PROCESOS DE FERMENTACI - PowerPoint PPT Presentation

Loading...

PPT – PROCESOS DE FERMENTACI PowerPoint presentation | free to view - id: 27dfb6-OTU4N



Loading


The Adobe Flash plugin is needed to view this content

Get the plugin now

View by Category
About This Presentation
Title:

PROCESOS DE FERMENTACI

Description:

Procesos de fermentaci n en medios de cultivo: ... El manganeso afecta a la composici n celular de la pared celular de A. Niger. ... – PowerPoint PPT presentation

Number of Views:2988
Avg rating:3.0/5.0
Slides: 100
Provided by: Anto269
Category:

less

Write a Comment
User Comments (0)
Transcript and Presenter's Notes

Title: PROCESOS DE FERMENTACI


1
PROCESOS DE FERMENTACIÓN
2
ÍNDICE
  • 1.- INTRODUCCIÓN.
  • 2.- MATERIAS PRIMAS Y MEDIOS DE CULTIVO.
  • 4.- CINÉTICA DE LAS REACCIONES.
  • 5.- SISTEMAS DE FERMENTACIÓN.

3
1.- Introducción.
4
1.- INTRODUCCIÓN.
  • 1.1.- Concepto de fermentación.
  • 1.2.- Importancia de la fermentación en la
    biotecnología alimentaria.
  • 1.3.- Ejemplos.

5
1.1.-Concepto de fermentación
  • Proceso de fermentación

MICROORGANISMOS Bacterias, levaduras , hongos
MICROORGANISMO
MEDIO DE CULTIVO
CO2
CONDICIONES AMBIENTALES
PRODUCTO Intra o extra celular
6
1.2.- Importancia de la fermentación en la
biotecnología.
  • Procesos de fermentación en alimentos
  • Naturales o espontáneas (fermentación del
    cacao,ensilado, pozol).
  • Inoculadas ( vino, yogurt, tempeh).
  • Procesos de fermentación en medios de cultivo
  • Producción de biomasa (proteína unicelular,
    levadura de pan, levadura de cerveza).
  • Obtención de metabolitos primarios ( alcohol,
    ácidos orgánicos) y secundarios ( enzimas,
    polisacáridos).

7
1.3.- Ejemplos.(I)
  • TIPOS DE FERMENTACIÓN DE VARIOS MICROORGANISMOS

8
1.3.- Ejemplos.(II)
  • Fermentación etílica
  • Se transforman los azúcares de las uva en etanol,
    debido a la acción de las levaduras.

9
1.3.- Ejemplos.(III)
  • Levaduras saccharomyces cerevisiae (principales
    responsables de la fermentación alcohólica)

10
1.3.- Ejemplos.(IV)
  • Fermentación láctica

11
2.- Materias primas ymedios de cultivo.
12
2.- MATERIAS PRIMAS y MEDIOS DE CULTIVO.
  • 2.1.- Criterios utilizados en la
    formulación del medio.
  • 2.2.- Preparación del sustrato.
  • 2.3.- Medios de fermentación microbiana.
  • 2.4.- Medios de cultivo de células animales.
  • 2.5.- Medios de cultivo para el crecimiento de
    células vegetales.
  • 2.6.- Mantenimiento y esterilización.

13
2.1.- Criterios utilizados en la formulación del
medio.(I)
  • CARACTERÍSTICAS DE LOS MEDIOS DE CULTIVO
  • Contener los elementos para la síntesis celular y
    para la formación de producto
  • Medio ambiente favorable para el crecimiento y/o
    formación del producto.
  • Económicamente rentable.
  • Máxima producción.
  • Adaptación constante al proceso de fermentación.

14
2.1.- Criterios utilizados en la formulación del
medio.(II)
  • Recuperación del producto.
  • Eliminación de la represión catabólica.
  • Materiales de fácil disposición en cantidad
    suficiente.
  • Bajos costes de transporte.
  • Impedir que las impurezas dificulten la
    recuperación de producto.

15
2.1.- Criterios utilizados en la formulación del
medio.(III)
  • INFLUENCIAS DEL MEDIO
  • 1.- En el crecimiento celular.
  • 2.- En el procesado posterior.
  • 3.- En la fisiología y morfología de los
    microorganismos.

