single Cell Protein SCP ), es la proteína constituida por la biomasa de células. Es un nombre genérico que se da a las harinas protéicas derivadas de una serie de microorganismos unicelulares: levaduras, bacterias, hongos y algas.

Importancia de los Microorganismos en la Producción de Proteínas:

Como se ha dicho el microorganismo son una excelente fuente de producción de alimentos por razones conocidas desde principios de siglo como:

o Los microorganismos poseen una alta tasa de multiplicación.Poseen un alto contenido de proteína 55-60 % y hasta un 15 % de ácidos nucléicos en base a peso seco.Pueden utilizar un gran número de fuentes de carbono diferentes.Pueden seleccionarse o producirse relativamente fácil cepas con alta producción y buena composición.

o Las instalaciones de la producción ocupan áreas limitadas y dan producción alta.o La producción microbiana es independiente de variaciones climáticas o estacionales y por consiguientes son

más fáciles de planear. Las Levaduras: Las levaduras son los microorganismos más utilizados para la producción de Proteína Unicelular, por sus características de crecimiento y constitucionales, como:Son micro-hongos en forma de células únicas y que se reproducen mediante gemación.

o Algunas levaduras están formadas únicamente por células individuales y a veces cadenas cortas.o La célula hija comienza siendo una pequeña yema, que va creciendo hasta que alcanza un tamaño similar al

de la madre y entonces se separa.o La membrana celular consta de polisacáridos y muy poca quítina. Tienen glucógeno como sustancia de

reserva y contienen también numerosas vitaminas.El Proceso de ProducciónEn resumen el proceso de producción se puede plantear en las siguientes etapas:Provisión de una fuente de carbono, que generalmente requiere alguna combinación de tratamiento físico o químico de las materias brutas, para hacerla un medio adecuado para el cultivo del microorganismo.Enriquecimiento del medio, adecuándolo a las necesidades del microorganismo en cuanto a carbono y fuentes de nitrógeno, fósforo y otros nutrientes esenciales.El pH en las fermentaciones se mantiene entre 3.5 y 5.0 así se reduce el riesgo de contaminación bacteriana.

o Impedir la contaminación del medio o de la planta.o Con el medio en condiciones adecuadas se inocula el cultivo o cepa de los microorganismos deseados. o La separación de la biomasa microbiana del medio agotado.o Las células de levadura pueden ser recuperadas fácilmente a partir centrifugación contínua.

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o El tratamiento posterior de la biomasa con o sin operaciones específicas de purificación.

El proceso se describe en la figura 1, en donde se puede ver de forma esquemática el resumen de todo el proceso hasta obtener la levadura, el nombre de fermentador se ha usado como una denominación genérica sin embargo este proceso no es a través de fermentación, si no mas bien de reacción y crecimiento en medio neutro, por lo cual muchos le llaman el Reactor.

Fig. Proceso de Producción de Proteína Unicelular.

Usos de la proteína Unicelular

La proteína unicelular tiene una gran gama de usos dentro de los cuales el uso en la alimentación humana es el mas buscado, sin embargo, de acuerdo con algunos autores este tipo de proteína es mas recomendable para usarlo en la alimentación de Ganado Vacuno, lo cual no es limitante, de hecho es muy usado en:

o Alimentación humana Fortificación de Alimentos Sopas y Alimentos procesadoso Alimentación animal especies mayoreso Alimentación Animal Fuente de proteína para alimentos balanceados, para todas las especies, incluidas las

acuícolao Medio de Cultivoo Fuente de vitaminas

El Proyecto

El proyecto de FIAGRO consistirá en establecer la Prefactibilidad del Montaje de una planta de Producción Comercial de Proteína Unicelular, utilizando el jugo extraído de la pulpa fresca de café o de subproductos de la industrialización de la Caña. Además de establecer la factibilidad, el Proyecto prevé el trabajo a nivel de laboratorio en la línea de evaluar variables que aún no se tienen conocidas, además se continuará en la idea del montaje de una Planta Piloto, buscando el Patrocinio de algún Organismo cooperante o Gobierno Amigo que desee hacer la Colaboración.

