Seminarios Bio

7/26/2019 Seminarios Bio

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Universidad Nacional de QuilmesIngeniera en Alimentos

Ctedra: Biorreactores Mg. Anah V. Cuellas

SEMINARIO: SELECCIN DE MICROORGANISMOS PARA PROCESOSFERMENTATIVOS

ECOLOGA Y SELECCIN DE LEVADURAS EN FERMENTACIONES VNICAS

La fermentacin del mosto es un proceso bioqumico muy complejo, en el que intervienene interaccionan levaduras, bacterias y otros microorganismos. Entre todos ellos, laslevaduras son los microorganismos clave en la vinificacin, ya que son los responsables dela fermentacin alcohlica, la principal reaccin en la conversin del mosto en vino.La transformacin de los azcares en etanol es el proceso bsico en la produccin de vino

pero tambin existen otras reacciones secundarias que pueden llegar a ser muy importantes.Su importancia se debe sobretodo a sus aportaciones cualitativas al vino, ya que puedencontribuir favoreciendo (produccin de glicerol, steres, alcoholes superiores, etc.) o

perjudicando (produccin de cido actico, sulfhdrico o acetato de etilo) el producto final.

- Fermentaciones espontneas

Las fermentaciones espontneas son aqullas que se producen de forma natural, es decir,las realizan las levaduras provenientes de la uva y del material de bodega, sin ningn tipode inoculacin externa. Esto hace que las fermentaciones espontneas no sean producto dela accin de una nica especie o cepa de levadura, sino una sucesin de especies y cepas delevaduras diferentes a lo largo de la fermentacin. A pesar de que la fermentacinespontnea es una sucesin de gneros y especies de levaduras, slo unas pocas cepas de S.cerevisiaecontrolan la mayor parte de la fermentacin resultado de una seleccin naturaldurante la fermentacin espontnea.Las levaduras pueden tener su origen en la uva o en la bodega (material que entra encontacto con el mosto).En una uva sana y madura que sea prensada aspticamente, la poblacin de levaduras totalen el mosto puede variar entre 10 3 -10 5 ufc/ml, aunque el nmero de especies diferentes

presentes en la uva ser limitado.La especie mayoritaria en la superficie de la uva es la apiculada Hanseniaspora uvarum ysu forma imperfecta,Kloeckera apiculata, que representan aproximadamente el 50-75% dela poblacin total. Otros gneros significativos son Candida, Pichia, Metschnikowia,

Hansenula yRhodotorula.El origen de Saccharomyces es una cuestin controvertida, ya que existen dos teoras. La

primera defiende que las uvas daadas (por hongos, exceso de agua, pjaros, insectos, etc.)sirven de "depsito" para microorganismos, entre los que se incluye Saccharomycescerevisiae, y que por tanto, estas uvas son la principal fuente de levaduras en lasfermentaciones espontneas. La forma en que estos microorganismos llegan a estas uvas secree que se debe principalmente a los insectos (Mortimer y Polsinelli, 1999).La segunda teora apuesta porque su principal procedencia es el ambiente de bodega(superficies del equipamiento de bodega: bombas, tuberas, depsitos de fermentacin etc.),aunque no descarta una presencia minoritaria de S. cerevisiae en las uvas.Por lo que respecta a la microbiota que se puede encontrar en el ambiente de bodega,tambin se han realizado numerosos estudios. En ellos, se ha visto que la principal especiede bodega es S. cerevisiae. Aunque tambin se han encontrado otras especies

pertenecientes a los gneros Candida, Pichia, Hansenula y Brettanomyces (y su formaperfecta Dekkera).

Tradicionalmente, los mtodos utilizados para la identificacin y caracterizacin deespecies y cepas de levadura se han basado en sus caractersticas morfolgicas, sexuales y


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bioqumicas, pero estas caractersticas estn muy influenciadas por las condiciones delcultivo y pueden dar resultados poco precisos.En los ltimos aos, diversas tcnicas de Biologa Molecular han sido desarrolladas para laidentificacin de especies y cepas de levaduras. La aplicacin de estas tcnicas ha demostradoque hay una amplia diversidad gentica entre las cepas vnicas de S. cerevisiae.