16
2.1.- Criterios utilizados en la formulación del
medio.(IV)
  • 1.- INFLUENCIA DEL MEDIO EN EL CRECIMIENTO
    CELULAR.
  • Los microorganismos necesitan

Carbono Nitrógeno Minerales Factores de
crecimiento Agua Oxígeno(aerobios)
Biomasa Biosíntesis y mantenimiento celular
Microorganismos
Condiciones medioambientales pH, Temperatura...
17
2.1.- Criterios utilizados en la formulación del
medio.(IV)
18
2.1.- Criterios utilizados en la formulación del
medio.(V)
  • Elementos en el medioSimilar a la composición
    elemental de los microorganismos.
  • La cantidad de carbono necesaria en condiciones
    aerobias, se determina por el coef. de
    rendimiento de biomasa
  • Factores de crecimiento aminoácidos, vitaminas o
    nucleótidos.(Por necesidad p para aumentar la
    velocidad de crecimiento)

19
2.1.- Criterios utilizados en la formulación del
medio.(VI)
  • 2.- INFLUENCIA EN EL PROCESADO POSTERIOR
  • Subproductos proceso de recuperación
    más caro y complejo. (Procesos de purificación
    de productos y tratamiento de desechos).
  • Necesidad de adicionar antiespumantes
    Problemas en el procesado de productos asociados
    con el crecimiento microiano

20
2.1.- Criterios utilizados en la formulación del
medio.(VII)
  • 3.- INFLUENCIA DEL MEDIO EN LA FISIOLOGÍA Y
    MORFOLOGÍA DE LOS MICROORGANISMOS.
  • Las condiciones relacionadas con el medio que han
    demostrado tener influencia en la morfología

Cationes divalentes
pH
Viscosidad
Morfología
Agentes quelantes
Polímeros anióticos
Presencia de sólidos
Agentes tensoactivos
21
2.1.- Criterios utilizados en la formulación del
medio.(VIII)
  • PHLas hifas del P. Chrysogenum se vuelven más
    cortas y gruesas a medida que el pH es más
    alcalino, forman gránulos.

22
2.1.- Criterios utilizados en la formulación del
medio.(IX)
  • CATIONES DIVALENTES inducen el crecimiento en
    forma de gránulos, sus efectos pueden
    contrarrestarse con AGENTES QUELANTES.
  • La presencia de cationes influye en la
    floculación de las levaduras (importante en su
    sedimentación y eliminación en la producción de
    bebidas alcohólicas no destiladas).
  • El manganeso afecta a la composición celular de
    la pared celular de A. Niger.
  • AGENTES TENSOACTIVOS Algunos aumentan la
    velocidad de secrección de los enzimas
    microbianos extracelular.
  • NITRÓGENO niveles bajos inducen la formación
    de esporas.
  • AMINOÁCIDOS niveles elevados inhiben la
    formación de esporas.

23
2.1.- Criterios utilizados en la formulación del
medio.(X)
  • CONTROL DEL PROCESOVARIABLES.
  • 1.-PH
  • 2.-ESPUMA
  • 3.-OXÍGENO
  • 4.-TEMPERATURA
  • 5.-REGULACIÓN DE LA FORMACIÓN DE PRODUCTO.

24
2.1.- Criterios utilizados en la formulación del
medio.(XI)
  • 1.-PH
  • Control necesario para el desarrollo celular y
    formación de producto.
  • Control de forma indirecta o de forma directa
  • Directamente (Añadiendo agentes tamponantes)
  • Fosfato inorgánico pH entre 6.0 y
    7.5.
  • Ácidos orgánicos pH bajos.
  • Carbonato cálcico frente a la
    producción de ácidos.
  • Hidroxisales, amoniaco, ácidos sulfúrico y
    clorhídrico.
  • Indirectamente ( mediante un balance equitativo
    entre las fuentes de carbohidrato y nitrógeno).
  • Los carbohidratos bajan el pH
    (formación de ácidos orgánicos).
  • Asimilación del nitrato alcalinidad.
  • DESVENTAJAS Efectos represivos sobre la
    formación del producto.

25
2.1.- Criterios utilizados en la formulación del
medio.(XII)
  • 2.- ESPUMA
  • ORIGEN
  • Desnaturalización de las proteínas en la
    interfase gas- líquido.
  • PROBLEMAS
  • Ascender hasta ocupar totalmente la cabeza
    del fermentador. Evacuar parte del
    contenido del aparato por la salida del aire.
  • SOLUCIÓN
  • Antiespumantes ( agentes tensoactivos que
    reducen la tensión superficial de las espumas
    hasta dispersarlas ).
  • Rompedores mecánicos.

