Fermentaciones Dra. Yenizey Merit Alvarez

Es el espacio físico donde se realizará los procesos

bioquímicos por parte de una especie microbiana.

* superficie o estacionario.

* sumergidas de lecho empacado o dinámico.

Disponibilidad de nutrientes (C y N)

pH del sustrato

Temperatura de incubación

Disponibilidad de oxígeno

Fase de crecimiento del microorganismo

Presencia de microorganismos competidores

“Rendimiento de la fermentación”

Fermentación discontinua (batch) 1. Sistema cerrado

2. Adición de oxígeno, agente antiespumante y ácidos o bases

3. Tiene una cantidad limitada de medio

4. Se interrumpe al final de la fase logarítmica (metabolitos primarios) o antes de

que comience la fase de muerte (metabolitos secundarios)

La concentración de biomasa por unidad de

tiempo es:

x – XR = γs (SR – s)

x = concentración celular en un tiempo t

XR = inóculo o concentración celular inicial

γ = rendimiento para el substrato limitante (g de biomasa por g de

substrato consumido)

s = concentración de substrato en el tiempo t

SR = concentración inicial de medio

Ys = dN/dS

μ = (dN/dt)/N

(dN/dt)/N = Ys (dS/dt)/N

μ = Ys qs

«tasa específica de consumo de substrato»

Fermentación continua

Crecimiento en un sistema abierto se realiza un suministro constante de

nutrientes se realiza una eliminación continua de

residuos

Mantiene las células en fase logarítmica/exponencial a una concentración constante de biomasa durante largos periodos de tiempo

Esto se logra empleando un sistema de cultivo continuo Quimiostatos Turbidostatos

La concentración de biomasa viene dada por:

x’ = γ SR -

Ks·D

μmax - D

X’ = concentración de biomasa en un estado estacionario

γ = rendimiento para el substrato limitante (g de biomasa por g de

substrato consumido)

Ks = constante inicial

SR = concentración inicial de medio

D = velocidad específica de crecimiento (μ)

μmax = velocidad máxima de crecimiento

Quimiostato

1) La velocidad a la que se añade el medio fresco al cultivo es igual que

la velocidad a la que se elimina el medio del cultivo

2) La rapidez de crecimiento depende del tipo de nutriente limitante

D = f/V

f es la velocidad de flujo (ml h-1)

V el volumen del recipiente en ml

Turbidostato

1. Regula el flujo de medio de cultivo fresco al recipiente del cultivo de

forma que se mantiene una turbidez o densidad celular constante

2. La velocidad de dilución es variable

3. No hay nutrientes limitantes

4. Funciona mejor a elevadas velocidades de dilución

DILUCIÓN CRÍTICA (Dc)

VENTAJAS DEL CULTIVO CONTINUO SOBRE EL CULTIVO POR LOTES:

Opera por periodos largos; tiempos muertos bajos

Costos de operación y trabajo bajos

El cultivo se mantiene con coeficientes de crecimiento constantes

Crecimiento balanceado, composición celular constante

Generación de biomasa constante como productividad y conversión

Volumen de reactor reducido en comparación a la productividad similar en proceso por lotes

DESVENTAJAS DEL CULTIVO CONTINUO SOBRE EL CULTIVO POR LOTES:

Alto costo por alta calidad de equipos y accesorios

Requiere gran reservorio para almacenamiento de medio (sustrato)

Esterilización continuada, separación continuada de producto y niveles de purificación

Biosensores sofisticados y automatización computarizada para operación óptima

Se incrementa el riesgo de contaminación debido a la amplia operación

Posibilidad de mutación, incremento de FAGOS por los cambios genéticos debido a la presencia de plasmidos

La conversión total de sustrato exige sistema de multiniveles, inmovilización celular o recirculación celular que encarece el costo de operación.

rendimiento biomasa:

rendimiento en producto:

rendimiento del sustrato:

Y p/x = dP

dX

RENDIMIENTOS:

METABOLITOS PRIMARIOS Y SECUNDARIOS

L-glutamato L-aspartato y alanina Glicina L-cysteina

L-triptófano+L-histidina

Aspartame (a partir de L-fenilalania+L-aspártico) L-lisina

DL-Metionina

Aminoácido Producción aual en el mundo (Tm)

Aminoácidos utilizados en la industria alimentaria

Usos

Reforzar el sabor, ablandador de la carne Enriquecer el sabor Mejora del sabor, Partida para síntesis orgánicas Mejora calidad Antioxidante Antioxidante, evita enranciado; aditivo nutritivo

Edulcorante bajo en calorias

Aditivo nutritivo Aditivo nutritivo Aditivo nutritivo Aditivo nutritivo

Finalidad

370.000 5.000 6.000

700

400

7.000

70.000

70.000

Varios alimentos Zumos de frutas Alimentos edulcorados Pan Zumos Varios alimentos Leche en polvo Bebidas refrescantes

Pan (Japón). Piensos Productos de la soja y Piensos.

CULTIVOS INICIADORES (Starters)

Son microorganismos viables adicionados a los

alimentos o a un sustrato para mejorar su calidad o

aumentar su aceptabilidad. Cultivos puros o mixtos

de cepas de M.O. seleccionados, con una actividad

enzimática y que son adicionados en cantidades

definidas para producir una transformación deseable

en el sustrato.

CARACTERISTICAS

Especie

Número de microorganismos

Actividad

Ausencia de otros microorganismos

Apatogenicidad

Mesofilos

Homofermentativo (bacterias lacticas)

Halo y nitrito tolerantes (para carnes)

Preferentemente no lipoliticas, ni proteolíticas.

Inexistencia de toxinas.

Los cultivos iniciadores “starters”

Inducen cambios en las propiedades de los

alimentos,

• Modificación en la textura

• La conservación,

• El desarrollo de aromas

• La mejora nutricional.

PRINCIPALES APLICACIONES DE LOS CULTIVOS

INCIADORES

• Industrias lácticas

• Industrias cárnicas

• Industrias panificadoras

• Industrias conserveras de vegetales

• Fermentación de bebidas alcohólicas

• Producción de alcohol industrial.

IMPORTANCIA DEL SUSTRATO

Debe ser un sustrato industrial inócuo.

Abundante dependiendo de la región

Económicamente viable

Inducir a la producción del M. O. o de un metabolito

MATERIAS PRIMAS COMO SUSTRATO:

De origen animal:

Carne de res

Corazón de res

Cerebro de ternera o res

Hígado, Sangre, Gelatina, Caseína

Pescado.

De origen vegetal

Soya, (harina de soya)

Papa (harina de papa y papa dulce)

Maíz (hanias de maíz)

Malta (harina de cebada malteada)

Tomate

Trigo (harina de trigo)

Arroz (harinas de arroz y derivados de cascarilla)

Guisantes

De origen microbiano

Levadura de panadería

Levadura de cerveza.