presentación de powerpoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . desventajas: ... las...

43
BIOTECNOLOGÍA

Upload: duongbao

Post on 10-Feb-2018

212 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

BIOTECNOLOGÍA

Page 2: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

TEMA: Fermentaciones: aspectos más importantes,

aplicaciones biotecnológicas

BIBLIOGRAFÍA

Berenguer J y Sanz J. 2004. Cuestiones en microbiología. Editorial Hélice. Madrid. España.

David, W., Dupont, C., Charles, T. 2013. Microbiology. Wiley.

Gamazo, Sánchez y Camacho. 2013. Microbiología basada en la experimentación. Elsevier

Masson.

Madigan M, Martinko J. Parker J. 2010. Biología de los Microorganismos. Décima Edición.

Prentice Hall. Washington. Estados Unidos de América.

Vullo D, Waschman M, Alche L. 2000. Microbiología en práctica. Manual de técnicas de

laboratorio para la enseñanza de la microbiología básica y aplicada. Ed. Atlante. Madrid.

España.

Madigan M., Martinko, J. Parker J. 2007. Brock Biología de los Microorganismos. ISBN: 84-486-

0261-7. Pentice-Hall. Madrid. España.

Prescott, Lansing M. Harley, John P. Klein, Donald A. . 2013. Microbiology. Mc Graw Hill

Interamericana. Madrid. España.

Page 3: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Fermentaciones industriales

Hace uso de la acción controlada de

microorganismos seleccionados para

modificar la textura de los alimentos,

conservarlos o producir ácidos o alcohol y

desarrollar en ellos aromas y sabores que

aumenten su calidad y valor nutritivo.

Se llevan a cabo en fermentadores o

biorreactores. En estos fermentadores el

sustrato es convertido a un compuesto o

metabolito con la ayuda de un

microorganismo.

Page 4: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

El esquema general de un proceso de

fermentación

Etapa Curso de la fermentación

I Preservación del inóculo

II Multiplicación del inóculo a. Cultivo en matraces agitados

b. Formación de esporas en medio sólido.

III Cultivo de prefermentación 1–3 cultivos de prefermentación

IV Fermentación de

producción

a. Fermentación discontinua

b. Fermentación continua

Page 5: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan
Page 6: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Aspectos de ingeniería a considerar para una fermentación

industrial con éxito

El microorganismo es lo más importante en las fermentaciones industriales y los

aspectos de ingeniería siempre están supeditados al organismo.

1. Salto de escala

Implica el paso en el cual un procedimiento desarrollado con éxito en el laboratorio,

en volúmenes reducidos, es modificado para ser usado en fermentaciones de gran

tamaño, manteniendo las mismas condiciones.

2. Tipo de proceso según la relación del biocatalizador con el medio y el agua

Dependiendo del tipo de biocatalizador que tengamos, y de las condiciones de

este, será más rentable usar un tipo u otro de medio y una determinada

concentración de agua, así como inmovilizar el biocatalizador.

Se distingue entre cultivos sumergidos o en superficie, así como también podremos

tener el biocatalizador inmovilizado o no. Finalmente, el cultivo podrá ser sólido,

semisólido o líquido. Existen numerosos métodos para inmovilizar células.

Page 7: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Tipos de proceso según la cinética del proceso y la entrada

de medio

Considerando la cinética de la entrada de medio podemos clasificar 3 tipos de cultivo:

1. Discontinuos (o batch)

2. Discontinuos con alimentación (Fedbatch)

3. Continuos

Discontinuos (o batch) Discontinuos con

alimentación (Fedbatch) Continuos

Page 8: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Cultivos continuos

Es la aplicación del principio del quimiostato a la industria.

La solución nutriente se añade continuamente al biorreactor a la vez

que se extrae una cantidad equivalente de medio usado con

organismos, una vez alcanzado el equilibrio.

Se usa, o se intenta usar, porque es de difícil aplicación, cuando el

producto de interés se sintetiza en la fase logarítmica del crecimiento.