26
2.1.- Criterios utilizados en la formulación del
medio.(XIII)
  • ANTIESPUMANTES
  • Eficacia (Depende de las condiciones de
    fermentación)
  • Composición del medio, cepas microbianas, etapa
    de crecimiento, configuración de las vías de
    aireación y del fermentador.
  • Selección y cantidad del antiespumante
  • Procedimientos de ensayo y error.
  • Uso de soportes(aceites orgánicos y minerales)
  • Cantidad de antiespumante mínima ( afecta a la
    velocidad de transferencia de oxígeno hasta u
    50)
  • No deben ser tóxicos ni peligrosos,
    esterilizables por el calor y baratos.

27
2.1.- Criterios utilizados en la formulación del
medio.(XIV)
  • 3.- OXÍGENO.
  • Requerimientos en procesos aerobios.
  • Influencia sobre los procesos metabólicos.
  • Velocidad de absorción específica de oxígeno
    concentración de oxígeno disuelto
  • Antioxidantes como protección del producto.

28
2.1.- Criterios utilizados en la formulación del
medio.(XV)
  • 4.-TEMPERATURA
  • Temperatura óptima para la producción celular o
    de metabolitos.
  • Uso de termostatos

29
2.1.- Criterios utilizados en la formulación del
medio.(XVI)
  • 5.-REGULACIÓN DE LA FORMACIÓN DEL PRODUCTO.
  • PERCUSORES
  • INDUCTORES
  • incorporarse al medio el inductor específico
  • mediante adiciones continuas o discontinuas
  • INHIBIDORES
  • minimizar la formación de otros intermedios
    metabólicos.
  • Prevenir el metabolismo posterior al producto
    deseado
  • Ejemplos
  • Fuente de N utilizable rápidamente inhibe la
    producción de algunos antibióticos.
  • El ácido fenilacético es el ppal percusor en la
    producción de bencilpenicilina por fermentación.

30
2.- MATERIAS PRIMAS y MEDIOS DE CULTIVO.
  • 2.1.- Criterios utilizados en la
    formulación del medio.
  • 2.2.- Preparación del sustrato.
  • 2.3.- Medios de fermentación microbiana.
  • 2.4.- Medios de cultivo de células animales.
  • 2.5.- Medios de cultivo para el crecimiento de
    células vegetales.
  • 2.6.- Mantenimiento y esterilización.

31
2.2.-Preparación del sustrato.
  • OBJETIVOS
  • Evitar el desarrollo de patógenos 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 transformación.
  • Mejorar la textura, el aroma o el sabor del
    producto final.
  • EJEMPLOS
  • Adición de proteínas durante la fabricación del
    yogurt.
  • Prensado de la uva( se favorece el acceso al
    sustrato).

32
2.- MATERIAS PRIMAS y MEDIOS DE CULTIVO.
  • 2.1.- Criterios utilizados en la
    formulación del medio.
  • 2.2.- Preparación del sustrato.
  • 2.3.- Medios de fermentación microbiana.
  • 2.4.- Medios de cultivo de células animales.
  • 2.5.- Medios de cultivo para el crecimiento de
    células vegetales.
  • 2.6.- Mantenimiento y esterilización.

33
2.3.-Medios de fermentación microbiana.( I )
  • Los compuestos petroquímicos ( hidrocarburos,
    alcoholes y ácidos) Cuando el petróleo
    era barato no mucha extensión.
  • En la actualidad materias primas renovables que
    contienen azúcar y almidón y menos grasas y
    aceites.
  • Futuro los productos de la hidrólisis de la
    lignocelulosa las materias primas más importantes
    en los procesos de la fermentación .( La
    lignocelulora representa el 50 de la producción
    anual mundial de biomasa).

34
2.3.-Medios de fermentación microbiana.( II )
  • CARBOHIDRATOS
  • ALMIDÓN es el más importante actualmente .
  • En forma de granos o raices, enteros o molidos,
    de plantas como el maíz, arroz, trigo , patatas y
    mandioc como almidón purificado, modificado o
    como dextrinas.
  • CELULOSA
  • Presente en la madera combinado con la
    hemicelulosa y la lignina en forma de
    lignocelulosa
  • La lignina hace a la celulosa resistente al
    ataque microbiano
    No son rentables los métodos químicos y
    enzimáticos que convierten la lignocelulosa en
    azúcares fermentables. ( Para obtener champiñones
    y substrato para producir enzimas celulolíticas)

