Apuntes de Fermentacion

8/15/2019 Apuntes de Fermentacion

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Segundo parcial biotecnología

Biorreactores: contenedor o recipiente con condiciones optas donde elbiocatalizador desarrolla un bioproceso. p/e una caja de Petri.

Reacciones bioquímicas diferentes a un bioproceso (se controlan las

condiciones de pH P !o" #.Si es cilindro optimiza la agitaci$n

#odas las pruebas de optimizaci$n se %acen en pruebas piloto para disminuir el&olumen

'edio ambiente controlado: ' ( &olumen de aire o &olumen medio porminuto)

* ltr de aire /* ltro medio+min

#ipoimpolente

,i/dt Hl/dt Hl/,i -i/di Hb/,i -b/dt

#uberíaala beplano

*/ * */0 * */*1

Paleta */ * 2 * */*1H3licemarina

*/ * 2 2 * */*1

#ipso de biorreactores clasi4caci$n.

5orma: tanques tubos otros

5ases: %omog3neos %eterog3neos

#ipo operaci$n: Batc% continuo semicontinuo

6do biocatalizador: suspensi$n inmo&ilizados

,i

-i

,t

Hl

-b

Hb


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Para %ongos es mejor por agitacon %idr7ulica porque si no los micelos sealtoran con las paletas.

Bioreactor de lec%o empaquetado: el empaque sir&e de soporte paramicroorganismos o para inmo&ilizarlos 8 reutilizarlos para el mismo procesoporque al inmo&ilizarlos quedan ad%erido en perlas o mallas9 el aadido de

medio puede %acerse a c%orro o por goteo.

6l biorreactor con lec%o de goteo: solo se adiciona el medio por spra8: ma8or7rea de contacto

Biorreactor para c3lulas inmo&ilizadas: a fuerza utilizado en formas de perlas.

;btenci$n de metabolitos de inter3s.

Bioproscesos:

2 'edios liquidos culti&o sumergido): ma8oría de bioprocesos


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2 'ateriales amil7ceos: granos de cereal papa2 'ateriales celulesicos: pajas 8 cascarilla bagazo caa papel aserrín.2 Preferencia es sacaroideo (melaza) amil7ceos (caa) celul$sicos (jugo

de fruta).

'icroorganismos 8 sustratos empleados:

*. ?e&aduras2 HeFosas: S. cere&isiae s. anamensis s pombe s. fragilis.2 HeFosas 8 pentosas: candida utilis pac%8losen tannop%ilus c.

pseulotropicales torula cremoris.I. Bacterias: cl. #%ermosarcc%aiotitium t%ermobades et%anolicos

z8memona mobilis (mas productor pero genera meanol 8 otrosmetabolitos difíciles de eliminar.

Sac%arom8ces cere&isiae

2 6sf3rica cilíndrica alargada agrupaciones (racimos)2 Puede formar o no pseudomicelo

2 -parencia colonia: cremosa (rosada caf3) brillante u opacos2 5ermentan 8 asimilan: glucosa fructosa sacarosa 8 maltosa pero no

lactosa2 >; >; como fuente de >a2 it (biotina) estimulan el crecimiento 8 producti&idad

'icroorganismo inocula *12I1= cul&ito serie

Producci$n por aeraci$n se agregan ;I 8

produce de *billon cel/ml de IJ2JK %rs.

,e inoculo

Si se tiene una &le maF de *1L1I0=

CMH*I;M2;I I C%2C%I2;H D I C;I

*K1gr


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-l combinar I02M E *


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Se puri4ca por medio de destilaciones fraccionadas para alcanzar %asta *11=(aproF )

6tanol como minimo:


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Contenido azucares:

2 ,ulces K.02


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'ezcla del grano: arroz maíz 8 otros cereales (centeno).

'aceraci$n: (*2%rs) a

J1N se eFtrae 8 actua la diastasa se da la prote$lisis.

- 01NC se da la peptonizacion 8 prote$lisis completa.