Los MOS deben estar en esa fase cuanto más tiempo mejor, para lo

que requieren más medio.

Aunque en teoría el funcionamiento podría ser ilimitado, normalmente

se consideraría un éxito el pasar de las 200, puesto que conseguir

mantener las condiciones en el interior del fermentador es muy difícil.

Page 9: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Ventajas:

Productividad: Si funciona bien, la productividad será

máxima el tiempo que funcione.

Rentabilidad constante: El tiempo total es el tiempo entre 2

producciones consecutivas. En batch y fed-batch, aparte del

tiempo de cultivo se ha añadir el de prefermentación, por lo

que la rentabilidad es menor.

Aumento de beneficios: Se reducen costes, porque está

todo automatizado

Page 10: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Desventajas:

Poco versátil: Una vez puesto en marcha no se pueden alterar los

parámetros, porque el equilibrio se destruiría.

Tecnología más cara

Duración real limitada: En muchos casos, en el laboratorio operan de 20 a

200h solo, pero para que fuese rentable tendría que funcionar entre 500 y

1000 horas, lo que no sucede.

Composición variable de medios: La entrada de medios es constante, pero

la composición de estos medios es variable, por lo que el equilibrio se verá

alterado.

Contaminaciones: Mantener condiciones estériles a nivel industrial durante

largos períodos de tiempo

Cuando se usan cepas de elevado rendimiento se pueden producir mutantes

degenerados que pueden crecer más rápido que las cepas productoras, con lo

que te harán perder dinero y medio.

Cultivos continuos

Page 11: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Cultivos fedbatch

Los nutrientes críticos se añaden en baja cantidad al

principio, pero continúan añadiéndose en dosis

pequeñas a lo largo de todo el crecimiento, de

manera escalonada.

Este sistema se usa a menudo para la síntesis de

metabolitos secundarios, la síntesis de los cuales

está sometida a represión por el catabolito, o bien

cuando el inóculo es problemático.

Page 12: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Cultivos discontinuos o batch

Es el más habitual.

En el inicio del cultivo, el medio estéril se inocula con

un volumen adecuado de microorganismos y se

permite que se lleve a cabo la fermentación en

condiciones óptimas.

A lo largo del proceso no se añade ningún nutriente,

salvo el oxígeno. Llega un momento, por lo tanto, en

que los nutrientes son limitantes para el crecimiento,

por lo que se dan las fases típicas de un cultivo

microbiano.

Page 13: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Cultivos discontinuos o batch

Considerando las cinéticas de producción del producto podemos

clasificar en:

Tipo I: el producto deriva directamente del catabolismo, pudiendo ser

incluso la propia bacteria. El consumo de sustrato y el crecimiento, así

como la formación del producto se dan prácticamente de manera

simultánea. La trofofase y la idiofase se solapan.

Tipo II: El producto es producido también durante el metabolismo

primario, pero deriva de una vía biosintética lateral dentro del

metabolismo primario. El consumo de sustrato y la producción de

producto están ligeramente separados.

Tipo III: El producto deriva del metabolismo secundario. La trofofase y

la idiofases están en tiempos totalmente separados y en fases

diferentes de la curva de crecimiento.

Page 14: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan
Page 15: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

DIFERENTES TIPOS DE MICROORGANISMOS INDUSTRIALES

Levaduras Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan y bebidas

alcohólicas.

La levadura que sin duda fue la primera y aún hoy en día sigue siendo la más utilizada por el hombre

es Saccharomyces cerevisiae de la que se emplean diferentes cepas para la fabricación de cerveza,

vino, sake, pan y alcoholes industriales.

Kluyveromyces fragilis es una especie fermentadora de la lactosa que se explota en pequeña escala

para la producción de alcohol a partir del suero de la leche.

Yarrowia lipolytica es una fuente industrial de ácido cítrico.