35
2.3.-Medios de fermentación microbiana.( III )
  • SACAROSA
  • En forma cristalina o en forma bruta como zumos
    o melazas ( subproducto de la manufactura de
    azúcares más barato varía su
    composición , causando problemas en la
    reproductibilidad de la fermentación).
  • LACTOSA
  • En el suero de la leche ( 4 al 5).
  • La baja concentración, , caro su transporte.Solo
    se utiliza en lugares próximos a la factoría de
    quesos proveedora.
  • GLUCOSA
  • Se obtiene a partir de la conversión enzimática
    directa del almidón.
  • Glucosa refinada, en forma de jarabe o cristalina
    para productos de mayor valor.
  • ACEITES VEGETALES ( de soja, palma y semillas de
    algodón como complemento delos carbohidratos),
    METANOL, ETANOL......

36
2.3.-Medios de fermentación microbiana.( IV )
  • NITRÓGENO
  • Fuentes amoniaco, nitratos, urea, y el nitrógeno
    presente en los cereales y raíces y sus
    subproductos.
  • Los aminoácidos purificados como
    percusores.
  • SUBSTRATOS COMPLEJOS
  • Son una fuente barata de carbono, nitrógeno y
    otros nutrientes.
  • Presentes en plantas enteras y subproductos
    vegetales, animales y microbianos.

37
2.3.-Medios de fermentación microbiana.( V )
  • Substratos complejos utilizados en los medios de
    fermentación microbiana.

38
2.- MATERIAS PRIMAS y MEDIOS DE CULTIVO.
  • 2.1.- Criterios utilizados en la
    formulación del medio.
  • 2.2.- Preparación del sustrato.
  • 2.3.- Medios de fermentación microbiana.
  • 2.4.- Medios de cultivo de células animales.
  • 2.5.- Medios de cultivo para el crecimiento de
    células vegetales.
  • 2.6.- Mantenimiento y esterilización.

39
2.4.-Medios de cultivo de células animales.(I)
  • SUEROS UTILIZADOS
  • Suero fetal de ternera como medio de cultivo de
    células de mamífero .
  • INCONVENIENTES Existencias limitadas y alto
    precio.
  • Sueros de ternera, ternera recién nacida y
    caballo.
  • FORMAS DE UTILIZAR LOS SUEROS
  • Suero entre un 5-10 del volumen del medio de
    cultivo, puede reducirse al 1-2.

40
2.4.-Medios de cultivo de células animales.(II)
  • FUNCIONES DEL SUERO EN LOS MEDIOS DE CULTIVO.
  • Proporciona hormonas y factores de crecimiento
    necesarios para la función celular.
  • Suministra los factores necesarios para la unión
    al soporte.
  • Actúa como agente tamponante.
  • Se une e inactiva o secuestra compuestos tóxicos.
  • Contienen proteínas ligadoras que estabilizan y/o
    transportan nutrientes y hormonas a la célula.
  • Suministra nutrientes para el metabolismo de la
    célula.
  • Contiene inhibidores de proteasas.
  • Contiene elementos traza ( Selenio..)

41
2.4.-Medios de cultivo de células animales.(III)
  • TIPOS DE MEDIOS DE CULTIVO
  • BASALES Y BME (medio basal de Eagle), muy usado
    en el cultivo de células de mamífero( especie
    humana, bovina, equina...)
  • Tiene concentraciones elevadas de los nutrientes
    más comunes.
  • Ideales para estimular la proliferación.
  • SUPLEMENTADOS CON NUTRIENTES INTERMEDIOS
  • Para el crecimiento de células de mamíferos
    secundarios y de líneas celulares inmortales.
  • QUIMICAMENTE DEFINIDOS (medios sin suero)
  • Para que los científicos investiguen los
    procesos en cultivos celulares con el mínimo de
    influencias extrañas.
  • Fácil aislamiento y purificación de productos .

42
2.- MATERIAS PRIMAS y MEDIOS DE CULTIVO.
  • 2.1.- Criterios utilizados en la
    formulación del medio.
  • 2.2.- Preparación del sustrato.
  • 2.3.- Medios de fermentación microbiana.
  • 2.4.- Medios de cultivo de células animales.
  • 2.5.- Medios de cultivo para el crecimiento de
    células vegetales.
  • 2.6.- Mantenimiento y esterilización.

