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PROCESOS DE FERMENTACINBioprocesoTransformacin biolgicaProceso de fermentacinProceso de fermentacin:

MICROORGANISMOSBacterias, levaduras , hongosMEDIO DE CULTIVOCONDICIONES AMBIENTALESMICROORGANISMOCO2PRODUCTOIntra o extra celularProcesos de fermentacin en alimentos:Naturales o espontneas (fermentacin del cacao, cebada).Inoculadas ( vino, yogurt ).Procesos de fermentacin en medios de cultivo:Produccin de biomasa (protena unicelular, levadura de pan, levadura de cerveza).Obtencin de metabolitos primarios ( alcohol, cidos orgnicos) y secundarios ( enzimas, polisacridos).TIPOS DE FERMENTACIN DE VARIOS MICROORGANISMOS:

Fermentacin etlica:Se transforman los azcares de las uva en etanol, debido a la accin de las levaduras.

Levaduras saccharomyces cerevisiae (principales responsables de la fermentacin alcohlica)

Fermentacin lctica:

INFLUENCIAS DEL MEDIO :

1.- En el crecimiento celular.2.- En la fisiologa y morfologa de los microorganismos.

1.- INFLUENCIA DEL MEDIO EN EL CRECIMIENTO CELULAR.Los microorganismos necesitan:

CarbonoNitrgenoMineralesFactores de crecimientoAguaOxgeno(aerobios)MicroorganismosBiomasaBiosntesis y mantenimiento celularCondiciones medioambientales:pH, Temperatura...2.- INFLUENCIA DEL MEDIO EN LA FISIOLOGA Y MORFOLOGA DE LOS MICROORGANISMOS.Las condiciones relacionadas con el medio que han demostrado tener influencia en la morfologa :ViscosidadpHCationes divalentesPolmeros aniticosAgentesquelantesPresencia de slidosAgentes tensoactivosMorfologapH:Las hifas del P. Chrysogenum se vuelven ms cortas y gruesas a medida que el pH es ms alcalino, forman grnulos.

CATIONES DIVALENTES: inducen el crecimiento en forma de grnulos, sus efectos pueden contrarrestarse con AGENTES QUELANTES.La presencia de cationes influye en la floculacin de las levaduras (importante en su sedimentacin y eliminacin en la produccin de bebidas alcohlicas no destiladas).El manganeso afecta a la composicin celular de la pared celular .AGENTES TENSOACTIVOS: Algunos aumentan la velocidad de secreccin de los enzimas microbianos extracelular.NITRGENO: niveles bajos inducen la formacin de esporas.AMINOCIDOS: niveles elevados inhiben la formacin de esporas.CONTROL DEL PROCESO:VARIABLES.1.-pH2.-ESPUMA3.-OXGENO4.-TEMPERATURA5.-REGULACIN DE LA FORMACIN DE PRODUCTO.1.-pH:

Control necesario para el desarrollo celular y formacin de producto.Control de forma indirecta o de forma directa:Directamente (Aadiendo agentes tamponantes):Fosfato inorgnico pH entre 6.0 y 7.5.cidos orgnicos pH bajos.Carbonato clcico frente a la produccin de cidos.Hidroxisales, amoniaco, cidos sulfrico y clorhdrico.Indirectamente ( mediante un balance equitativo entre las fuentes de carbohidrato y nitrgeno).Los carbohidratos bajan el pH (formacin de cidos orgnicos).Asimilacin del nitrato alcalinidad.DESVENTAJAS: Efectos represivos sobre la formacin del producto.2.- ESPUMA:ORIGEN: Desnaturalizacin de las protenas en la interfase gas- lquido.PROBLEMAS: Ascender hasta ocupar totalmente la cabeza del fermentador. Evacuar parte del contenido del aparato por la salida del aire.SOLUCIN: Antiespumantes ( agentes tensoactivos que reducen la tensin superficial de las espumas hasta dispersarlas ). Rompedores mecnicos.

ANTIESPUMANTES:Eficacia (Depende de las condiciones de fermentacin):Composicin del medio, cepas microbianas, etapa de crecimiento, configuracin de las vas de aireacin y del fermentador.Seleccin y cantidad del antiespumante:Procedimientos de ensayo y error.Uso de soportes(aceites orgnicos y minerales)Cantidad de antiespumante mnima ( afecta a la velocidad de transferencia de oxgeno hasta u 50%)No deben ser txicos ni peligrosos, esterilizables por el calor y baratos.3.- OXGENO.Requerimientos en procesos aerobios.Influencia sobre los procesos metablicos.Velocidad de absorcin especfica de oxgeno concentracin de oxgeno disueltoAntioxidantes como proteccin del producto.4.-TEMPERATURA:

Temperatura ptima para la produccin celular o de metabolitos.Uso de termostatos5.-REGULACIN DE LA FORMACIN DEL PRODUCTO.PERCUSORESINDUCTORESincorporarse al medio el inductor especficomediante adiciones continuas o discontinuasINHIBIDORES:minimizar la formacin de otros intermedios metablicos.Prevenir el metabolismo posterior al producto deseadoEjemplos:Fuente de N utilizable rpidamente inhibe la produccin de algunos antibiticos.El cido fenilactico es el ppal percusor en la produccin de bencilpenicilina por fermentacin.