Trichosporum cutaneum desempeña un importante papel en los sistemas de digestión aeróbica de

aguas residuales debido a su enorme capacidad de oxidación de compuestos orgánicos, incluidos

algunos que son tóxicos para otras levaduras y hongos, como los derivados fenólicos.

Page 16: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

DIFERENTES TIPOS DE MICROORGANISMOS

INDUSTRIALES

Hongos filamentosos

Los efectos perjudiciales de los hongos

están contrarrestados por su utilización

industrial.

Los hongos son la base de muchas

fermentaciones como la combinación

de soya, habichuelas, arroz y cebada

que dan lugar a los alimentos

orientales miso, shoyu y tempeh.

Los hongos son también la fuente de

muchos enzimas comerciales

(amilasas, proteasas, pectinasas),

ácidos orgánicos (cítrico, láctico),

antibióticos (penicilina), quesos

especiales (Camembert).

Page 17: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

DIFERENTES TIPOS DE MICROORGANISMOS INDUSTRIALES

Bacterias

Entre las especies bacterianas de interés industrial están las bacterias del ácido

acético, Gluconobacter y Acetobacter que pueden convertir el etanol en ácido

acético.

El género Bacillus es productor de antibióticos (gramicidina, bacitracina, polimixina),

proteasas e insecticidas.

Del género Clostridium cabe destacar Clostridium acetobutylicum que puede

fermentar los azúcares originando acetona y butanol.

Las bacterias del ácido láctico incluyen, entre otras, las especies de los géneros

Streptococcus y Lactobacillus que producen yogur.

Corynebacterium glutamicum es una importante fuente industrial de lisina.

El olor característico a tierra mojada se debe a compuestos volátiles (geosmina)

producidos por Streptomyces aunque su principal importancia radica en la

producción de antibióticos como anfotericina B, kanamicina neomicina,

estreptomicina, tetraciclina, etc.

Page 18: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan
Page 19: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Productos y servicios que puede ofrecer la microbiología industrial

1. Producción de células.

2. Enzimas y otras proteínas de elevado valor

añadido.

3. Metabolitos primarios y secundarios.

4. Otros productos:

Polisacáridos

Bioplásticos

Ciertas vitaminas

Transformación de microorganismos.

5. Depuración de residuos:

Aguas residuales

Residuos sólidos

Xenobióticos

6. Aplicaciones analíticas:

Biodegradabilidad.

No toxicidad al medio:

- Agudos.

- Crónicos.

Mutagenicidad.

7. Lixiviación.

Page 20: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Selección de un microorganismo para uso industrial

1. La cepa a utilizar debe ser genéticamente estable.

2. Su velocidad de crecimiento debe ser alta.

3. La cepa debe estar libre de contaminantes, incluidos fagos.

4. Sus requerimientos nutricionales deberían ser satisfechos a partir de

medios de cultivo de costo reducido.

5. Debe ser de fácil conservación por largos períodos de tiempo, sin

pérdida de sus características particulares.

6. Debe llevar a cabo el proceso industrial completo en un tiempo

corto.

7. Si el objetivo del proceso es un producto, éste debe ser de alto

rendimiento y de fácil extracción del medio de cultivo.

Page 21: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

BIOTECNOLOGÍA

Page 22: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Métodos de búsqueda de microorganismos con interés industrial

1. Prospección

Los microorganismos que se utilizan en un proceso industrial, pueden ser

obtenidos por:

Aislamiento a partir de fuentes naturales.

Colección de cultivos.

2. Mantenimiento o conservación de los cultivos

Principales Métodos de Conservación Microbiana Industrial

Page 23: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Prospección A nivel industrial, en general, cada firma posee su propia colección de

organismos, muchos de los cuales han sido mejorados a través de técnicas

clásicas de mutación o de ingeniería genética.

En algunos casos se dispone de organismos modificados genéticamente

para llevar a cabo reacciones específicas de biosíntesis, degradación o

biocatálisis, los cuales están protegidos por patentes.