,e M1 a M0NC sacari4caci$n

- A12A0NC deFtrinizacion por la alfa2 amilosa del almidon que queda sintransformar.

Contenido del sustrato:

2 'inerales2 itaminas2 -zucares fermetables2 >utrientes para la le&adura2 5-> (free aninonitrogen) o nitratos de a.a dan estabilidad a la espuma

Cocci$n (*.02I%rs

6l mosto obtenido se %ier&e para:

2 Concentrarlo 8 estabilizarlo (I0= a I0NC)2 Gnacti&a enzimas2 Precipita proteínas 8 otras sustancias cuaguladas2 Carameliza el azcar2 6Ftracci$n de sustancias solubles del lpulo (acidos resinas amargor

aceites esenciales laninos).2

2 I2J 1 0 días de fermentaci$n2 6l lpulo da el sabor amargo porque aplica a la cer&eza taninos que dan

amargor 8 astringencia

5ermentaci$n:

2 -leo ,e *02I0NCo 5ermenta desde la super4cieo ,ebe clari4carse 8 embasarse 8 se puede ser&ir

2 ?ager (almacen)o 5ermenta desde el fondoo ,eben madurarse en almacenes de semanas O meses)

10/1/I1*J 8 M /1/*J


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Bebidas alco%olicas destiladas:

2 #equila: del aga&e azul (eber tequilana) denominaci$n de origen.o Proceso de eFtracci$n:

Vima (jima) obtener la pia (centro 8 se obtiene la pia

sola) (inulina)

Hidrolisis: enzim7tica o con calor la coccion puede ser de Iformas en %orno o autocla&e (%a8 menor perdida deliquidos 8 mas r7pido) 8 tmb se realiza un desgarreprensado 8 la&ado para eFtraer los azucares 8 se obtiene elmosto.

5ormulaci$n: se deben ajustar azucares a I021NbriF %a8

dos tipos de tequila el combinado (0*= almenos de aga&e8 el resto de jarabe de maíz o caa. 8 el tequila *11=aga&e.

5ermentaci$n: se controla # normalmente se deja abierto

en cuartos controlados pH

,estilado: se %ace en alambique 8/o columnas fraccionadas -ejamiento: maduraci$n en madera de roble blanco 8

dependiendo del tiempo se tienen los tipos de tequila.• Wo&en: cuando muc%o reposos de * o I semanas no

esta en contacto con barricas plt no tiene color 8 elque tiene color es un tequila jo&en oro (mezcla detequila jo&en con aejo o reposado)

• Reposado: lle&a maduraci$n de I meses a * ao

• -ejo: de * a aos 8 mas de aos es eFtra2aejo

sabe mas a madera 8 tiene mejor calidad• -bocado: se le agregaron aditi&os para enmascarar

colores.2 X%is8: bebida alco%$lica destilada obtenido del msoto fermentado de

malta de cereales 8 su posterior en&ejecimiento.o Procesos:

Cebada (germinaci$n se aade %umo a alta temperatura

(solo el escoces) los dem7s son tostadoso #ipos

6scoces destilaci$n de I O &eces aejamiento aos

cebada Grland3s: destilaci$n &eces aejamiento A aos cebada Canadiense: destilaci$n I2 &eces aejamiento aos

centeno -merinano: es de maíz (0A2A1=)destilaci$n de I2 &eces

aejamiento M2IJ meces.2 Brand8: bebida destilada de &ino . ,ebe ser aejado. Soleras2 Coac: brand8 que se obtiene de u&a blanca (mu8 acida) pro&eniente de

cognac. aejamiento S (&er8 special) (Iaos). S;P (&er8 special oldpale) o reser&a (J aos). >apoleon V; S;P;V (&er8 special superiorold pale eFtra old) M aos.