La diversidad, composicin y evolucin de la levaduras presente en el mosto se ha visto quedepende de varios factores como pueden ser:

Localizacin geogrfica y las condiciones climticas (temperatura, lluvias, etc)

Variedad y madurez de la uva, as como la edad de la via

Empleo de funguicidas

Daos fsicos causados a la uva por hongos, insectos o pjaros

Condiciones de vinificacin.Adems, se ha visto que la calidad del vino tambin est claramente afectada por la cepa de S.cerevisiae que lleva a cabo la fermentacinEsta gran diversidad de factores ha originado muchos trabajos en los que se ha analizado ladinmica poblacional de fermentaciones espontneas llevadas a cabo en diferentes campaas enuna misma bodega, en diferentes bodegas de una misma zona o en diferentes regionesvitivincolas.Como dijo Pasteur (1876): "las cualidades del vino dependen en gran parte de la naturalezaespecfica de las levaduras que se desarrollan durante la fermentacin de los mostos.Podemos pensar que si se sometiera a un mismo mosto a la accin de levaduras distintas selograran vinos de distinta naturaleza".

- Utilizacin de inculos comerciales

La necesidad de asegurar la fermentacin y la calidad del producto, ante el hecho de que hay ungran nmero de variables que intervienen en una fermentacin espontnea, ha favorecido que el

uso de las levaduras secas activas (LSA) se haya convertido en una prctica habitual en enologa.La inoculacin con LSA favorece un inicio ms rpido de fermentacin (normalmente se reducela fase de latencia) y un consumo total de los azcares fermentables, reduciendo los posibles

problemas de fermentacin. Adems permite un mayor control microbiolgico, lo que no esposible en fermentaciones espontneas.Asimismo, se ha demostrado quese obtiene un producto de una calidad ms uniforme a lo largo de las diferentes campaas. Estaltima cuestin tiene sus defensores y detractores, ya que se puede obtener mayor repetitividad aexpensas de perder algo de complejidad en el vino final. De hecho, siempre se ha credo que laslevaduras autctonas dan un distintivo de tipicidad y estilo al vino que puede perderse con lainoculacin. De todas maneras, un estudio realizado por Querol et al. (1992) ha demostrado quela rpida imposicin de la levadura seca activa reduce el nmero de cepas de Saccharomyces

autctonas pero no las elimina totalmente durante losprimeros das de fermentacin, con lo que todava pueden tener un importante efecto en el aromay caractersticas del vino.

- Existencia de diversas cepas comerciales

A pesar de que ya haca algunos aos que se inoculaba mediante cultivos frescos mantenidos enlas estaciones enolgicas, no fue hasta mediados de los 60 y como respuesta a las necesidades delas bodegas de California, que se produjeron las primeras levaduras secas. Inicialmente, slo se

produjeron comercialmente 2 cepas de S. cerevisiae (Montrachet y Pasteur Champagne) y stasse utilizaron universalmente como iniciadores en todo tipo de fermentaciones, con un xito


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limitado. Pronto se demostr que estas cepas no eran una solucin universal para lasfermentaciones del mosto y apareci la necesidad de seleccionar cepas mejor adaptadas a lasdiferentes regiones del mundo y sus respectivas variedades de uva. Para la seleccin de cepas esesencial establecer cules son sus propiedades enolgicas.Hay diferentes criterios de seleccin que se pueden dividir en: favorables(tolerancia al etanol,

buen rendimiento en la transformacin de los azcares en etanol, capacidad de crecer en altasconcentraciones de azcar, etc.) y desfavorables (como la produccin de H2S, produccin deespuma o acidez voltil). No obstante, hay algunos aspectos que habitualmente se hanconsiderado propiedades favorables como la degradacin de cido mlico y que se puedenenglobar en un tercer grupo denominado neutros.Adems, utilizando tcnicas de Biologa Molecular (cariotipos, amplificacin de elementos oanlisis de restriccin del ADN mitocondrial) se ha demostrado la existencia de cepas autctonasde S. cerevisiae representativas de una determinada regin, confirmando que las cepas delevaduras estn totalmente adaptadas a determinadas caracterstica climticas y substratos. As,algunos enlogos admiten que pueden obtenerse mejores resultados si se utilizan levadurasseleccionadas procedentes de la microzona donde van a ser utilizadas.

- Criterios de seleccin

Cuando se quiere seleccionar una cepa de S. cerevisiae para utilizarla como iniciador defermentacin y se parte de un nmero elevado de cepas diferentes, se puede aplicar lo que seconoce como seleccin masiva por competencia. Este mtodo de seleccin es similar a lo queocurre en las fermentaciones espontneas, ya que se basa en la propia competencia entre las cepas

por los nutrientes del medio, para elegir aqullas que tengan una mejor capacidad fermentativa.Este criterio, no obstante, puede no ser suficiente, por lo que se hace necesario utilizar otros. Ennuestro caso tambin se emplearon la temperatura de fermentacin, la finalizacin correcta del

proceso y los anlisis organolpticos de los vinos.