Existen en el mundo un gran número de colecciones depositarias de cultivos.

Entre la diversidad de colecciones se destacan:

"American Type Culture Collection", USA, la cual mantiene bacterias,

levaduras, algas, actinomycetes, mohos, protozoos, virus y líneas celulares;

"Colletion Nationale de Cultures de Microorganismes" del Instituto Pasteur,

Francia;

"Northern Regional Research Laboratory" (NRRL), de Peoria, USA.

"National Collection of Type Cultures", Londres, Inglaterra.

Page 24: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

American Type Culture Collection (ATCC)

" Colletion Nationale de Cultures de Microorganismes" del Instituto Pasteur

Collection of Type

Cultures", Londres, Inglaterra

Northern Regional Research Laboratory" (NRRL), de Peoria, USA

Page 25: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Prospección Tipos de Aislamientos

a) Aislamiento directo:

El medio que se utiliza para el aislamiento

permita la máxima expresión del material

genético del organismo.

Si se busca por ejemplo un organismo con

acción antimicrobiana, se puede crecer al

potencial productor, en una caja de Petri en

presencia del o los organismos contra los cuales

se requiere la acción antimicrobiana,

observándose la producción del inhibidor por las

zonas de inhibición de crecimiento.

Para la detección de productores de factores de

crecimiento tales como aminoácidos y

nucleótidos se utiliza la estimulación del

desarrollo de bacterias auxótrofas por un lisado

del organismo.

Una vez obtenido el crecimiento en la primera

caja, se replica a una segunda, etc, hasta la

obtención de colonia pura.

Producto buscado Método en placas de agar con: Detección de colonias productoras por:

Antibióticos Microorganismos sensible a Halos de inhibición del crecimiento del

antibiótico microorganismo sensible.

Proteasas Caseína Halos claros sobre placas turbias.

Amilasas Almidón Halos no teñidos al añadir yoduro.

Lipasas Emulsión de aceite Precipitación de ácidos grasos libres con

Calcio.

Fosfatasas Fenolftaleína difosfato e indicador de Cambio de color.

color

Aminoácidos Microorganismo auxótrofo del Halos de crecimiento del auxótrofo.

aminoácido en medio mínimo

Page 26: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Prospección

Tipos de Aislamientos

b) Enriquecimiento del cultivo: Incrementa en una población mixta el número de organismos de interés en relación al resto. De esta forma se

busca favorecer el crecimiento de un tipo dado de microorganismos mediante condiciones de cultivo

adecuadas al mismo, o de condiciones inapropiadas para el desarrollo de los otros.

Esto se logra mediante el empleo de sustratos específicos o ciertos inhibidores.

La selección de un organismo por este procedimiento

depende de su valor de u comparado con los de los otros

organismos.

En cultivo continuo el valor de um está determinado por la

concentración de sustrato y es igual en estado estacionario

a la velocidad de dilución (D).

A valores de u = D < uz se tiene que uA > uB y por lo

tanto el organismo A podrá ser seleccionado a pesar de que

umA < umB (uz = valor de u a partir del cual uB > uA).

Page 27: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Una vez efectuado el muestreo y selección (screening) para el aislamiento de una

cepa de interés, la misma deberá ser caracterizada. En este procedimiento se

debe tener en cuenta que la composición química del material a partir del cual se

va a realizar el aislamiento comienza a variar a partir del momento en que es

tomada la muestra, por lo tanto ésta se debe procesar rápidamente, tratando de

evitar alteraciones que afecten a la población de interés.

2. Mantenimiento o conservación de los cultivos

Los objetivos de la conservación:

a) Preservar la pureza genética del cultivo sin pérdida de

ninguna de sus propiedades bioquímicas.

b) Preservar los niveles de su productividad inicial.

c) Lograr que el cultivo pueda ser transportado y manejado con

facilidad.

