CRECIMIENTO DE MICROORGANISMOS EN UN CULTIVO BATCH

Alejandra Pedraza1, Santiago Tafur2, Alejandro Silva3

Facultad Ingeniería química/ Universidad de América/ Bogotá-Colombia

Aleja_01.16@hotmail.com1 /Santa_log@hotmail.com2/ davlesius@gmail.com3

La fermentación de etanol se hace a partir de levadura liofilizada en un medio anaeróbico; en el laboratorio se utilizaron tres probetas con la misma cantidad de sustrato (harina y glucosa) y diferente cantidad de agua e inóculo (levadura y solución fermentadora). Las condiciones para el proceso fueron: temperatura de 30°C, pH de 4.5 y presión atmosférica; evidenciando un mayor crecimiento respecto al tiempo en las probetas con menor cantidad de agua y mayor cantidad de inóculo, observando un mayor crecimiento de nutrientes en soluciones menos diluidas.

PALABRAS CLAVES: Crecimiento, fermentación, inóculo, levadura, sustrato.

The ethanol fermentation is made from lyophilized yeast in an anaerobic environment; in the laboratory were used three tests tubes with the same amount of substratum (flour and glucose) and different amount of water and inoculum (yeast and fermenter solution). The conditions for the process were: 30°C, pH 4.5 and atmospheric pressure; showing a bigger growing rate in the tests tubes with less water and more inoculum, noticing higher growth of nutrients in less diluted solution.

KEY WORDS: Fermentation, Growth, Inoculum, Substratum, Yeast.

1. INTRODUCCIÓN

En general, la fermentación puede describirse como cualquier proceso metabólico que libere energía a partir de un azúcar u otra molécula orgánica, no necesite la presencia de oxigeno ni una cadena transportadora de electrones y utilice una molécula orgánica como aceptor final de electrones.1 Industrialmente, se considera importante el estudio de la fermentación alcohólica para la obtención de alcohol etílico y su posterior uso en cervecerías, destilerías, panadería y vinatería entre otros.

Dicha fermentación se produce por la transformación de los azucares del mosto en etanol con dióxido de carbono (CO2) utilizando levaduras como fuente de microorganismos, comúnmente usando la Saccharomyces Cerevisiae la cual crece en hábitats ricos en azucares como fruta, flores y corteza de árbol.

1 Tortora, Funke, Case. (2007). Introducción a la microbiología. Buenos Aires, Argentina: Panamericana.

Experimentalmente se estudia las condiciones óptimas para el crecimiento de microorganismos comparando el aumento de la biomasa al variar los niveles de agua y cantidad de inóculo en tres diferentes probetas a una temperatura y fuente de carbono constante.

2. MATERIALES Y MÉTODOS

Equipos: baño termostatado, balanza analítica, agitador orbital; Materiales: termostato, 4 vasos precipitados de 250 mL, 1 probeta de 250 mL, 1 Erlenmeyer de 250 mL, 1 pipeta graduada de 10 mL, 1 espátula, 1 agitador de vidrio; Reactivos: 25g de Levadura liofilizada Saccharomyces Cerevisiae, 20g de azúcar, sulfato de amonio, fosfato de potasio, harina de trigo y solución HCl.

En un Erlenmeyer se mezcló la solución fermentadora con la levadura y se usó un agitador Shaker.

En tres vasos precipitados se adicionaron iguales de cantidades de harina y glucosa (25g y 3g

respectivamente) y diferente cantidad de agua (22,5 mL en el vaso 1, 15 mL en el vaso 2, y sin agua en el vaso 3).

Pasados 40 minutos en el agitador, se agregó 7,5mL al vaso 1, 15mL al vaso 2 y 30mL al vaso 3, de inóculo.

Se transvasó a tres probetas y se pesan cada una. Posteriormente se ponen a baño María a 30°C y se midió el crecimiento de la biomasa en intervalos de 2 minutos.