- La temperatura de fermentacin

La temperatura a la que se lleva a cabo la fermentacin alcohlica afecta:

al crecimiento de las levaduras y por tanto a la duracin de la fermentacin,

a la contribucin que las diferentes especies de levaduras tienen en la fermentacin y

al metabolismo de las levaduras, que es el que determina la composicin qumica y organolpticadel vino.Entre 15 y 35C se sabe que disminuye la duracin de la fase de latencia y aumenta la velocidadde fermentacin al incrementar la temperatura, aumentando tambin la velocidad de consumo deazcar y nitrgeno. Adems, al modificarse el metabolismo de las levaduras, como ya se hamencionado anteriormente, tambin se vara la composicin del vino final.As, las temperaturas ms elevadas favorecen una mayor produccin de la mayora de los

productos de la fermentacin glicero pirvica a costa de una menor produccin de etanol. Anas, los compuestos cuya formacin est ms influenciada por la temperatura son los alcoholessuperiores, los cidos grasos de cadena corta y sus steres, ya que tienen su mximo de

produccin a los 20C, para progresivamente ir disminuyendo segn aumenta la temperatura.Por tanto, las bajas temperaturas de fermentacin estn justificadas cuando se desea unaconcentracin elevada de estos compuestos, como es el caso de las vinificaciones en blanco.De hecho, la temperatura de fermentacin es una de las caractersticas diferenciadoras entre lavinificacin en blanco y en tinto. En las vinificaciones en blanco, la temperatura de fermentacinidnea es una temperatura entre 15-20C ya que as se favorece una mayor produccin yretencin de los aromas. En las vinificaciones en tinto, por el contrario, se utilizan temperaturasde fermentacin ms elevadas (22-28C) porque lo que interesa es que haya una mayor


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extraccin de los compuestos fenlicos de las pieles de la uva, responsables del color tinto delvino, la cual se ve favorecida cuanto mayor es la temperatura.La temperatura de fermentacin tambin afecta a la dinmica poblacional de las levaduras quellevan a cabo el proceso. Varios autores han mencionado que especies como Kloeckera apiculatao Candida stellata pueden mantener altos niveles de poblacin (10 7 -10 8 ufc/ml) a lo largo de

fermentaciones a bajas temperaturas (p.e. 10-15C), llegando en algunos casos a poderreemplazar a Saccharomyces como especie dominante. Una de las posibles razones para estamejor supervivencia es que a bajas temperaturas estas especies aumentan su tolerancia al etanol.En cambio, muy pocos estudios, se han realizado sobre el efecto de la temperatura en ladiversidad de cepas de S. cerevisiae. Por lo tanto, resultaba interesante profundizar en el anlisisde los efectos de la temperatura de fermentacin sobre la dinmica poblacional deSaccharomyces durante la fermentacin alcohlica.

- Mecanismos de adaptacin a bajas temperaturas

Las fermentaciones a bajas temperaturas aunque proporcionan grandes ventajas como la mayoraromaticidad de los vinos blancos, son procesos bastante problemticos, ya que suelen producirse

ralentizaciones o incluso paradas de fermentacin. Las fermentaciones lentas y las paradas son elprincipal problema de las fermentaciones vnicas, por lo que son objeto de numerosos estudios.Las fermentaciones lentas y en su caso ms extremo, las paradas de fermentacin, tienen lugarcuando hay un consumo ms lento del azcar del mosto. Esta bajada del consumo es un indicadorde que hay unas condiciones ambientales o fisiolgicas adversas. Hay muchas causas que puedengenerar estos problemas fermentativos: deficiencias en algn nutriente, altas concentraciones deetanol, toxicidad por parte de cidos orgnicos o cidos grasos, presencia de toxinas killer,temperaturas extremas, residuos de pesticidas o fungicidas, competencia entre losmicroorganismos, altas concentraciones de SO2, una excesiva clarificacin, falta de agitacin yoxigenacin, etc. Adems, la combinacin de varios de estos factores actuando de formasinrgica provoca una mayor inhibicin del crecimiento y por tanto, de la fermentacin.Por lo que respecta a la temperatura, ambos extremos pueden provocar este tipo de problemas. El