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• Soleras se toma de la barrica de %asta abajo 8 a

ese se le saca Y 8 se le coloca al de arriba. Q• ,estilado en alambiqeu de doble caldeo que atrapa

ciertos olores 8 sustancias2 @inebra: destilado de cebada sin maltear (se %idrata 8 se genera un gel

con los granos 8 se somete a calentamiento generando la %idrolisis)(necesita mas calaentamiento que la cer&eza) recti4cado con ba8as deenebro (obligatorio astringencia 8 olores frutales) 8 aromatizado concardomono (opcional olores frutales !limonelo 8 pineno" ) noaejamiento

2 oda: bebida alco%$lica destilada de la fermentaci$n de granoscenteno trigo o de plantas ricas en almidon (sin malteado E que elginebra) (se obtiene de agua de manantial ultrapura)

o @el de alimidon D le&adura etanolo ,estilaci$n I2 (o aejamientoo 6specias o eFtractos de frutas. (pero no es comn)

Cereales:

2 Cer&eza2 X%is82 @inebra2 oda

+%acer una tabla con las diferencias entre cada bebida para el eFamen

Polisac7ridos microbianos.

?as gomas que mas se manejan Fantana alginato 8 deFtrana.

Polisac7ridos: macromolecula que en soluci$n acuosa queda !suspendida&iscosa" gel se les conoce como gomas.

2 @omas semisinteticas: gomas naturales modi4cados p/e carbometilcelulasa deri&ados de pectina 8 almidon modi4cado 8 se modi4capregelatilizando.

2 @omas naturales: se obtienen de plantas (goma ar7biga tragacanto). ,ela semilla (algarrobo) algas marinas (agar alginato) microorganismos(polisac7ridos eFtra celulares Fantana deFtrana etc) proteínasanimales (col7geno) prot &egetales (so8a)

?a &entaja de los eFtraidos por microbianos:

fermentadomateado madura

destiladosSinmaltear


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2 Calidad constante independiente a factores clim7ticos o estacionales2 olumen programale2 Tso de recursos reno&ables2 Biodegradable2 'a8or grado de pureza2 'aterias primas faciles de conseguir

2 -mplia di&ersidad.

**/1/*J

,es&entajas: se requiere:

2 'ejorar rendimientos2 ;ptimizaci$n de los procesos de producci$n2 'ejoramiento se cepas2 6mplea sustratos puros2 6mplea fuentes de C mas baratas

2 'ejorar los procesos eFtracti&os

Polímeros microbiando:

?os mas importantes osn los poli3steres (pl7sticos) 8 los polisac7ridos(espesantes)

6structura química Producto TsosPoli3steres PBH 8 otrosPH-6sterpara%idroFibenzoico 8

poli%idroFiFalanoatos

#ermopl7sticosBiodegradables

Gndustrial delempaquetadoSuturasGmplantes

'icrocapsulasPolisac7ridos( deFtranos alginatosFantano gelatinas

@eli4cantesestablizadores deemulsiones espesantessolubilizantes

-limentosCosm3ticaBebidasGndustria teFtil 8 delpapel6Ftracci$n de petr$leo

6n general son eFtracelulares

Remplazan a las gomas naturales eFtraidas de &egetales o algas.

- ma8or parte del mercado corresponde al Fantano (*1111 ton/ao)

?os microorganismos producen gomas por:

*) Requieren polímeros que forman parte de su estructuraI) Reser&a de energía) Para protecci$n del medio ambiente 8 que por lo general se eFcretan al

medio.


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6jemplosZ

'icroorganismos productores de gomas:

Por orden de importancia

- Xantomona campestris (xantana) ftopatogeno de brócolis por

ejemplo- Leuconostoc mesenteroides (dextrano)- Azotobacter vinelandi (alginato microbiano) antes se obtenia de

alginato microbiano2 Beijerincia indicus (indicana)2 Pullularia pollulands (polulana)2 -lcaligenes feacalis (curdlana ) placa dental pegajosa2 -grobacterium (curdlana)

,eFtrano:

'icroorganismos:

2leuconostoc mesenteroides (pulque) el segundo mas importante

?euconostoc deFtranos

?euconostoc lactis

?euconocstoc cremoris

?euconostoc paramesenteroides (el mas productor) pero tiene una bajaestabilidad gen3tica

-cetobacter

Streptococcus responsables de &iscosidad del 8ogurt

Betabacterium

?econostoc oenos: fermentaci$n manolactica

Características de ? jesenteroides

2 @ram D2 Cocobacilos que generalmente cresen en diplococos o en caden2 Son esf3ricos alargadas2 Crecen de 0.0 a M.02 #emperatura de *12ANC (crecen mejor de I121NC2 'ueren a 01NC por 1 min.2 Requieren medios complejos que contengan aa. Q &itaminas (grandes

contenidos en eFtracto de le&adura)2 6l amionoacido limitante es la arginina.2 Crecimiento independiente de la cresente de CH;S fermentables pero

para producci$n de goma se requiere sacarosa2 -erobios facultati&os. -naerobios forman ac. ?7ctico etanol 8 ac ac3tico


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[ue son los deFtranos\

Son %idrocoloides de naturalesa glucosidica que se considera como unpoolisacarido de ,2glucosa unido entre si por enlaces alfa (*2M en su ma8oría


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5actores determinantes en la e4ciencia del proceso:

'ezclado 8 la transferencia de oFigeno.

,eFtrano de uso clínico ?. m. >RR? B20*I 5

Producci$n de forma indirecta:

*) Producci$n de la enzima deFtrasacarasa2 Sacarosa I=2 ?R' =2 5osfato monopotasico .0=2 'ezcla de sales2 P% M.A para producci$n de la enzima.2 Gnoculo de ?. mesenteroides ]ujo de aire .0 '2 #E I0NC2 #EIJ %rs.I) 6liminaci$n de las c3lulas: en estas se eliminan por centrifugaci$n o

4ltraci$n quemando en la soluci$n de encima en forma acti&a. ?a

enzima dura acti&a por 1 dias almacenada a *0NC) Producci$n de deFtrano: en forma similar a la forma directa pero con pH

0.I.

'o. inoculoprocesoseparacion 8 puri4caci$n

Sacarosa deFtrano sacarosa fructosa ac. ?7ctico etanol. metanol porqueprecipita los de menor peso molecular. redisol&er a # M12A1NC deFtranoHC? *> # K*1* O *10NC se mide &iscosidad %asta uqe sea aproFimadamente*1 >a;H metanol pp deFtrano I la&ados mas con metanol. secado por aspercion se empaqueta.

Preparar deFtrano M= disuelto en >aCl .o se descompone como las gelatinas semantiene


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@oma Fantana

2 Polímero de alta &iscosidad2 ,escubierto %ace 01 aos ilinos2 Producto durante el metabolismo secundario Fant%omonas campestris

bajo condiciones aerobicas2 Se producen I1111 ton/ao.2 esta estandarizada por lo que es m7s f7cil de conseguir 8 mas sencillo

de obtener

Propiedades funcionales

2 6stable a altas temperaturas 8 acidez baja2 Su &iscosidad se puede controlar con las temperaturas2 #olera altas temperaturas de >aCl I01g/l2 6stabilidad al congelamiento /descongelamiento2 Compatilidad con otros geles.

2 se usa para aumentar la &ida de anaquel 8a que e&ita que el alimentoabsorba el agua.

6s color amarillo fuerte como si se &iera llema de %ue&o es bacilo gram O

6structura por glucosas beta *2I no lo podemos degradar tiene piru&ato 8manosa (ac manuronico) tiene gran capacidad para atrapar metales. Por lo queno se puede usar de sustituto de plasma sanguíneo

6l m3todo es:

2 'edio: I2J= de %idrato de carbono 8 .*= de fuente de nitr$geno(eFtracto de le&adura peptona >;>HJ o urea) a pH A (RE 1,R/lt

2 6l p' es del polímero depende de la temperatura del culti&o (a ma8or #menor peso molecular)

2 6l calentamiento en estas etapas disminu8e la &iscosidad 8 permite unmanejo mas f7cil.