43
2.5.-Medios de cultivo de células vegetales.(I)
  • COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS MEDIOS DE CULTIVO DE
    CÉLULAS VEGETALES
  • Fuente de carbono orgánico.
  • El más común la sacarosa, también mono y
    disacáridos como glucosa, fructosa, maltosa y
    lactosa.
  • Fuente de nitrógeno.
  • Nitratos, a veces también sales amónicas.
  • Algunas células necesitan nitrógeno orgánico en
    aminoácidos ( positivo en las primeras etapas
    del crecimiento microbiano).
  • Sales orgánicas.
  • Reguladores del crecimiento.
  • Hormonas vegetales (auxinas, que inducen la
    división celular).
  • Citoquininas ( Regulación del crecimiento en
    plantas).

44
2.- MATERIAS PRIMAS y MEDIOS DE CULTIVO.
  • 2.1.- Criterios utilizados en la
    formulación del medio.
  • 2.2.- Preparación del sustrato.
  • 2.3.- Medios de fermentación microbiana.
  • 2.4.- Medios de cultivo de células animales.
  • 2.5.- Medios de cultivo para el crecimiento de
    células vegetales.
  • 2.6.- Mantenimiento y esterilización.

45
2.6.-Mantenimiento y esterilización.(I)
  • 1.- MANTENIMIENTO DE LOS MEDIOS .
  • El medio de almacenamiento y subcultivo de cepas
    industriales clave debe ser diseñado para
  • Conserve las características necesarias que
    permitan la capacidad de producción particular.
  • Minimicen la variación genética.
  • POR QUÉ UTILIZAR MEDIOS DE MANTENIMIENTO?

EFECTOS DESESTABILIZANTES
CEPAS
METABOLITOS TÓXICOS
46
2.6.-Mantenimiento y esterilización.(II)
  • 2.- ESTERILIZACIÓN DE CULTIVOS.
  • OBJETIVOS
  • Evitar el desarrollo de microorganismos
    patógenos.
  • Evitar el desarrollo de microorganismos
    alterantes.
  • Incrementar la reproducibilidad del proceso
    (rendimiento, pureza y tiempo de producción).
  • MÉTODOS DE ESTERILIZACIÓN
  • Calor húmedo (autoclave o chorro de vapor).
  • Calor seco
  • Radiación ( Rayos X ,UV)
  • Esterilización química con líquidos o gases.
  • Filtración (filtros de superficie o de
    profundidad).
  • Nuevos métodos ( altas presiones, campos
    eléctricos)

47
2.6.-Mantenimiento y esterilización.(III)
  • DONDE SE CONTROLA LA ESTERILIDAD?
  • Mantener la pureza del inóculo.
  • Esterilizar el medio de cultivo y los aditivos.
  • Esterilizar el material en contacto con el medio
    ( recipiente, fermentador, válvulas y conductos)
  • Esterilizar los gases entrantes y salientes.
  • Manterner las condiciones asépticas durante la
    manipulación.
  • Contrucción apropiada del biorreactor para su
    esterilización y para la prevención durante la
    fermentación.

48
2.6.-Mantenimiento y esterilización.(IV)
49
2.6.-Mantenimiento y esterilización.(IV)
  • TIPOS DE ESTERILIZACIÓN.

50
Cinética del crecimiento
  • 3.1-Qué entendemos por crecimiento?
  • 3.2-Conceptos básicos
  • 3.3-Formas de medición del crecimiento
  • 3.4-Crecimiento en cultivo intermitente
  • Fases del crecimiento
  • 3.5-Factores que afectan al crecimiento