principal efecto tanto de las bajas como de las altas temperaturas se produce en la membranaplasmtica.La temperatura afecta la fluidez de membrana y por tanto, al transporte. Las bajas temperaturasreducen la fluidez y restringen los cambios conformacionales de los transportadores mientras quelas altas temperaturas causan los efectos contrarios, es decir, aumentan la fluidez, lo que puederesultar en una excesiva disociacin de la estructura de los transportadores comportando unmenor control de la permeabilidad de los substratos por parte de la membrana (Bisson, 1999).Adems, una baja temperatura inicial puede limitar el crecimiento de las levaduras, teniendo una

poblacin de levaduras insuficiente para una correcta fermentacin (Ribreau-Gayon et al.,2000).

- La fuente de nitrgenoEl mosto contiene una concentracin relativamente alta de compuestos nitrogenados constituida

principalmente por: amonio (3-10% del nitrgeno total), aminocidos (25-30%), polipptidos(25-40%) y protenas (5-10%). La concentracin de nitrgeno en la uva depende principalmentede la variedad y de las condiciones ambientales y de crecimiento (sobre todo de los fertilizantesnitrogenados). sta disminuye en casos de sobremaduracin o podredumbre y en situacionesdonde la via ha sufrido condiciones de sequa.En la vinificacin en blanco, debido principalmente al proceso de desfangado, suele disminuir laconcentracin de nitrgeno asimilable (sobre todo en aminocidos) y de protenas, mientras quela vinificacin en tinto favorece una mejor extraccin de los componentes de la piel, aumentando,


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por tanto, su concentracin. Este es el motivo por el que en las vinificaciones en blanco suele sertan importante la adicin de compuestos nitrogenados al inicio de la fermentacin, para intentarevitar una ralentizacin o parada de fermentacin. Normalmente se suele aadir una sal deamonio, siendo las preferidas el sulfato o fosfato de amonio (Ribreau-Gayon et al., 2000).S. cerevisiae tiene, por tanto, a su disposicin una amplia variedad de compuestos nitrogenados

en el mosto. Las diferencias observadas en la velocidad de absorcin de los diferentesaminocidos y amonio en condiciones enolgicas, ha llevado a clasificar estos compuestos en 4grupos dependiendo de su velocidad de asimilacin por parte de la clula (Tabla 2). De todasmaneras, se cree que las fuentes de nitrgeno preferidas por las levaduras son el amonio, laglutamina y la asparagina.El amonio es fcilmente asimilado por S. cerevisiae y puede satisfacer todas sus necesidades decompuestos nitrogenados, ya que a partir de amonio es capaz de sintetizar todos los aminocidos.Por lo tanto, S. cerevisiae no necesita que en el medio haya aminocidos, pero su adicinestimula el crecimiento. Los polipptidos y las protenas no participan en el crecimiento de S.cerevisiae, ya que no es capaz de hidrolizarlos.

A pesar de que existen levaduras comerciales para realizar las fermentaciones, es ms efectivo el

uso de cultivos puros de levaduras que procedan de la zona vitivincola donde se van a utilizar, loque se conoce como levaduras locales seleccionadas, ya que se cree que las levaduras que seencuentran en una microzona son (Martini y Martini, 1990) Especficas del rea, Totalmente adaptadas a las condiciones climticas de la zona, Totalmente adaptadas a la materia prima, es decir al mosto a fermentar, Responsables, al menos parcialmente, de las caractersticas nicas de los vinos obtenidos.Las caractersticas propias de una zona (mostos con alto o bajo contenido en azcares, gradoalcohlico, tipo de vinos elaborados, temperatura de fermentacin, etc.) pueden ser, por tanto, unaspecto interesante a la hora de seleccionar una levadura aunque hay muchos otros que tambinse tienen que tener en cuenta. La importancia de estos parmetros puede ser relativa dependiendodel producto para el cual quieren ser utilizados, por ejemplo, si se quiere seleccionar una levaduraapta para una vinificacin en tinto (que se realizan prcticamente sin control de temperatura), notendra demasiado valor aadido el seleccionar una levadura que pudiera fermentar sin problemasa bajas temperaturas. Pero en cambio, esta levadura sera de gran utilidad en vinificaciones en

blanco. Algunos de los criterios utilizados para seleccionar levaduras se presentan en la Tabla 1.Por tanto, la seleccin de la cepa adecuada para cada tipo de fermentacin es una estrategia muyimportante para garantizar por un lado una fermentacin correcta, as como para mejorar lascaractersticas del vino final, ya que aunque es evidente que la calidad del vino va estarclaramente unida a la de la variedad y calidad de la uva, las levaduras pueden producircompuestos que den un toque de distincin al producto obtenido.