2 ?a recuperaci$n del producto se %ace upor precipitaci$n con metanol(peso molecular bajo) o isopropanol que tambi3n mata el culti&o. 6lFantano precipitado es luego secado 8 molido.

,iagrama de producci$n de Fantana.

-plicaciones:

a) -limentosa. Salsas 8 postresb. Productos de pani4caci$n 8 pastas ( para e&itar %umedecimiento)c. Productos c7rnicos ( para darle consistencia)d. Helados 8 productos l7cteos (para dar estabilidad a lactios 8

8ogurt dando consistencia)e. Preparado de frutas (f. Productos en pol&og. Bebidas (jugos p/e para dar %omogeneidad)


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b) Gndustrialesa. Pasta de dientes (consistenciab. Cosm3ticosc. Productos de limpieza (aumenta tensi$n super4ciald. ?odos de perforaci$ne. Pinturas a base de agua

f. 6Ftintores de fuego.

56R'6>#-CG;> 6> STS#R-#; S;?G,; (5SS 56S 5'S)

-quella donde microorganismo 8 la formaci$n de producto metabolico seefectua sobre la super4cie de sustrato con baja -

Proceso microbiol$gico que ocurre en materiales solidos que absorben 8contienen agua con o sin nutrientes solubles.

6jemplos: embutidos quesos cacao pan (en descomposici$n)

2 Ttiliza poco &olumen de bioreactor.2 @eneralmente se usan c%arolas con poco &olumen pero muc%a 7rea

super4cial.2 Poca probabilidad de contaminaci$n.2 #iene ma8or tiempo.2 >o es %omog3neo2 ,ifícil de controlar

5ss 5ls'edios simples 'edios complejosbaja - -lta -

'a8or producto con menor &olumende reactor 'uc%o ma8or reactor

'enor consumo de energía A airear #ransferencia g2l

'ezclado 2 DRemosion de calor O poco e4ciente DD'a8or di4cultad de control deproceso

'as f7cil

6stimaci$n biomasa es difícil 'as e4ciente

Cinetica crecimiento difícil 57cil #iempos largos #iempos cortos

elocidad espe4cica de crecimientobaja

-lta

Hongos 8 enzimas Hongos bacterias le&aduras c3lulas&egetales 8 animales enzimas.

ariables de la 5SS

*. #ipo mo


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I. Concentraci


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2 Biocatalisis enzim7tica: lípidos estructurados farmac3uticos.2 entajas: simple ma8or e4ciencia reduce problem7tica de agitaci$n

tratamiento de aguas residuales con muc%a carga organica buenmezclado temperatura uniforme catalizador es regenerable.

2 ,es&entajas: gradientes de temperaturas &ariables poco control detemperaturas.

Biorreactor con agitaci$n mec7nica.

2 #odo en base a proporciones2 Relaci$n altura/di7metro /02 Sisipa calor 8 forma espuma2 -cero inoFidable auslenitico2 Controla p transferencia de masa 8 calor controlados por las rpm2 M11 rpm no daa a tegido celular siempre en un soporte2 -plicaciones:

o Producci$n de metabolitos secundarios de plantas

microorganismos 8 c3lulas animales.

o Propagaci$n de plantas.2 entaja: es mas &ers7til

Biorreactor -ir lift:

2 >o %a8 agitaci$n mec7nica2 Gdealpara culti&o de tejidos celulares2 Control de temperatura ma8or presio eFterno2 'as r7pida agitaci$n masomenos precio interno2 entajas: dao minimo celular ma8or transferencia de masa ma8or

rendimiento bajo consumo energ3tico2 ,es&entajas: poco ]eFibles a cambios de proceso baja regulaci$n entre

contacto celular2 -plicaciones: culti&o celular (ma8or rendimiento) tratamiento de agua(control de espuma poco espacio) proteínas unicelulares le&aduras.


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