51
3.1-Crecimiento
El crecimiento se puede considerar como el
aumento ordenado de todos los constituyentes
químicos de un organismo.
En organismos unicelulares el crecimiento conduce
a un aumento en el número de células más que un
aumento en el tamaño celular
52
3.- CINETICA DEL CRECIMIENTO DE
LOS MICROORGANISMOS
53
3.2-Conceptos básicos
Generación (n) Es el número de divisiones
celulares que ocurren en un determinado tiempo en
un cultivo microbiano Velocidad de crecimiento
?n vc
?t Es el
cambio en el número de generaciones por unidad de
tiempo Tiempo de generación Es el tiempo
requerido para que a partir de una célula se
formen dos, o sea el tiempo requerido para
duplicar el número de células de una población
54
El crecimiento puede ser
-A nivel de individuos dentro de población
CICLO CELULAR -Crecimiento de
poblaciones celulares CICLO DE
CRECIMIENTO Sª Cerrados
Sª abiertos
viable Célula microbiana
no viable
55
Ciclo celular fisión binaria
Gemación, ej. levaduras
56
Crecimiento de poblaciones
Crecimiento exponencial es el tipo de
crecimiento de una población donde el número de
células se duplica cada cierto tiempo
57
3.3- Formas de medición del crecimiento
microbiano
3.3.1- Peso seco celular 3.3.2- Absorción 3.3.3-
Peso húmedo 3.3.4- Volumen 3.3.5- Número de
células 3.3.6- Mediciones físicas
58
3.3.1- Peso seco celular
Consiste en dejar secar volúmenes conocidos de
cultivo celular lentamente hasta que alcancen
peso cte. Se mide en g/l En ocasiones para
concentrar las células se usa el centrifugado o
filtrado según la dificultad. Es el mas
usado Desventaja pueden dar grandes errores en
caso de absorción de humedad por las células
secas.
59
3.3.2- Absorción
Consiste en el uso de celdas espectrofotométricas
pues las células desvían la luz q llega al
detector y esa desviación está relacionada con el
nº de células presentes (o también puede
relacionarse con la densidad ) en la muestra
según la Ley de Beer
60
3.3.3- Peso húmedo
Consiste en una centrifugación o filtración
seguida del pesado. Este proceso es
extrarrápido, hay necesidad de estandarizar el
proceso ya que se mide tanto el agua intracelular
como el extracelular ocasionando errores
considerables.
61
Recuento de viables - Filtración por membrana
62
3.3.4- Volumen
Consiste en la centrifugación en tubos graduados
de tal forma q me permitan determinar el volumen
de células empacadas. Es un método bastante
inexacto especialmente para pequeños cambios de
la población celular
63
3.3.5- Recuento de células
por cámara de Petroff-Hausser
Muestra de cultivo diluído en cámara de volumen
pequeño y conocido (2,5x10-7 ml), recuento de
células en numerosos cuadrados de la cámara.
Promedio de células contenidas en dicho volumen
se expresa por ml de muestra (alto error
experimental). Desventaja no se pueden
distinguir células viable y no viables
64
3.3.6- Mediciones físicas
El crecimiento de células origina la generación
de calor la cual está relacionada con la
concentración de biomasa. Es un proceso rápido y
no necesita de muestreo. Se usa para el caso de
biorreactores , pues sino las variaciones de
calor generado son pequeñas para poder ser
mediadas adecuadamente.
65
3.4- Crecimiento en cultivo intermitente
El cultivo intermitente representa el
crecimiento en un sistema cerrado. Cuando un
medio se inocula con células, tiene lugar una
secuencia de eventos llamado ciclo de
crecimiento. Representaremos el peso seco
celular (X) en g/l contra el período de
incubación en horas (h)
66
Crecimiento de un microorganismo en medio de
cultivo líquido
1- Fase de latencia 2- Fase exponencial 3- Fase
estacionaria 4- Fase de muerte
67
Fases de crecimiento
  • Fase lag - las células se adaptan al nuevo
    ambiente, aun no se dividen
  • Fase exponencial (log) velocidad máxima de
    crecimiento bajo condiciones particulares, tiempo
    de generación mínimo
  • Fase estacionaria Ésta se caracteriza por ningún
    crecimiento neto. De echo el crecimiento puede
    estar ocurriendo, pero esta equilibrado por la
    rapidez de muerte o lisis celular.
  • Fase de muerte - velocidad de muerte celular gt
    velocidad de división celular

68
Cinética de crecimiento en cultivo intermitente
El crecimiento microbiano unicelular es
autocatalítico, es decir la vc es proporcional a
X ya presente. De modo q durante el crecim
exponencial, X aumenta como sigue Xo
2Xo 4Xo 8Xo nXo El intervalo
de tiempo se llama tiempo de duplicación (td), de
manera que n después del tiempo t vale t/td y X
vale Xo 2 t/td
69
Representación aritmética y exponencial del
crecimiento