Tabla 1: Caractersticas deseables y no deseables en la seleccin de levaduras para la produccin de vinos de calidad(Degr, 1993).

Caractersticas deseables Caractersticas no deseablesAlta tolerancia al etanolTotal degradacin de los azcaresfermentablesResistencia al SO2Capacidad fermentativa a bajas Temp.Mxima reduccin de la fase de latenciaDegradacin del cido mlicoCapacidad fermentativa a altas presionesProduccin de glicerolProduccin de -glucosidasaFenotipo killer

Produccin de SO2Produccin de H2SProduccin de acidez voltilProduccin de acetaldehdo y piruvatoProduccin de espumaFormacin de precursores del carbamato deetiloProduccin de polifenol oxidasas


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Luego de leer y en grupos de no ms de tres personas discuta y responda las siguientespreguntas.

1- Si Ud. debera asesorar a una bodega, interesada en producir vino con denominacin de origen,que tipo de cultivo recomendara. Justifique comparando las diferentes posibilidades.

2- Si decide iniciar la fermentacin con un cultivo de levaduras seleccionadas que parmetrostendra en cuenta? Existen diferencias a considerar en vinos tintos y blancos?

3- Realice un Esquema del aislamiento e identificacin de las cepas de levaduras que llevan acabo la fermentacin alcohlica. Qu medio de fermentacin se utilizar?

4- Qu medio de fermentacin se utilizar?

5- Como evaluara la temperatura de fermentacin?

SEMINARIO: PRESENTACIN ORAL Y DISCUSIN DE TRABAJOS CIENTFICOS

Luego de la presentacin de los papers en la clase, responda el siguiente cuestionario:

1.

Cual es la importancia de las amilasas?

2.

Que sustrato, temperatura y pH utilizan en el paper? Est UD de acuerdo? Por que?

3. Si UD formara parte de este grupo de investigacin que ensayos propondra para mejorar las

conclusiones planteadas?

4.

Que es el ensilaje y cual es su fundamento? Que ventajas presenta?

5.

Que microorganismos estn involucrados y que tipo de fermentacin se produce?

6.

Que es el fenotipo killer y cual es su importancia en la produccin de vinos?

7.

Cuales son los inconvenientes durante la fermentacin enolgica, del crecimiento de levaduras

indgenas? Cual es la estrategia planteada para evitar estos problemas?

8.

Cual es la importancia de las pectinas en la industria de alimentos?

9.

Cual es la incidencia de la temperatura en los procesos de obtencin de bebidas fermentadas?

10.

Luego de la discusin de los trabajos en clase y segn su criterio Cual de estos trabajos tiene

mayor importancia para su transferencia a la Industria Alimenticia? Justifique

SEMINARIO: ESTEQUIOMETRA

I-a) Que entiende por grado de reduccin ()?b) En base a la definicin de calcule el grado de reduccin de la alanina (C3H7O2N), del etanoly de la glucosa, con respecto al nivel de referencia:

II- Plante las ecuaciones de balance de carbono y energa para un cultivo anaerbico sinformacin de producto.


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III- En un cultivo continuo de Saccharomyces cerevisiae se encontr que por cada C-mol debiomasa formada se consumieron 4,26 C-moles de glucosa, 0,35 moles de O2y se formaron 1,92C-moles de etanol. La fuente de N fue NH3y la glucosa; a fuente de C y energa. La composicinelemental es CH1,8 O0,56N0,17. Verifique si el consumo de O2es correcto.

IV- - En un sistema cultivo continuo de levadura se producen 0.37 g de biomasa por gr de glucosa y seconsumen 0.88 g de O2 por gr de biomasa formada. La fuente de nitrgeno es amonio y lafrmula molecular de la biomasa es CH1.79O0.56N0.17. Se produce algn otro producto.

V- La levaduraSaccharomyces cereviseaey la bacteriaZymomonas mobilisproduce etanol a partir deglucosa bajo condiciones de anaerobiosis sin otro aceptor de electrones externo. El rendimientode biomasa a partir de glucosa es de 0.11 g/g para la levadura y de 0.05 g/g para la bacteria. Lafuente de nitrgeno es amonio y ambos casos la frmula molecular de la biomasa es CH1.8 O0.5

N0.2.a)

cual es el rendimiento de etanol en glucosa en ambos casos?b)

como son los rendimientos comparados con el mximo?c)

Que cepa presenta mayor rendimiento de producto?