Page 28: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

2. Mantenimiento o conservación de los cultivos

Principales Métodos de Conservación Microbiana Industrial

a) Subcultivos

Es un método común de conservación, que consiste en el repique periódico del cultivo en un medio

nutritivo fresco. El intervalo de transferencia varía con el microorganismo, debiendo considerarse el

medio adecuado para cada especie. Una vez desarrollados los cultivos se mantienen a 4 °C durante

lapsos que oscilan entre 15 días y 2 meses. Los inconvenientes que presenta son varios:

a) incremento de la posibilidad de mutación con cada transferencia, con pérdida de las características

del organismo;

b) riesgo de contaminación;

c) alteraciones en el medio de cultivo, durante la estadía en frío, en la cual se produce una desecación

gradual del mismo.

Page 29: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

2. Mantenimiento o conservación de los cultivos

Principales Métodos de Conservación Microbiana Industrial

b) Mantenimiento bajo capa de aceite

Es una técnica simple y efectiva para prolongar

la conservación de muchos organismos y

consiste en cubrir completamente el cultivo

después de su desarrollo en medio sólido, con

una capa de aceite mineral o vaselina estéril.

Los cultivos en esta forma se pueden

conservar a temperatura ambiente o aún mejor

en heladera por períodos de varios años.

Algunos autores sostienen que en estas

condiciones los microorganismos pueden

continuar reproduciéndose, con posibilidades

de aparición de mutantes; sin embargo se

acepta que estas alteraciones no se observan

hasta los tres años de mantenimiento.

Page 30: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

2. Mantenimiento o conservación de los cultivos

Principales Métodos de Conservación Microbiana Industrial

c) Congelación

Debido a que la actividad metabólica de una célula se

reduce considerable-mente por mantenimiento a muy baja

temperatura.

Métodos: Nitrógeno líquido (-196 °C), Refrigeración (4 °C),

etc.

La técnica involucra el crecimiento del cultivo hasta la fase

estacionaria, ya que en general en esta etapa las células

son más resistentes a los daños por congelación y

descongelación, que las de fase exponencial.

También es aconsejable utilizar una densidad celular

elevada en la congelación, debido a que, cuando parte de

las células se lisan se liberarían sustancias crioprotectoras

que aumentarían el porcentaje de células sobrevivientes.

Page 31: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

2. Mantenimiento o conservación de los cultivos

Principales Métodos de Conservación Microbiana Industrial

d) Cultivos en tierra

La tierra estéril puede ser inoculada con un

cultivo e incubada varios días para inducir

esporulación de bacilos aerobios y anaerobios.

Una vez que la misma se manifiesta, la tierra es

secada (desecador) y el cultivo mantenido de

esta forma en una atmósfera seca o en

refrigerador.

El método ha sido utilizado ampliamente con

hongos y Actinomycetes, los cuales han sido

mantenidos en estas condiciones varios años.

También se puede utilizar tierra para la

conservación directa de suspensiones de

esporos.

Page 32: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

2. Mantenimiento o conservación de los cultivos

Principales Métodos de Conservación Microbiana Industrial

e) Preservación en celulosa

El empleo de un soporte de papel para el mantenimiento

de células en condiciones de ausencia de agua es un

procedimiento adecuado y sencillo, para conservar cepas.

La técnica consiste en embeber tiras de papel de filtro

con una suspensión densa de organismos en suero,

glutamato de sodio u otro agente, las mismas son

posteriormente colocadas en tubos para su posterior

secado bajo vacío.

De esta forma se han logrado conservar cepas de

Streptomyces y Salmonella por períodos de hasta 2 años

a temperatura ambiente.

Page 33: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

2. Mantenimiento o conservación de los cultivos

Principales Métodos de Conservación Microbiana Industrial

f) Liofilización

La liofilización está considerada como el método

más adecuado para la preservación de

microorganismos.

La técnica involucra el congelamiento de un

cultivo seguido por un secado bajo vacío, lo cual

resulta en la sublimación de agua de la

suspensión celular.