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Ferm

enta

dor

SecadoFloculado Centrifugado

Lavado

Granulado

Inóculo

Amonia

Acido Fosforico

Compresor

Aire

Sales Minerales

Metanol

Enfiramiento

Participantes

Para el desarrollo del proyecto se ha iniciado contactos con diferentes entidades que ya están involucradas o están interesadas en el proceso, además han mostrado interés en coordinar con FIAGRO las futuras acciones a desarrollar:

ENTIDAD AREA DE TRABAJO

ABECAFE- UNEXComo contraparte en la diseminación hacia todos los beneficiadores de café, de las ideas y el proyecto. Además aportarán ideas y serán parte del equipo que se coordinará para los diferentes estudios

Asociación AzucareraIngenio la CabañaIngenio Chanmico

Al igual que ABECAFE, como contraparte en la diseminación hacia todos los Ingenios o procesadores de azúcar, de las ideas y el proyecto. Además aportarán ideas y serán parte del equipo que se coordinará para los diferentes estudios

Universidad Matías Delgado Análisis de Laboratorio y probable montaje de Planta Piloto

Universidad José Simeón Cañas Pruebas a nivel de Laboratorio

Laboratorio de Calidad de FUSADES Análisis de Calidad de los Productos

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Programa de Trabajo

Al analizar el nivel de especialización del equipo que debe desarrollar no solo el proyecto final sino las ideas iniciales del proyecto, ya que se esta hablando de un tema muy nuevo que hasta la fecha no se conoce de alguna planta en América latina que este trabajando en ello, se ha decidido trabajar en varias direcciones así:

A nivel de Laboratorio Escala Piloto Escala Comercial

Equipar un mejor laboratorio para pruebas exclusivas de este tipo

Buscar el patrocinio para el equipamiento de una planta piloto, que pueda operar costeándose por si sola.

Buscar un Consultor que proporcione las recomendaciones iniciales para el montaje de un proyecto comercial. Indique las necesidades de Capital e indique la orientación de mercado del producto a desarrollar

Hacer mediciones de rendimientos en laboratorio usando diferentes sustratos y diferentes formas de obtención de los sustratos. Hacer mediciones de rendimiento de las diferentes fases, hacer análisis de diferentes fuentes de Nitrógeno y Fósforo. Esto se podrá hacer por medio de Tesis de grado en las dos universidades contraparte.

Hacer pruebas a escala piloto de los diferentes sustratos, de diferentes productos terminados, diferentes esquemas de producción: Batch en línea, etc.

Si el consultor determina que a nivel de perfil de proyecto existe viabilidad, instalar un equipo con consultores locales e internacionales más el personal técnico de las entidades en contraparte. Este equipo deberá producir los diferentes estudios que determinen la Prefactibilidad así como dejar los contactos de mercado que se deban seguir para el establecimiento del negocio.

Fases del Proyecto

El proyecto se desarrollará en diferentes fases las cuales darán las pautas para seguir adelante con las siguientes:

Fase 1.

En esta fase se analizó los estudios, ensayos trabajos y literatura que se conoce sobre el tema. Se visitó el laboratorio de la Universidad Dr. José Matías Delgado, en donde la Dra. Concepción Lemus de Bendix, ha estado por varios años haciendo el trabajo de mantener una cepa de Cándida utilis importada de los Estados Unidos. La Universidad a su vez, utiliza este proceso, dentro de las clases normales de Microbiología, así que todos los estudiantes de las diferentes carreras que dentro de su pemsum estudian microbiología pasa en algunas prácticas por el proceso de producción de levaduras.

Se revisó literatura en este campo, concluyéndose que la mayor cantidad de trabajos encontrados son a nivel experimental y no existe literatura sobre producción en plantas pilotos ni mucho menos a nivel comercial.

Fase 2.

Buscar y Evaluar consultores a nivel nacional que conozcan todo o partes del proceso a nivel piloto o comercial. Esta fase se agotó pero no fue posible encontrar personal idóneo. Algunos de los consultores entrevistados tienen mucha experiencia en café no obstante este proyecto se aleja en mucho de esa industria y tiene que ver mucho con producción ascéptica de alimentos de alto valor protéico, por ende alimentos perecederos de difícil manejo. Con ello en mente se buscó otro tipo de consultores sin embargo fue imposible encontrar a alguien con esa experiencia.

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Fase 3. Consultor Internacional

Búsqueda de un consultor a nivel internacional con el conocimiento necesario para que pueda dar recomendaciones de alto nivel en el desarrollo de la actividad. Esta consultoría debe desarrollarse en varias fases:

o La primera es evaluar a nivel inicial la factibilidad de producir esta levadura con la utilización de los sustratos en mención, a la luz de la problemática nacional de que la producción de café es estacional y la de los ingenios también, no obstante que los ingenios tienen facilidades para almacenar miel de purga “melaza”; que los ingenios y los beneficios de café están ubicados en zonas distantes entre si. Se debe hacer un análisis previo de localización del Proyecto. El trabajo del consultor será el de aportar todas las ideas necesarias para tomar la decisión de si continuar o no con este proyecto. En tal sentido se requiere de un consultor con una gran experiencia en este proceso, que pueda contundentemente decir si o no la decisión de entrar en este campo es viable en El Salvador. Amparado con los estudios previos.