VI- Se cultivo la levadura Candida utilisen glucosa y sales de amonio. La concentracin inicial demicroorganismos fue de 0.53 g/l y de glucosa 15.2 g/l. Al cabo de 9.5 hs se consumio totalmentela glucosa, se consumieron 0.123 moles de oxgeno y se formaron 0.179 moles de CO 2; y la

biomasa alcanzo un valor de 6.07g/l. Se formo algn producto?

VII- Por cada 100g de levadura se consumen 3.1 mol de oxgeno. Cuanto calor se genera?

SEMINARIO: SISTEMAS DE CULTIVO

1- En un cultivo continuo de levadura estndar, se encontr que por cada 14.5g de biomasaformada se consumieron 2 C-moles de glucosa, 0,175 moles de O2y se formaro un C-moles deetanol. La fuente de N fue NH3y la glucosa, fuente de C y energa. Verifique si el consumo deO2es correcto.

2- Se realiza un cultivo para obtener biomasa con una levadura de composicin estndar. Paraeste fin se prueban dos sustratos con grado de reluctancia de 3 y 4 respectivamente. Si no hayformacin de producto, con que sustrato obtendra mayor rendimiento? Justifique

3- Decidir cual o cuales de las siguientes afirmaciones son verdaderas:

A.

Sigue una curva tpica la cual recibe el nombre de curva de crecimiento en batch. Los sucesosque tienen lugar durante la misma pueden separarse en cuatro fases perfectamentediferenciables

B.

La fase lag es independiente de la fase de crecimiento en que se encuentran las clulas en elmomento de ser sembradas, pero depende directamente de la composicin del medio de cultivoen que fueron crecidas

C.

En la fase exponencial el crecimiento ocurre a velocidad especfica () mxima y constante =m

D.

Al final del cultivo (fase de decaimiento) se alcanza la mxima concentracin microbiana.


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E.

vara durante el cultivo, siendo un valor constante y mximo en la fase exponencial (m) quese mantiene en la fase estacionaria

F.

La seleccin de un organismo por la tcnica Enriquecimiento del cultivo, depende de suvalor de comparado con los de los otros microorganismos presentes en el medio de cultivo.

G.

La principal limitacin de las fermentaciones aerobias, es que producen una elevada cantidad

de calor que debe ser constantemente removida a fin de mantener estable la temperaturaH.

Normalmente KS tiene valores muy pequeos (10-2 - 10-3 g/l) por lo que se requierenconcentraciones relativamente altas de S para hacer que:

I.

Ninguna de las anteriores

4- Un cultivo batch de levaduras que crece en glucosa y amonio. El cultivo se encuentra en faseexponencial durante 40 hs, calcular:

a.

mx y para la fase de crecimiento exponencial.

b.

xf alcanzada:c.

TgDatos:S0=50 g/l Sf= 40 g/l Xo=2 g/l Yx/s= 0.5 (c-mol/c-mol)

5- Calcular la velocidad de consumo del sustrato limitante para un microorganismo que tiene unaconcentracin de biomasa inicial de 0.5 g/l y una concentracin final 2.5 g/l, en un medio decultivo con una concentracin inicial de Glucosa de 1 g/l y presenta una afinidad por el sustratode 7 10 -3

6- El proceso de obtencin de ac lctico por medio de Klyuveromyces lactis puede dividirse en

dos etapas:1- fermentacin aerobia en medio de cultivo con cantidades suficientes de fuente de carbono

(lactosa) y nitrgeno para obtener un rendimiento de biomasa optimo.2- Fermentacin anaerobia con alta concentracin de fuente de carbono y limitada en fuente de

nitrgeno.- Explique el fundamento de este proceso. Que aspectos deberan considerarse?- Plantee una alternativa factible para obtener lactasa de esta cepa. Como seria el rendimiento siempleara Sacharomyces Cerevisiae en las mismas condiciones?- Sugiera tcnicas para evaluar crecimiento y produccin de la enzima.

7- A partir de los seminarios discutidos en clase describa y opine sobre los distintos mtodos delproceso

a)

tipo y diseo del cultivob) Variables que deben tenerse en cuentac)

Cambiaria o mejorara alguna etapa para obtener una mejor productividad?