Preparacin del sustrato.OBJETIVOS:Evitar el desarrollo de patgenos y alterantes para prolongar la vida del alimento.Favorecer el desarrollo de los microorganismos deseados.Hacer accesible el sustrato a los microorganismos que deben llevar a cabo la transformacin.Mejorar la textura, el aroma o el sabor del producto final.EJEMPLOS:Adicin de protenas durante la fabricacin del yogurt.Prensado de la uva( se favorece el acceso al sustrato).Medios de fermentacin microbianaCARBOHIDRATOS:ALMIDN: es el ms importante actualmente .En forma de granos o raices, enteros o molidos, de plantas como el maz, arroz, trigo , patatas y mandioc como almidn purificado, modificado o como dextrinas.CELULOSA: Presente en la madera combinado con la hemicelulosa y la lignina en forma de lignocelulosaLa lignina hace a la celulosa resistente al ataque microbiano No son rentables los mtodos qumicos y enzimticos que convierten la lignocelulosa en azcares fermentables. ( Para obtener championes y substrato para producir enzimas celulolticas) SACAROSA:En forma cristalina o en forma bruta como zumos o melazas ( subproducto de la manufactura de azcares LACTOSA: En el suero de la leche ( 4% al 5%).La baja concentracin, , caro su transporte.Solo se utiliza en lugares prximos a la factora de quesos proveedora.GLUCOSA:Se obtiene a partir de la conversin enzimtica directa del almidn.Glucosa refinada, en forma de jarabe o cristalina para productos de mayor valor.ACEITES VEGETALES ( de soja, palma y semillas de algodn como complemento delos carbohidratos), METANOL, ETANOL......NITRGENO:Fuentes: amoniaco, nitratos, urea, y el nitrgeno presente en los cereales y races y sus subproductos.Los aminocidos purificados como percusores.SUBSTRATOS COMPLEJOS:Son una fuente barata de carbono, nitrgeno y otros nutrientes.Presentes en plantas enteras y subproductos vegetales, animales y microbianos.Substratos complejos utilizados en los medios de fermentacin microbiana.

Medios de cultivo de clulas animalesSUEROS UTILIZADOS :Suero fetal de ternera como medio de cultivo de clulas de mamfero .INCONVENIENTES: Existencias limitadas y alto precio.Sueros de ternera, ternera recin nacida y caballo.FORMAS DE UTILIZAR LOS SUEROS:Suero entre un 5-10% del volumen del medio de cultivo, puede reducirse al 1-2%.Medios de cultivo de clulas animalesFUNCIONES DEL SUERO EN LOS MEDIOS DE CULTIVO.Proporciona hormonas y factores de crecimiento necesarios para la funcin celular.Suministra los factores necesarios para la unin al soporte.Acta como agente tamponante.Se une e inactiva o secuestra compuestos txicos.Contienen protenas ligadoras que estabilizan y/o transportan nutrientes y hormonas a la clula.Suministra nutrientes para el metabolismo de la clula.Contiene inhibidores de proteasas.Contiene elementos traza ( Selenio..)Medios de cultivo de clulas vegetalesCOMPOSICIN QUMICA DE LOS MEDIOS DE CULTIVO DE CLULAS VEGETALES:Fuente de carbono orgnico.El ms comn la sacarosa, tambin mono y disacridos como glucosa, fructosa, maltosa y lactosa.Fuente de nitrgeno.Nitratos, a veces tambin sales amnicas.Algunas clulas necesitan nitrgeno orgnico en aminocidos ( positivo en las primeras etapas del crecimiento microbiano).Sales orgnicas.Reguladores del crecimiento.Hormonas vegetales (auxinas, que inducen la divisin celular).Citoquininas ( Regulacin del crecimiento en plantas).Mantenimiento y esterilizacin1.- MANTENIMIENTO DE LOS MEDIOS .El medio de almacenamiento y subcultivo de cepas industriales clave debe ser diseado para:Conserve las caractersticas necesarias que permitan la capacidad de produccin particular.Minimicen la variacin gentica. POR QU UTILIZAR MEDIOS DE MANTENIMIENTO?CEPASMETABOLITOSTXICOSEFECTOS DESESTABILIZANTES2.- ESTERILIZACIN DE CULTIVOS.OBJETIVOS:Evitar el desarrollo de microorganismos patgenos.Evitar el desarrollo de microorganismos alterantes.Incrementar la reproducibilidad del proceso (rendimiento, pureza y tiempo de produccin).MTODOS DE ESTERILIZACIN:Calor hmedo (autoclave o chorro de vapor).Calor secoRadiacin ( Rayos X ,UV)Esterilizacin qumica con lquidos o gases.Filtracin (filtros de superficie o de profundidad).Nuevos mtodos ( altas presiones, campos elctricos)DONDE SE CONTROLA LA ESTERILIDAD?Mantener la pureza del inculo.Esterilizar el medio de cultivo y los aditivos.Esterilizar el material en contacto con el medio ( recipiente, fermentador, vlvulas y conductos)Esterilizar los gases entrantes y salientes.Manterner las condiciones aspticas durante la manipulacin.Contruccin apropiada del biorreactor para su esterilizacin y para la prevencin durante la fermentacin.