70
3.5- Factores que afectan a la rapidez de
crecimiento
Los factores que intervienen son -
concentración de substrato - temperatura -
pH - actividad de agua - potencial
redox,concentrac de oxigeno - radiación -
presión hidrostática
71
Efecto de la temperatura
Cada microorganismo tiene una temperatura de
crecimiento adecuada Si consideramos la
variación de la velocidad de crecimiento (m) en
función de la temperatura de cultivo, podemos
observar una temperatura mínima por debajo de la
cual no hay crecimiento (dX/dt 0) a
temperaturas mayores se produce un incremento
lineal de la velocidad de crecimiento con la
temperatura de cultivo hasta que se alcanza la
temperatura óptima a la que m es máxima. Por
encima de esta temperatura óptima, la velocidad
de crecimiento decae bruscamente (µ 0) y se
produce la muerte celular.
72
Tipos de microorganismos según la temperatura
Tipode microorg T mínima T
óptima T máxima Psicrófilo
-5  5 12 15 15 -
20 Psicrótrofo -5  5 25 30
30 - 35 Mesófilo 5 15 30 45
35 - 47 Termófilo 40 45 55 75
60 - 90
73
Gráfica
Veloc de crecimiento
Psicrófilos Mesófilos Termófilos
20 40 60 80
Temperatura (ºC)
74
Efecto del pH
Es un parámetro crítico en el cultivo de
microorganismos ya que estos sólo pueden crecer
en un rango estrecho de pH fuera del cual mueren
rápidamente. El pH intracelular es ligeramente
superior al del medio que rodea las células ya
que, en muchos casos, la obtención de energía
metabólica depende de la existencia de una
diferencia en la concentración de protones a
ambos lados de la membrana citoplásmica.
75
Aspectos sobre el pH
  • Cada tipo de microorganismo tiene un rango de pH
    en el que puede vivir adecuadamente, fuera de
    este rango muere.
  • Los rangos de pH tolerables por diferentes tipos
    de microorganismos son, también, distintos.
  • El pH interno en la mayoria de los
    microorganismos está en el rango de 6.0 a 7.0.

76
Actividad del agua
Se denomina actividad de agua a la relación entre
la presión de vapor de agua del substrato de
cultivo (P)  y la presión de vapor de agua del
agua pura (P0)
P aw
P0
77
Efecto de la radiación
Las radiaciones ultravioleta (uv), Rayos X y
radiación g producen efectos esterilizantes
(destrucción de microorganismos) al alterar las
proteínas, membranas, ácidos nucleicos y al
generar radicales libres del tipo OH y H. El
procedimiento es similar al descrito para el uso
de altas temperaturas. Hay que considerar, sin
embargo, los poderes de penetración de los
diferentes tipos de radiación. Así, por ejemplo,
la radiación uv tiene un poder de penetración muy
bajo y, por consiguiente, se utiliza para
esterilizar superficies, mientras que la
radiación X o la g tiene poderes de penetración
mucho mayores.
78
Presión hidrostática
Las altas presiones inhiben el crecimiento de
los microorganismos La razón por la que las
altas presiones inhiben el crecimiento no está
clara, aunque se ha visto que se detiene la
síntesis de proteínas y los procesos
catabólicos. El efecto de la presión sobre el
crecimiento de los microorganismos tiene
importancia en el desarrollo de sistemas de
eliminación de microorganismos en alimentos y en
la consideración de los microorganismos que
participan en procesos en los que aumenta la
presión.
79
Potencial redox Concentración de oxígeno
Este es otro factor determinante del crecimiento
y del metabolismo del cultivo. El potencial redox
del medio de cultivo nos indica su capacidad para
aceptar o donar electrones, esto es sus
características oxidantes o reductoras. Uno de
los factores que intervienen en el potencial
redox, aunque no el único, es la concentración de
oxígeno O2. Hay microorganismos que requieren
ambientes oxidantes para crecer, mientras que
otros necesitan ambientes reductores.
80
Continuación
En general, cuando un microorganismo requiere un
ambiente oxidante se dice que desarrolla un
metabolismo oxidativo (o respirativo) mientras
que los microorganismos que requieren ambientes
reductores (o menos oxidantes) realizan un
metabolismo fermentativo. Un microorganismo es
aerobio cuando necesita oxígeno para vivir y es
anaerobio cuando o bien no lo necesita o bien
cuando muere en presencia de oxígeno (anaerobios
estrictos como los clostridios). Por otra
parte, hay microorganismos que pueden desarrollar
ambos tipos de metabolismo
81
4. Sistemas de Fermentación
82
Sistemas de Fermentación
  • Son formas diferentes de cultivo de
    microorganismos con el fin de obtener un
    rendimiento deseado
  • La velocidad o la calidad del producto son los
    objetivos del estudio de la cinética del
    crecimiento

