Conferencia sobre fermentaciones

1. Fermentación:
una visión industrial
Alejandro López García
Técnico Área Biológica en Ercros S.A.

2. Biotecnología
“Toda aplicación tecnológica que utiliza sistemas
biológicos y organismos vivos o sus derivados para la
creación o modificación de productos o procesos para
usos específicos”
Levaduras
Bacterias

3. “Proceso bioquímico por el que una sustancia orgánica se
transforma en otra más sencilla, llevado a cabo por
microorganismos sin presencia de oxígeno”
Fermentación
• Fermentación metabólica:
“El término fermentación se utiliza para describir los procesos
de cultivo de microorganismos con propósitos industriales”
• Fermentación industrial:

4. “Proceso bioquímico por el que una sustancia orgánica se
transforma en otra más sencilla, llevado a cabo por
microorganismos sin presencia de oxígeno”
Fermentación
• Fermentación metabólica:
Azúcar
Saccharomyces
Lactobacillus
Microorganismo
Etanol + CO2
Ácido láctico
Alcohólica
Láctica
Producto fermentado

5. Metabolismo Fermentativo vs Respiratorio
Ácido pirúvico
Etanol + Co2
Ácido láctico
Ácido acético
Ácido propiónico + CO2
Condiciones Anaeróbicas Condiciones Aeróbicas
Ciclo de Krebs
Cadena respiratoria
36-38 ATP Energía2 ATP Energía
Glucosa
Fermentación RespiraciónGlucólisis

6. Ventajas de la Fermentación
 Preservación de los alimentos por la producción
de etanol, ácido láctico, ácido acético, etc.
 Enriquecimiento de la dieta a través del desarrollo de
una diversidad de sabores, aromas y texturas en los
substratos de los alimentos.
 Enriquecimiento nutritivo de substratos alimenticios
con proteínas, aminoácidos esenciales, ácidos grasos
y vitaminas.

7. “Proceso bioquímico por el que una sustancia orgánica se
transforma en otra más sencilla llevado a cabo por
microorganismos sin presencia de oxígeno”
Fermentación
• Fermentación metabólica:
“El término fermentación se utiliza para describir los procesos
de cultivo de microorganismos con propósitos industriales”
• Fermentación industrial:

8. Fermentación industrial
 Productos industriales de interés:
 Células propiamente dichas (biomasa)
 Sustancias producidas por las células:
Alimentos y bebidas Fármacos Enzimas
Levadura de panadería
Por inoculación: Producción de metabolitos:
Aditivos

9. Fermentación industrial
¿Cómo se fabrican?
¿Cómo se realiza la fermentación?
1. Cepa y medio de cultivo
2. Cultivo en el fermentador
3. Extracción del producto fermentado

10. La cepa industrial
 Requisitos del microorganismo industrial:
 Producir la sustancia de interés
 Conservarse en cultivo puro
 Genéticamente estable
 Capacidad de desarrollarse a gran escala
 Rápido crecimiento y fabricación del producto
 Menor riesgo de contaminaciones
 Menor gasto energético
 Susceptible de manipulación genética
 Utilización de medio de cultivo barato y abundante

11. La cepa industrial
 El microorganismo NO debe :
 Ser peligroso para el hombre,
animales ni plantas
 Liberar toxinas, o si lo hacen ser
capaces de eliminarlas fácilmente

12. Medio de cultivo industrial
 Requisitos del medio de cultivo:
 Contener los elementos necesarios para la
síntesis celular y formación del producto
 Fácil disposición y en cantidades abundantes
 Bajos costes de transporte
 Económicamente rentable
 Optimizado para la máxima producción
 Permita la recuperación del producto

13. Suelen utilizarse subproductos nutritivos que provienen
de otras industrias:
 Melazas con alto contenido en azúcares
 Industria azucarera
 Desechos ricos en nitrógeno y factores de crecimiento
 Industria del maíz
 Sueros de leche ricos en lactosa y minerales
 Industria láctea
Medio de cultivo industrial

14.  Caldo de cultivo:
 Sustrato líquido que contiene todos los nutrientes necesarios
para el crecimiento y desarrollo de la cepa
 Económicamente rentable
 Máxima producción
Medio de cultivo industrial
Cepa
Carbono
Nitrógeno
Fósforo
Minerales
Factores de crecimiento
Agua
Oxígeno (aeróbios)
Biomasa celular
Formación del producto
Condiciones de cultivo

15. Fermentador
 Necesario para controlar las condiciones del cultivo

16. Fermentador industrial
• Depósito de acero inoxidable
• Sistema de control
• Temperatura
• pH
• Concentración de O2
• Presión
• Adicción de nutrientes
• Análisis del producto

17. Procesos industriales
 Sector alimenticio
 Elaboración del vino tipo Fino
 Producción de biomasa de levadura panadera
 Elaboración de cerveza artesanal
 Sector farmacéutico
 Producción de antibióticos
 Sector energético/medioambiente
 Producción de bioetanol como biocombustible