La ventaja es que la mayoría de los organismos

sobreviven al secado y el cultivo es fácilmente

mantenido aún a temperatura ambiente sin

pérdida significativa de viabilidad.

Page 34: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Factores que regulan el proceso de fermentación

Entre los factores que regulan el proceso de fermentación se encuentran los

factores internos y los factores externos.

Page 35: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Factores externos importantes en las fermentaciones

1. Equipos

Una vez tenemos el medio y conocemos la cinética de la fermentación,

necesitamos el contenedor donde se realizará la fermentación en sí.

Características físicas del fermentador: El biorreactor es todo aquel

recipiente donde tiene lugar un proceso industrial hecho por

microorganismos.

• Relaciones geométricas: Hasta los 3000 litros los fermentadores pueden

ser constituidos uniformemente, pero a partir de aquí las propiedades

físico químicas del fermentador varían a medida que aumenta el volumen.

• Versatilidad: Generalmente no se hacen biorreactores muy optimizados

para unas determinadas condiciones a no ser que se tengan las cosas

muy claras desde el principio.

• Materiales: Los fermentadores de laboratorio pueden ser de cristal o de

acero inoxidable.

Page 36: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Factores externos importantes en las fermentaciones

2. Equipos auxiliares

Aunque la cubeta del biorreactor es el principal foco de interés, una

instalación correcta y eficiente debe considerar una serie de

mecanismos adicionales necesarios para que el sistema funcione:

Sistema de agitación

Sistema de aireación

Sistema similar al agitador

Adición de antiespumantes

Sistemas de control

Sistema de control de temperatura (Termostato)

Sensor pH

Sensor O2

Sensor CO2

Page 37: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Factores externos importantes en las fermentaciones

3. Toma de muestras

Es en cierta manera un sistema de control.

Es un dispositivo que permite coger una muestra de

medio para analizarla en el laboratorio.

Esto implica un riesgo de contaminación, pero es

necesario debido a la necesidad de monitorizar el

proceso.

Ha de impedir siempre la contaminación en ambos

sentidos.

La contaminación hacia dentro se evita, impidiendo

el contacto entre la parte interna del fermentador y la

externa, mientras que la contaminación hacia fuera

se impide mediante sobrepresión

Page 38: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

MATERIAS PRIMAS

Los medios de cultivo usados para hacer crecer los microorganismos

han de tener todos los elementos necesarios en la forma y las

proporciones adecuadas para la síntesis de material celular y la

producción de metabolitos.

En un laboratorio se pueden usar productos químicos, de composición

conocida, para la obtención de medios de cultivo, que son medios

sintéticos.

En microbiología industrial raramente se usan medios óptimos,

equilibrados o definidos, sino que en muchos casos los medios usados

están formados a partir de subproductos de otras industrias.

Serán medios muy variados en su composición, nunca óptimos ni

equilibrados, ni mucho menos definidos. Esto presenta una serie de

consecuencias sobre el desarrollo de los organismos y sobre el control

de la fermentación.

Page 39: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

CARACTERÍSTICAS DE LOS MEDIOS DE CULTIVOS Un medio de cultivo óptimo y más o menos equilibrado es obligatorio para

conseguir la máxima producción. Los medios de cultivo industriales pueden

optimizarse usando métodos estadísticos, mediante programas diseñados con

ordenador. En caso de ser necesario pueden añadirse suplementos de elementos

críticos ausentes o insuficientes en el medio.

Control de calidad. Los medios se diseñan para conseguir la máxima producción.

En todos los casos, los nuevos sustratos han de ser evaluados precisamente

antes de iniciar la producción industrial, mediante fermentaciones prueba.