83
Factores que Influyen en el Crecimiento
  • Son comunes para todos los sistemas
  • Concentración de substrato
  • Temperatura
  • pH
  • Concentración alta de substrato o de producto

84
Consumo de Nutrientes y Formación de Producto
  • Relacionamos el consumo de substrato y la
    formación de producto con el crecimiento de
    material para cada uno
  • Las concentraciones iniciales de substrato o
    producto, pueden condicionan la rapidez del
    crecimiento

85
Consumo de Nutrientes y Formación de Producto
  • Para el Crecimiento
  • Acumulación total crecimiento desaparición
  • Para el consumo de Substrato
  • Acumulación de substrato alimentación de
    substrato crecimiento formación de producto
    requerimientos para el mantenimiento
  • Para la formación de producto
  • Acumulación de producto formación - destrucción

86
Rendimientos de Biomasa y Producto
  • Muestran en cada caso la cantidad de biomasa o
    producto producido dependiendo de la cantidad de
    substrato
  • Se definen como la cantidad de biomasa o producto
    formado por unidad de substrato

87
Sistemas Discontinuos
  • Se considera un sistema cerrado, para todo menos
    para la aireación
  • Tiene una cantidad limitada de medio
  • Se añade todo el substrato al principio de la
    fermentación

88
Cinética de un Sistema Discontinuo
  • La concentración de biomasa por unidad de tiempo
    es

x XR ? (SR s)
x concentración celular en un tiempo t XR
inóculo o concentración celular inicial ?
rendimiento para el substrato limitante (g de
biomasa por g de substrato consumido) s
concentración de substrato en el tiempo t SR
concentración inicial de medio
89
Sistema Discontinuo
  • Ciclo de Fermentación discontinuo

90
Sistemas Discontinuos Alimentados a Intervalos
  • El substrato se va añadiendo a intervalos durante
    el proceso
  • Es una variación del sistema discontinuo
  • Tiene ventajas con respecto al sistema
    discontinuo convencional. Evita procesos de
    represión y reduce la viscosidad del medio
  • Inconvenientes el crecimiento eficiente
    tienelugar durante una pequeña fase del proceso

91
Sistemas Continuos
  • Sistemas abiertos, en los que el medio se va
    añadiendo de un modo continuo a reactor
  • Se va eliminando medio fermentado del centro de
    la fermentación
  • Podemos distinguir dos modalidades
  • Quimiostato
  • Turbidostato

92
Sistemas Continuos
  • Es básico controlar que el volumen de biorreactor
    sea constante
  • Existen diferentes formas de conseguir esto,
    puede ser mediante un tubo de sobreflujo, o
    mediante el mantenimiento de la velocidad de
    bombeo igual a la rapidez de flujo de entrada de
    medio

93
Sistemas Continuos
  • La concentración de biomasa viene dada por

KsD
x ? SR -
µmax - D
X concentración de biomasa en un estado
estacionario ? rendimiento para el substrato
limitante (g de biomasa por g de substrato
consumido) Ks constante inicial SR
concentración inicial de medio D velocidad
específica de crecimiento µmax velocidad máxima
de crecimiento
94
Quimiostato
  • Suministramos nutriente esencial limitante a
    medida que va siendo necesario.
  • Se va eliminando biomasa para formarse biomasa
    nueva.
  • La densidad y rapidez de crecimiento se mantiene
    constante, debido a que la cantidad de substrato
    y de producto también se mantienen constantes.

95
Quimiostato
  • Esquema del fermentador

96
Quimiostato
  • La rapidez de crecimiento depende del tipo de
    nutriente limitante
  • Carbono
  • Nitrógeno
  • Fósforo
  • Vitamina
  • Los demás nutrientes esenciales están presentes
    en exceso.

97
Turbidostato
  • El producto no se saca del reactor
  • Tenemos un circuito de reflujo, que acoge el
    producto cuando hay exceso, de ese modo se
    mantiene constante la velocidad
  • La cantidad de producto que hay en el reflujo,
    determina la cantidad de medio que se añade al
    biorreactor

98
Turbidostato
  • Esquema del turbidostato

99
Síntesis de Metabolitos Secundarios
  • Existen productos cuya síntesis no está
    relacionada con el crecimiento, estos se
    denominan METABOLITOS SECUNDARIOS
  • No se puede relacionar su formación con el
    crecimiento porque no existe relación.
  • Los mas famosos son los Antibioticos
About PowerShow.com