Fermentaciones

Fermentaciones
Dra. Yenizey Merit Alvarez
Es el espacio físico donde se realizará los procesos
bioquímicos por parte de una especie microbiana.
* superficie o estacionario.
* sumergidas de lecho empacado o dinámico.
 Disponibilidad
de nutrientes (C y N)
 pH del sustrato
 Temperatura de incubación
 Disponibilidad de oxígeno
 Fase de crecimiento del microorganismo
 Presencia de microorganismos competidores
“Rendimiento de la fermentación”

Fermentación discontinua (batch)
1.
Sistema cerrado
2.
Adición de oxígeno, agente antiespumante y ácidos o bases
3.
Tiene una cantidad limitada de medio
4.
Se interrumpe al final de la fase logarítmica (metabolitos primarios) o antes de
que comience la fase de muerte (metabolitos secundarios)

La concentración de biomasa por unidad de
tiempo es:
x – XR = γs (SR – s)
x = concentración celular en un tiempo t
XR = inóculo o concentración celular inicial
γ = 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
Ys = dN/dS
μ = (dN/dt)/N
(dN/dt)/N = Ys (dS/dt)/N
μ = Ys qs
«tasa específica de consumo de substrato»




Fermentación continua
Crecimiento en un sistema abierto
 se realiza un suministro constante de
nutrientes
 se realiza una eliminación continua de
residuos
Mantiene las células en fase
logarítmica/exponencial a una
concentración constante de biomasa
durante largos periodos de tiempo
Esto se logra empleando un sistema de
cultivo continuo
 Quimiostatos
 Turbidostatos
 La
concentración de biomasa viene dada por:
x’ = γ SR -
Ks·D
μmax - D
X’ = concentración de biomasa en un estado estacionario
γ = 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 (μ)
μmax = velocidad máxima de crecimiento
Quimiostato
1) La velocidad a la que se añade el medio fresco al cultivo es igual que
la velocidad a la que se elimina el medio del cultivo
2) La rapidez de crecimiento depende del tipo de nutriente limitante
D = f/V
f es la velocidad de flujo (ml h-1)
V el volumen del recipiente en ml
Turbidostato
1.
Regula el flujo de medio de cultivo fresco al recipiente del cultivo de
forma que se mantiene una turbidez o densidad celular constante
2.
La velocidad de dilución es variable
3.
No hay nutrientes limitantes
4.
Funciona mejor a elevadas velocidades de dilución
DILUCIÓN CRÍTICA (Dc)
VENTAJAS DEL CULTIVO CONTINUO SOBRE EL CULTIVO POR LOTES:






Opera por periodos largos; tiempos muertos bajos
Costos de operación y trabajo bajos
El cultivo se mantiene con coeficientes de crecimiento constantes
Crecimiento balanceado, composición celular constante
Generación de biomasa constante como productividad y conversión
Volumen de reactor reducido en comparación a la productividad similar en
proceso por lotes
DESVENTAJAS DEL CULTIVO CONTINUO SOBRE EL CULTIVO POR LOTES:
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


Alto costo por alta calidad de equipos y accesorios
Requiere gran reservorio para almacenamiento de medio (sustrato)
Esterilización continuada, separación continuada de producto y niveles de
purificación
Biosensores sofisticados y automatización computarizada para operación
óptima
Se incrementa el riesgo de contaminación debido a la amplia operación
Posibilidad de mutación, incremento de FAGOS por los cambios genéticos
debido a la presencia de plasmidos
La conversión total de sustrato exige sistema de multiniveles, inmovilización
celular o recirculación celular que encarece el costo de operación.
RENDIMIENTOS:
rendimiento biomasa:
rendimiento en producto:
rendimiento del sustrato:
Y p/x = dP
dX
METABOLITOS PRIMARIOS Y SECUNDARIOS
Aminoácidos utilizados en la industria alimentaria
Aminoácido
Producción aual
en el mundo (Tm)
L-glutamato
L-aspartato y alanina
Glicina
L-cysteina
L-triptófano+L-histidina
370.000
5.000
6.000
700
400
Aspartame
7.000
(a partir de
L-fenilalania+L-aspártico)
L-lisina
70.000
DL-Metionina
70.000
Usos
Finalidad
Varios alimentos
Zumos de frutas
Alimentos edulcorados
Pan
Zumos
Varios alimentos
Leche en polvo
Bebidas refrescantes
Reforzar el sabor, ablandador de la carne
Enriquecer el sabor
Mejora del sabor, Partida para síntesis orgánicas
Mejora calidad
Antioxidante
Antioxidante, evita enranciado; aditivo nutritivo
Pan (Japón).
Piensos
Productos de la soja y
Piensos.
Aditivo nutritivo
Aditivo nutritivo
Aditivo nutritivo
Aditivo nutritivo
Edulcorante bajo en calorias
CULTIVOS INICIADORES (Starters)
Son microorganismos viables adicionados a los
alimentos o a un sustrato para mejorar su calidad o
aumentar su aceptabilidad. Cultivos puros o mixtos
de cepas de M.O. seleccionados, con una actividad
enzimática y que son adicionados en cantidades
definidas para producir una transformación deseable
en el sustrato.
CARACTERISTICAS
Especie
 Número de microorganismos
 Actividad
 Ausencia de otros microorganismos
 Apatogenicidad
 Mesofilos
 Homofermentativo (bacterias lacticas)
 Halo y nitrito tolerantes (para carnes)
 Preferentemente no lipoliticas, ni proteolíticas.
 Inexistencia de toxinas.

Los cultivos iniciadores “starters”
Inducen cambios en las propiedades de los
alimentos,
• Modificación en la textura
• La conservación,
• El desarrollo de aromas
• La mejora nutricional.
PRINCIPALES
INCIADORES
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•
APLICACIONES
DE
LOS
CULTIVOS
Industrias lácticas
Industrias cárnicas
Industrias panificadoras
Industrias conserveras de vegetales
Fermentación de bebidas alcohólicas
Producción de alcohol industrial.
IMPORTANCIA DEL SUSTRATO
Debe ser un sustrato industrial inócuo.
 Abundante dependiendo de la región
 Económicamente viable
 Inducir a la producción del M. O. o de un
metabolito


MATERIAS PRIMAS COMO SUSTRATO:
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De origen animal:
Carne de res
Corazón de res
Cerebro de ternera o res
Hígado, Sangre, Gelatina, Caseína
Pescado.
De origen vegetal
Soya, (harina de soya)
Papa (harina de papa y papa dulce)
Maíz (hanias de maíz)
Malta (harina de cebada malteada)
Tomate
Trigo (harina de trigo)
Arroz (harinas de arroz y derivados de cascarilla)
Guisantes
De origen microbiano
Levadura de panadería
Levadura de cerveza.