Represión por el catabolito. Consiste en la represión de la síntesis de

determinadas proteínas como consecuencia de la presencia de una determinada

fuente de carbono y energía, como puede ser la glucosa. La represión por el

catabolito o por el producto puede eliminarse optimizando los nutrientes en el

medio, de manera que no haya glucosa, por ejemplo o por gestión adecuada del

fermentador, de manera que se añada la glucosa poco a poco al medio. Si no

funcionase esta aproximación, deberían usarse cepas mutantes desreguladas

para la producción.

Page 40: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Sustratos usados como fuente de Carbono y de Nitrógeno

Melazas.

Extracto de malta.

Almidón y dextrinas. Pueden ser metabolizados directamente por los

organismos productores de amilasas. El almidón ha adquirido importancia en la

producción de etanol.

Líquidos sulfíticos de las papeleras. Se trata de productos residuales que

contienen azúcar de la industria del papel. Los líquidos sulfíticos de coníferas

contiene entre el 2 y 3 % de azúcares, de los cuales el 80 % son hexosas y el

resto pentosas. En el caso de los árboles de hoja caduca, el contenido es

principalmente de pentosas.

Celulosa. Debido a su gran disponibilidad y bajo coste, la celulosa está siendo

utilizada como sustrato de fermentación. Proviene de la paja, restos de mazorcas,

turba, papel,etc. A menudo no puede ser utilizada directamente como fuente de

carbono, por lo que se deberá hidrolizar en primer lugar, ya sea química o

enzimáticamente, dando el jarabe de glucosa, que se usa en la producción de

etanol, butanol, acetona e isopropanol.

Page 41: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Fuentes de Carbono y energía diferentes de los

carbohidratos

Aceites vegetales, como aceite de soja, de algodón o de palmera.

Son usados como ingredientes secundarios, cuando se usa ya una

fuente de carbohidratos como principal aporte de energía.

Etanol. Es el producto de la fermentación del almidón sacarificado

o de la celulosa y puede ser usado como única fuente de carbono

o como fuente complementaria para muchos organismos.

Alcanos. Alcanos de 12 a 18 C son rápidamente metabolizados

por muchos microorganismos. Estos alcanos son residuos del

refinado del petróleo y su uso como alternativa a los carbohidratos

depende de su precio.

Page 42: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Fuentes de nitrógeno

NH4+, sales, urea o NH4

+ gaseoso.

Líquido de maceración del maíz. Se trata de un subproducto de la

producción de almidón a partir del maíz.

Extracto de levaduras. Es un sustrato excelente para muchos

microorganismos. Se produce a partir de levaduras de panificación,

induciendo su autólisis a 50 – 55º C, etc. Contiene aminoácidos,

péptidos, vitaminas solubles en agua y carbohidratos.

Peptonas. Se trata de hidrolizados de proteínas, de manera que

contendrá aminoácidos y péptidos. Las peptonas pueden tener dos

orígenes.

o Proteínas animales. Caseína, gelatina, queratina.

o Proteínas vegetales. Semillas de cacahuete, harina de soja, semillas

de algodón y girasol. Todo esto aún retiene mucho nitrógeno, aun

siendo subproductos de otras industrias.

Page 43: Presentación de PowerPoint - app.ute.edu.ec 8.pdf · todo automatizado . Desventajas: ... Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan

Dada los siguientes gráficos. Identifica a qué gráfica pertenece cada uno de los

siguientes enunciados.

A

B

a) ____ Se produce principalmente en la trofofase.

b) ____Generalmente se producen como mezclas de

productos muy relacionados químicamente entre sí.

c) ____ No son necesarios para el crecimiento del

microorganismo que los produce.

d) ____ La producción puede perderse fácilmente por

mutación espontánea.

e) ____ Pueden ser intermediarios o productos finales de

vías metabólicas esenciales para el crecimiento.

f) ____ Se producen en el curso de las reacciones

metabólicas anabólicas o catabólicas que tiene lugar

durante las fases decrecimiento y que contribuyen a la

producción de biomasa o energía por las células.

g) ____ Normalmente se producen en gran abundancia en

la fase logarítmica.