18. Elaboración de vino tipo Fino
Mosto de primera yema
Mosto de segunda yema
Mosto de prensas
Mosto
fermentado
12° alc.
15.5° alc.
Mosto fermentado
Fermentación
Saccharomyces cerevisiae
Pie de cuba
Alcohol de prensas
Encabezado
Crianza biológica
Prensado

19. Crianza biológica
 Sistema estático
 Sistema dinámico
Sobretablas
Criaderas y soleras
Crianza bajo velo de flor
Solera
1ª Criadera
2ª Criadera
Criaderas

20. Crianza biológica
 Levaduras de velo de flor
 Forman el velo de flor
 Autóctonas de la bodega
 Toleran 15.5º alc.
Crianza bajo velo de flor

21.  Sistema estático
 Sistema dinámico
Sobretablas
Criaderas y soleras
Solera
1ª Criadera
2ª Criadera
Criaderas
Crianza biológica
Saca
Rocío
Saca
Saca
Rocío
Rocío
Crianza bajo velo de flor

22. Crianza biológica
 Levaduras de velo de flor
 Forman el velo de flor
 Autóctonas de la bodega
 Toleran 15.5º alc.
 Consumen compuestos
del mosto fermentado:
 Etanol
 Glicerol
 Ácido acético
 Aminoácidos
 Producen compuestos
aromáticos:
 Acetaldehído
 Sotolón
Crianza bajo velo de flor

23. Producción de levadura panadera
Pan
Harina Agua
Sal Levadura

24. Producción de levadura panadera
Melazas
Controlar:
- Entrada de nutrientes
- Temperatura
- Aireación
30.000 kg
Cultivos
discontinuos
Cultivo
semicontinuoMonitorizar:
- Producción de etanol
Subproducto de la
industria azucarera
106
células
100 g
Laboratorio
400 kgEscalado
Fábrica
Metabolismo
respiratorio
30 m3
150 m3
LavadoEmpaquetado

25. Producción de cerveza artesanal
Cerveza
Malta Agua
Lúpulo
Levadura

26. 1 hora
100 ºC
Producción de cerveza artesanal
Maceración
- Grano molido
- Agua
2 semanas
10-26 ºC
Cocción
Filtrado - Malta
- Lúpulo
- Condimentos
EnfriamientoFermentación
- Mosto
- Levadura Clarificación
Carbonatación
Embotellado
1 hora
67 ºC

27. Producción de antibióticos
 Son producidos por bacterias y hongos.
 Los antibióticos sólo son efectivos en las
enfermedades bacterianas.
 El primer antibiótico que se descubrió fue la penicilina,
gracias a Alexander Fleming en 1928.
 La penicilina se obtiene del hongo:
 Penicillium notatum.
División Farmacia

28. Producción de antibióticos
TIPOS DE ANTIBIÓTICOS
Se pueden clasificar según su estructura química:
➢ β-LACTÁMICOS
• Penicilinas : Bencilpenicilina (Penicillium chrysogenum)
• Clavamas : Acido clavulanico (Streptomyces clavuligerus)
• Cefalosporinas : 3ª generacion.cefotaxina (Acremonium-Cephalosporium)
• Monobactamas : Aztreonam (Chromobacterium violaceum)
• Carbapenemas : Imipenem (Streptomyces cattleya)
➢ MACRÓLIDOS: Eritromicina (Streptomyces erythreus)
➢ AMINOGLICÓSIDOS: Estreptomicina (Streptomyces griseus)
➢ TETRACICLINAS: Doxiciclina (Streptomyces)
➢ POLIPEPTÍDICOS: Bacitracina (Bacillus subtilis); polimixina B (Bacillus polymixa)
➢ POLIENOS: Nistatina (Streptomyces noursei)
Anfotericina B (Streptomyces nodosus)
➢ OTROS: Ácido fusídico (Fusidium coccineum)

29. Producción de antibióticos
Caldo de cultivo
Cultivos
discontinuos
Escalado
Planta de Fermentación
15 m3
Cultivo
semicontinuo
Metabolismo
respiratorio
120 m3
Extracción
Cepa seleccionada
Laboratorio
Primeros inóculos
Controlar:
- Parámetros
- Entrada de nutrientes
- Asepsia
- Producción del antibiótico

30. Producción de antibióticos
Extracción
Antibiótico
Recepción del caldo
Separación
Filtración
Centrifugación
Floculación
Decantación
Purificación
Micelio del
hongo
Tratamiento con
solventes
Envasado
Garantizar la calidad
del producto:
- Cumplimiento de Normas
- Limpieza de equipos
- Gestión de residuos
Líquidos
Producto

31. Muchas gracias

32. Producción de bioetanol
Biomasa rica en azúcares
Azucareras Maíz Restos vegetales
Caldo de cultivo fermentable
Tratamiento
Glucosa Etanol
Levaduras
Fermentación
ProcesadoDestilación
Celulosa
Hemicelulosa
Lignina
Hidrólisis
enzimática

33. Producción de bioetanol
Restos vegetales
Lignina
Celulosa
Hemicelulosa
Pretratamiento
Cóctel de
enzimas
Hidrólisis
enzimática
Fermentación
Hongos filamentosos