o Inmediatamente y casi paralelo se deberá evaluar es el mercado para este tipo de producto “proteína Unicelular” ( Single Cell Protein ), Tanto de Torula como de otro tipo que pueda ser cultivado en el medio tropical.

o De la consultoría se derivaran algunas tareas a cumplir localmente como hacer algunas pruebas de laboratorio, análisis de materiales, estudios de estacionalidad de las producciones, contenidos de algunas materias disponibles, etc. Lo cual se desarrollará aun sin la presencia física del consultor.

o La siguiente actividad será la de Montar el equipo que haga el estudio completo de factibilidad que por aspectos metodológicos deberá comprender:

Estudio de mercado y de productos englobando: empaques, presentaciones, compradores, calidades, tipos de producto, estacionalidad, restricciones en mercados externos. Comercialización en mercados internos.

Estudio de Localización. ya que se trabajará con una planta de nivel comercial, se espera una operación contínua todo el año, lo que implica el aprovisionamiento de materias primas de por lo menos la industria del café y la caña, por lo cual el transporte se volverá un tema critico.

Estudio Técnico: analizar las diferentes alternativas de producción, los equipos necesarios en las diferentes formas, la energía requerida y los equipos secundarios necesarios, subestaciones eléctricas, fuentes de agua, etc. Haciendo una descripción detallada de los procesos, con esquemas de medición de puntos críticos utilizando el método de HACCP (Hazard Analysis and critical control points) Consultor Internacional

Estudio Financiero y Evaluación. Este trabajo deberá hacerse teniendo resuelta todas las variables anteriores, lo que permitirá motivar a posibles inversionistas en el Proyecto.

Estudio de Impacto Ambiental y Social: A manera de estudio situacional se debe hacer un análisis del impacto ambiental, ya que como se prevé este proyecto contribuirá muchísimo al manejo de deshechos sólidos en los beneficios de Café y posiblemente en los Ingenios Azucareros.

Fase 4. Planta Piloto

Montaje de una planta Piloto. La búsqueda de financiamiento para una planta piloto se continuará por varias razones:

o Los potenciales inversionistas de una planta de nivel comercial podrán ver y experimentar en esta planta, el proceso completo.

o Se podrá analizar otros sustratos o Se podrá analizar diferentes metodologías de producción.

Según algunas investigaciones se conoce que el equipo para una planta piloto puede ser rentado en las mismas compañías que venden el equipo industrial. Esto es una forma como las empresas promueve la venta de sus equipos. Esta posibilidad se deberá seguir investigando a estar a las puertas del establecimiento de una posible inversión.

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En anexo se presenta los requerimientos básicos de una planta piloto preparado por la Dra. Concepción Lemus de Bendix.

Fase 5. Requerimientos de Información a Nivel de Laboratorio.

Para continuar con el desarrollo de proyectos de producción de proteína unicelular se requiere continuar con pruebas a nivel de laboratorio que permitan conocer los parámetros básicos, en tal sentido se propone las siguientes pruebas.

Metodologías para los diferentes procesos de prueba. Metodología para la determinación de la calidad del sustrato y los tiempos de reacción de los principales

componentes en la reacción. Metodología en la evaluación de eficiencias Optimización de la producción de la proteína

Sustratos: pruebas con diferentes sustratos Evaluación del tiempo de procesado en beneficio o Ingenio y la calidad del sustrato al transcurrir el tiempo.

Utilizando curvas de concentración vrs tiempo. La concentración debe estar en función de algún sustrato. Velocidad de reacción por seguimiento de algún sustrato Medición de las condiciones Químicas y físicas de los diferentes sustratos Análisis bacteriológicos de los diferentes sustratos

Producción: Determinación de los parámetros claves en el rendimiento de producción. Curvas de producción con la variación de algunos parámetros claves. Evaluación de rendimientos en las diferentes fases. Evaluación de rendimientos utilizando, diferentes sustratos y diferentes condiciones de fertilización y/o

fermentación. Evaluación de la calidad de la Proteína en relación al Sustrato. Evaluación de las condiciones del sustrato inoculado después de 12, 24 y 48 horas, en relación a crecimientos

no deseados.

Otros: Pruebas con otros microorganismos: hongos, bacterias, etc.

Para El desarrollo de estas actividades se desarrollarán convenios con las dos universidades involucradas en el tema, que han sido la Universidad Centro Americana José Simeón Cañas y la Universidad Matías Delgado. Estos convenios de cooperación deben serán fundamentados sobre análisis concluyentes y no sobre hallazgos. Este trabajo se debería desarrollar a través de Tesis de graduación de las diferentes carreras que cursan las microbiologías aplicadas a la industria.

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