8-A- Compare cultivo continuo y batch.B- Que concentraciones de sustrato encontrara en la salida de un cultivo continuo si D s baja?C- Y si D es alta?D-Que ocurrira en el cultivo si D es mayor que max?E- Y di D es igual a max?


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9- La UNQ, cuenta con un laboratorio para realizar ensayos de microbiologa y tcnicas analticas demedicin, teniendo en cuenta los equipos presentes disee una tcnica de FES para obtener una enzimade inters en la Industria de alimentos. No olvide detallar el protocolo, los materiales y los mtodos

propuestos.

SEMINARIO INTEGRADOR

1.

En un sistema cultivo continuo de levadura (: : : : mx.)por cada gramo de glucosa consumidase producen 0.529 g de biomasa y se consumen 0.005 moles de de O2. La fuente de nitrgeno esamonio y la frmula molecular de la biomasa es CH1.79O0.56N0.17. Hay formacin de producto?Que ocurrira si en el sistema, el consumo de oxgeno es de 0.012 moles por gramo de

biomasa?

2.

Calcular la velocidad de consumo del sustrato limitante para un microorganismo que tiene una

concentracin de biomasa inicial de 0.25 g/l y una concentracin final 0.5 g/l, en un medio decultivo con una concentracin inicial de Glucosa de 2 g/l y presenta con : 0.05/h.

3.

Un cultivo de levaduras que se encuentra en fase exponencial, crece en glucosa como fuente decarbono y energa y utiliza como nica fuente de nitrgeno, amonio. El cultivo se encuentra enfase exponencial durante 24 hs, calcular:

d.

mx y para la fase de crecimiento exponencial.e.

Xf alcanzada:f.

TgDatos:

S0=20 g/l Xo=0.5 g/l Y x/s= 0.9

4.

El proceso de obtencin de ac lctico por medio de Klyuveromyces lactis puede dividirse endos etapas:A: fermentacin aerobia en medio de cultivo con cantidades suficientes de fuente de carbono(lactosa) y nitrgeno para obtener un rendimiento de biomasa optimo.B: fermentacin anaerobia con alta concentracin de fuente de carbono y limitada en fuente denitrgeno.

a)

Explique el fundamento de este proceso. Que aspectos deberan considerarse?b)

Plantee una alternativa factible para obtener lactasa de esta cepa. Como seria el rendimiento siempleara Sacharomyces Cerevisiae en las mismas condiciones?

c)

Sugiera tcnicas para evaluar crecimiento y produccin de la enzima.5.

Cual es la mxima demanda de oxigeno, para un microorganismo promedio que crece enactico (C2H4O2) con una produccin de 0, 1425 g de biomasa por c-mol de sustratoconsumido, sin formacin de producto?

6.

Se realiza un cultivo para obtener biomasa con una levadura de composicin estndar. Para estefin se prueban dos sustratos con grado de reluctancia de 3 y 4 respectivamente. Si no hayformacin de producto, con que sustrato obtendra mayor rendimiento? Justifique.


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7.

Cual es la mxima demanda de oxigeno, para un microorganismo promedio que crece enactico (C2H4O2) con una produccin de 0, 1425 g de biomasa por c-mol de sustratoconsumido, sin formacin de producto?

8.

Es bien conocida la capacidad de Saccharomyces cereviciae para transformar azucares en

etanol en procesos anaerobios. Tpicamente de obtienen rendimientos de 0,12 C-mol biomasapor cada C-mol de glucosa consumida. Calcular el rendimiento para la produccin de etanol,para un cultivo en anaerobiosis. Que porcentaje representa este valor con respecto alrendimiento mximo terico para etanol?

9.

En un cultivo continuo de levadura (x = 4) se encontr que por cada C-mol de biomasaformada se consumieron 4 C-moles de glucosa, 0,35 moles de O2y se formaron 2 C-moles deetanol. La fuente de N fue NH3y la glucosa; a fuente de C y energa. Verifique si el consumode O2es correcto.

10.Cul es el rendimiento mximo de biomasa del crecimiento para un microorganismo decomposicin Standard que crece en amonaco y las siguientes fuentes carbonadas: glucosa y

etanol. Sin hay formacin de producto.a)

Plantee en cada caso la ecuacin estequiomtrica (x= 4,2).b)

Tomando como base los resultados del punto anterior, plantee la ecuacin de crecimientocon glucosa o etanol considerando un rendimiento real del 60% del terico mximocalculado. Se libera la misma cantidad de calor por cada C-mol de biomasa formada, conlos dos sustratos?

