2. Los procesos fermentativos y la industria
• Los primeros procesos fermentativos fueron la producción de
vinos y cervezas.
• En el siglo XX se produjeron por esta vía otras sustancias como
acetona, butanol, etanol, ácido cítrico, antibióticos, etc.
• Actualmente se utiliza tanto en la producción de alimentos,
aditivos, químicos, medicamentos, así como en el tratamiento
ambiental.
3. Procesos fermentativos
• Se usa en biotecnología para referirse a cualquier proceso
microbiano realizado a gran escala, sea éste una fermentación
o no.
• Y el término fermentador se usa como sinónimo de biorreactor,
refiriéndose al recipiente donde ocurre el proceso.
4. Objetivos de las fermentaciones o
bioprocesos
Generar la multiplicación de los microorganismos.
Obtener productos microbianos como ser: antibióticos,
aditivos, alcohol, enzimas.
Convertir unas sustancias en otras por acción de
microorganismos o de enzimas.
Transformar un contaminante en alguna sustancia fácilmente
degradable.
5. etapas
1 Elección del agente biológico adecuado (microorganismos, enzimas)
2 Transformación de la materia prima (en condiciones que pueden
exigir esterilización, aireación, controles de pH y temperatura).
3 Separación y purificación del producto final.
También las células animales y vegetales pueden cultivarse en gran
escala, a través de técnicas de cultivos.
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7. Los microorganismos industriales
• Nociones sobre metabolismo
Metabolismo es el conjunto de reacciones químicas de
degradación (catabolismo) y de síntesis (anabolismo). Las
primera liberan energía, las otras la consumen.
Una parte de la energía liberada se almacena en forma de ATP
y el resto es disipado como calor.
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9. • Las principales vías catabólicas son:
La respiración que requiere oxígeno
La fermentación que actúa en ausencia de oxígeno que
puede ser alcohólica o láctica entre otras.
Otras vías importantes son:
La glucólisis
El Ciclo de krebs
La fosforilación oxidativa.
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11. • Por ejemplo a través de la reducción del piruvato, mediante
FERMENTACIÓN varios microorganismos generan otras
sustancias posteriormente como acetona, butanol, etanol,
glicerol, ácidos láctico, acético, etc.
12. Metabolismo primario y secundario
• Tenemos metabolitos primarios que se relacionan con el
crecimiento de los microorganismos y la transformación de los
nutrientes en biomasa. Ejs. Etanol, aminoácidos, ácido láctico,
ácido cítrico y otros.
• En cambio los metabolitos secundarios no son necesarios para
el metabolismo microbiano, pero permiten la supervivencia en
ambientes extremos o competitivos, ejemplos antibióticos,
alcaloides, pigmentos, enzimas, toxinas.
13. Multiplicación de los microorganismos
• Los microorganismos se multiplican en un medio con una
cantidad limitada de nutrientes, dicha población pasará
por distintas fases:
1 Fase de latencia o lag (adaptación)
2 Fase logarítmica o log (crecimientoexponencial)
3 Fase estacionaria
4 Fase de declinación o muerte
14.
15. Para desarrollar un bioproceso se deberá elegir
al microorganismo en función de sus vías
metabólicas y las condiciones del cultivo
dependen del producto deseado (metabolito
primario o secundario)
16. Las cepas industriales
• Para que el cultivo en un fermentador resulte viable, el
microorganismo debe ser capaz de multiplicarse rápidamente,
sintetizando una gran cantidad de productos a partir de materia
prima barata.
• Las cepas industriales difieren de las originales en que han sido
alteradas genéticamente (mutaciones, recombinaciones), para
aumentar al máximo la síntesis del producto deseado y evitar
sustancias indeseables o innecesarias.
• Éstas además no deben ser patógenas ni producir toxinas.
• Las medidas de seguridad deben ser muy estrictas, tanto para la
producción de medicamentos y vacunas como cosméticos e
ingredientes alimentarios.
17. SELECCIÓN DE LA MATERIA PRIMA
• El medio de cultivo depende de las necesidades metabólicas
del microorganismo elegido, debe contener nutrientes en
concentraciones adecuadas, incluyen: agua, una fuente de
energía y de carbono, nitrógeno, sustancias inorgánicas, sales,
minerales, etc.
• Si el proceso es enzimático, deberá llevar además el sustrato
adecuado, necesarios para que la enzima ejerza su actividad
catalítica.
18. FERMENTADORES:
LOS PROCESOS TRADICIONALES
• Se realizan en residuos agroindustriales o forestales como grano,
pajas, bagazo, aserrín. Este tipo de fermentación en medio sólido
humedecido se utiliza en la producción de alimentos, ejemplo el
levado de la masa del pan, la maduración de quesos, cultivo de
hongos, fermentaciones del cacao, café, té.
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20. PROCESOS SUMERGIDOS
• Éstos deben adecuarse al objetivo del proceso, tomando en
cuenta la esterilización, aireación y homogenización, agregado
de nutrientes, aditivos antiespuma, mantenimiento del pH.
• Los modelos de fermentadores más utilizados son los que
cuentan con aireación y agitación mecánica, lo que facilita la
distribución de los nutrientes, pero genera calor que debe ser
eliminado mediante la circulación de agua fría.
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22. • Los sistemas sumergidos son apropiados para el cultivo de
microorganismos libres, pero resultan poco económicos si se
trabajo con células o enzimas, que pueden ser inmovilizadas en
fermentadores más pequeños.
• Además de simplificar la purificación del producto, la
inmovilización del producto posibilita la reutilización de la célula
o enzimas, que permanecen dentro del biorreactor.
23. EL CAMBIO DE ESCALA
• La capacidad de una cuba oscila entre 1 y 10 litros
para un fermentador de laboratorio, alcanza 5.000
litros en una planta piloto y 100.000 litros en una
planta industrial.
24. LA OPERACIÓN DEL PROCESO
• Puede realizarse de forma continua o discontinua con ventajas
e inconvenientes:
A)En un sistema discontinuo, una vez cargado el fermentador
con la materia prima y el inóculo, la fermentación prosigue
hasta agotarse el nutriente.
Una vez concluido se extrae el producto y se vacía, limpia y
esteriliza antes de ser cargado nuevamente.
Con un riesgo de contaminación relativamente bajo es más
utilizado en la industria farmacéutica.
25. B)En cambio en los continuo, la adición de
nutrientes y separación del producto ocurren
continuamente a lo largo del proceso,
eliminándose casi totalmente el tiempo
improductivo.
Aunque el riesgo de contaminación es mayor, el
sistema se adapta a los procesos que no exigen
asepsia, como producción de proteínas
microbianas, alcohol, tratamientos de agua y otros.
26. RECUPERACIÓN DEL PRODUCTO
• Representa un fracción considerable del costo de un proceso
fermentativo. Dependiendo si el producto deseado está dentro
o fuera de la célula:
• Si el producto es secretado fuera de la célula, estará disperso
en un volumen grande de agua, separándose por decantación o
filtración.
• Pero si el producto esta dentro de la célula, deberá romperse
para extraerlo.
27. Luego de extraer el producto éste se concentra y/o
purifica:
El producto se concentra por sedimentación,
precipitación, filtración, centrifugación, extracción
con solventes, destilación, evaporación del solvente y
secado.
Si fuera necesario la purificación se aplica otros
procedimientos como la cristalización y la
cromatografía.
Considerar además posible residuos que signifiquen
riesgos para el medio ambiente como la vinaza que
resulta de la producción de alcohol o el suero de las
industrias lácteas.