TIPOS DE ESTERILIZACIN

Sistemas de FermentacinSon formas diferentes de cultivo de microorganismos con el fin de obtener un rendimiento deseadoLa velocidad o la calidad del producto son los objetivos del estudio de la cintica del crecimiento

QuimiostatoEsquema del fermentador

QuimiostatoLa rapidez de crecimiento depende del tipo de nutriente limitanteCarbonoNitrgenoFsforoVitaminaLos dems nutrientes esenciales estn presentes en exceso.TurbidostatoEl producto no se saca del reactorTenemos un circuito de reflujo, que acoge el producto cuando hay exceso, de ese modo se mantiene constante la velocidadLa cantidad de producto que hay en el reflujo, determina la cantidad de medio que se aade al biorreactor

TurbidostatoEsquema del turbidostato

Productos de fermentacinMetanoNucletidos Polisacridos Promotores crecimientoProtena unicelularAcidos orgnicosAlcoholes y solventes Amino cidos AntibiticosAlimentos fermentadosBiofrmacosEnzimasEsteroides modificadosInsecticidas biolgicosVacunasVitaminasOtrosVariablesdeoperacinControl de temperaturaControl de pHAgitacinAireacinDiseo del equipoModalidad de operacinMedio de cultivoTipodefermentadoresTanque agitadoColumnaTubularModalidadesdecultivoDiscontinuoNutriente limitanteSin control sobre LOTEF, S0ContinuoNutriente limitanteControl sobre QUIMIOSTATOFS XF,DiscontinuoNutriente limitanteControl sobre SFLOTE ALIMENTADOCondiciones defermentacinMedio de cultivoDemanda de nutrientesTransferenciadeO2calorDemanda de O2Calor de fermentacinTransferenciadeESTERILIDADGRACIASPORSUATENCION!!!!!Hoja1FermentacinProductosOrganismosAlcohlicaEtanol + CO2Levadura(Sccharomyces)cido lcticoc. lcticoBacterias del cido lcticocido mixtoc. lctico,actico,etanol, CO2, H2Bacterias entricas(Escherichia, salmonella)butanediolButanediol, c. lctico, actico, etanol, CO2, H2Bacterias entricas(Aerobacter, Serratia)cido buriticoc. burtico, actico, CO2, H2Clostridios(Clostridium butyricum)Acetona- butanolAcetona, butanol, etanolClostridios(Clostridium acetobutylicum)cido propinicoc. propinicoLevadura(Sccharomyces)

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Hoja1FUENTEINGREDIENTESPROT.CARBOH.GRASAFIBRACENIZACereales enterosCebada11.568.01.87.02.5Cebada malteada13.070.02.03.52.5Maiz9.969.24.42.31.3Avena12.054.04.512.04.0Arroz13.065.02.010.04.5Trigo8.269.01.92.61.8Subpr.derv. plantasMelazas3.054.00.49.0Pulpa de remolacha8.959.10.618.33.1Pulpa de agrios (seca)6.062.73.413.06.9Harina de germen de maiz22.653.21.99.53.3Salvado de arroz13.045.013.014.016.0Harina integral de soja42.029.94.06.06.5Subp. deriv.animalesSangre80.02.51.01.03.0Harina de pescado72.07.51.0Harina de hueso50.00.08.03.331.0Subp deriv microorganismosHidrolizado de levaduras52.50.01.510.0

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Hoja1ESTERILIZACIN DISCONTINUAESTERILIZACIN CONTINUAT 121C20-30 segundos a 90-120 CTiempos de esterilizacin mayores(2-3h)30-120 segundos a 140C20-30 segundos refrigeracinCalentamiento por inyeccin de vaporCalentamiento por inyeccin de vaporo intercambiadores de caloro intercambiadores de calorAlto consumo de energa.Formacin de sales insolublesAlteracin y destruccin de nutrientes.Tamao de la partcula restringida a 1-2 mm

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