11.

En un sistema cultivo continuo de levadura se producen 0.37 g de biomasa por gr de glucosa yse consumen 0.88 g de O2por gr de biomasa formada. La fuente de nitrgeno es amonio y lafrmula molecular de la biomasa es CH1.79O0.56N0.17. Se produce algn otro producto?

12.

La levadura Saccharomyces cereviseaey la bacteriaZymomonas mobilisproduce etanol a partirde glucosa bajo condiciones de anaerobiosis sin otro aceptor de electrones externo. Elrendimiento de biomasa a partir de glucosa es de 0.11 g/g para la levadura y de 0.05 g/g para la

bacteria. La fuente de nitrgeno es amonio y ambos casos la frmula molecular de la biomasaes CH 1.8O 0.5N 0.2.a)

cual es el rendimiento de etanol en glucosa en ambos casos?b)

como son los rendimientos comparados con el mximo?c)

Que cepa presenta mayor rendimiento de producto?

SEMINARIO CULTIVO CONTINUO

I- VERDADERO O FALSO-Justifique sus respuestas

1-Mediante el cultivo continuo es posible estudiar el efecto sobre el proceso de variables comoPH, temperatura, concentracin de nutrientes

2-El valor de D corresponde a las veces que se renueva el volumen del biorreactor por unidadde tiempo, as un valor de D= 0.25 h-1indica que en una hora se renov un 25 % del volumende cultivo


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3-El caudal de salida la concentracin de nutrientes es menor que en el caudal de entradadebido a que en parte fueron consumidos por los microorganismos.

4-En estado estacionario es = D, y como D puede ser variado a voluntad por el operador(variable de operacin) resulta que el cultivo continuo permite imponerle externamente a los

microorganismos el valor de al que deben crecer.

5-D max, S alcanza un valor mximo y la tasa de crecimiento demicroorganismos () dentro del cultivo se hace nula.

II- Una bacteria (Biomasa Standard) crece en sistema continuo con glucosa (sustrato limitante)y amonio como fuente de nitrgeno a una velocidad de dilucin de 0,2 h -1. El SRes 4,0 g/l y elvolumen de cultivo 500 ml.Calcular:

a) Caudal de alimentacin (F).b) Rendimiento.c) Determine si hay formacin de producto.

Datos:

X = 1,9 g/l

g/l0,014=S

III- Se tiene una cepa de la levadura, capaz de producir un pigmento de amplia aplicacin en laIndustria de Alimentos. Para evaluar cuales son las mejores condiciones para la produccinindustrial del pigmento se realiz un sistema de cultivo continuo, donde se trabajo a distintasvelocidades de dilucin obtenindose los siguientes resultados:

D (h-1

)biomasa (g/l) glucosa (g/l) Pigmento (g/l)

0.05 24.4 0.05 150.10 25.1 0.15 50.15 25.3 0.20 13

Considere que la concentracin de sustrato limitante (glucosa) en el reservorio fue de 50 g/l.-Calcule el rendimiento (Yx/s, Yp/s), rp, tr para cada caso.-Qu condicin elegira?

IV- Discusin del paper ledo en clased) Explique los tipos de cultivos utilizados, compare ventajas y desventajas.e)

Explique cual es el objetivo de emplear en el mismo trabajo de investigacin cultivos batch yen continuo. Que parmetros se analizan en cada caso?

f)

Escriba una sntesis del trabajo que incluya objetivos, resultados y conclusin.


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SEMINARIO: TECNOLOGA ENZIMTICA

1-Explique los beneficios de emplear procesos enzimticos frente a emplear proceso qumicos.

2- Enumere y describa brevemente tres procesos de la industria alimenticia donde se utilicen

enzimas. Explique los procesos de downstrean y upstream relacionados a estos procesos.

3- Explique la accin de las enzimas ppticas en la industria alimenticia.

4- Cual es su potencial especfico en la industria del vino. Que otras enzimas se utilizan?

5-Explique brevemente los fundamentos y resultados del paper ledo en clase

6- Investigue una enzima de inters en la Industria de Alimentos, que se emplee de forma

inmovilizada. Describa la metodologa empleada para la inmovilizacin de una enzima elegida,

explique el mtodo, ventajas, desventajas, describa el sustrato y compare con tcnicas de

inmovilizacin alternativa.

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