3. RESULTADOS

1) Datos

Tabla 1. Cantidades iniciales

PROBETA 1 ------- 40mlPROBETA 2 155,54g 43,9mlPROBETA 3 132,88g 43,2ml

Tabla 2. Variación del volumen de la biomasa en función del tiempo

TIEMPO(min)

PROBETA 1(ml)

PROBETA 2 (ml)

PROBETA 3 (ml)

0 40 43,9 43,22 45 44,5 45,04 49 45,1 48,56 49 46,5 55,08 49 48,0 62,010 49 50,0 68,012 49 52,5 76,014 50 54,5 84,016 50 58,5 91,018 52 63 98,020 56 67 110,0

Tabla 3. Cantidades finales

PROBETA 1 ------- 56mlPROBETA 2 155,61g 67mlPROBETA 3 133,2g 110,0ml

2) cálculos

Probeta 2:

Peso final−Peso inicial=¿

155,61 g−155,54 g=0,07 g

Probeta 3:

Peso final−Peso inicial=¿

133,2 g−132,88 g=0,32 g

Figura1. Variación de la biomasa en función del tiempo.

4. DISCUSIÓN

El crecimiento de la biomasa pasa por cuatro fases principalmente, una primera fase de adaptación donde los microorganismos adaptan su metabolismo a las nuevas condiciones, es decir, un ambiente rico en nutrientes y unas condiciones predeterminadas para su óptimo desarrollo que en nuestro caso fue un pH ácido, presión atmosférica y una temperatura de 30 °C, por tal motivo en los primeros minutos se demora en crecer la biomasa en comparación del resto del tiempo véase el caso de la probeta 3. Superada esta etapa, pasan a una fase exponencial donde los microorganismos consumen los nutrientes al máximo por lo tanto la velocidad de crecimiento de la biomasa incrementa y el tiempo de generación de esta disminuye hasta llegar a una tapa estacionaria donde se agotan lo nutrientes de los microorganismo

y una fase posterior de muerte. En el desarrollo del laboratorio se evidenciaron las dos primeras fases pues no alcanzaron a llegar a una fase estacionaria y mucho menos de muerte puesto que el cultivo seguía creciendo a medida que pasaba el tiempo. En la probeta 1 se produjo una etapa de adaptación más lenta que en las otras dos probetas (observándose una considerable diferencia en la probeta 3), por eso hubo un cambió de volumen más significativo comparándolo con los otros cambios puesto que había menos cantidad de inóculo y unos nutrientes más diluidos e hizo más difícil la adaptación de los microorganismo en el medio. Durante la fase exponencial, la probeta 3 desarrollo más cantidad de biomasa principalmente por lo mismo, al no haber diluido la concentración de los nutrientes y haber agregado más cantidad de inóculo, los microorganismo se demoraron menos tiempo en la adaptación y tenían un ambiente rico en nutrientes y más aún, había más de ellos para el desarrollo de la biomasa.

A nivel industrial es conveniente reducir la fase de adaptación tanto como sea posible, no solo para evitar la pérdida de tiempo sino también porque se consumen nutrientes para mantener el cultivo viable en dicho período previo al crecimiento o desarrollo de la biomasa

5. CONCLUSIONES

Se realizó el montaje para la preparación de una fermentación de etanol a partir de la Saccharomyces cerevisiae mejor conocida como levadura comercial, iniciando el inóculo de fermentación urea, fosfato de sodio y glucosa como activación de la levadura y harina con glucosa como nutrientes durante el desarrollo de la biomasa. En éste, se determinó que es importante el conocimiento y control de las condiciones de crecimiento de los microorganismos (Temperatura, presión y pH del medio) para que el proceso se lleve a cabo con el máximo rendimiento posible, comprobando que los 30°c, presión atmosférica y un pH de 4.5 son los adecuados para el desarrollo de esta fermentación con dicha levadura.

Se observó el desarrollo de un microorganismo a través del incremento de la biomasa. La cantidad de nutrientes es proporcional al crecimiento de los microorganismos ya que tanto en la etapa exponencial de desarrollo se consumen al máximo; así mismo la dilución de éstos en el medio es inverso a dicha evolución.

Se determinó el comportamiento de la concentración de la biomasa en función del tiempo dando una curva exponencial durante la fermentación para la producción de etanol.

6. BIBLIOGRAFIA.

Tortora, Funke, Case. (2007). Introducción a la microbiología. Buenos Aires, Argentina: Panamericana.

Guía de práctica de laboratorio. Crecimiento de microorganismo en un cultivo Batch.