PROCESOS DE FERMENTACIÓN

PROCESOS DE FERMENTACIÓN

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

1.- Introducción.

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

1.1.-Concepto de fermentación
Proceso de fermentación: MICROORGANISMOS Bacterias, levaduras , hongos MICROORGANISMO MEDIO DE CULTIVO CO2 CONDICIONES AMBIENTALES PRODUCTO Intra o extra celular

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).

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

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

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

1.3.- Ejemplos.(IV) Fermentación láctica:

2.- Materias primas y medios de cultivo.

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.

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.

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.

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.

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...

2.1.- Criterios utilizados en la formulación del medio.(IV)

2.1.- Criterios utilizados en la formulación del medio.(V)
Elementos en el medio:Similar 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)

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

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

2.1.- Criterios utilizados en la formulación del medio.(VIII)
PH:Las hifas del P. Chrysogenum se vuelven más cortas y gruesas a medida que el pH es más alcalino, forman gránulos.

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.

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

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.

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.

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.

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.

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

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.

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).

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).

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)

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......

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.

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

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%.

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..)

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 .

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).

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

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)

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.

2.6.-Mantenimiento y esterilización.(IV)

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

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

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

3.- CINETICA DEL CRECIMIENTO DE LOS MICROORGANISMOS

3.2-Conceptos básicos Generación (n) Velocidad de crecimiento: n vc =
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

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

Ciclo celular: fisión binaria
Gemación, ej. levaduras

Crecimiento de poblaciones
Crecimiento exponencial: es el tipo de crecimiento de una población donde el número de células se duplica cada cierto tiempo

3.3- Formas de medición del crecimiento microbiano
Peso seco celular Absorción Peso húmedo Volumen Número de células Mediciones físicas

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.

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

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.

Recuento de viables - Filtración por membrana

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

por cámara de Petroff-Hausser
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

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.

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):

Crecimiento de un microorganismo en medio de cultivo líquido
1- Fase de latencia 2- Fase exponencial 3- Fase estacionaria 4- Fase de muerte

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 > velocidad de división celular

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 Xo 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

Representación aritmética y exponencial del crecimiento

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

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.

Tipos de microorganismos según la temperatura
Tipode microorg T mínima T óptima T máxima Psicrófilo – Psicrótrofo -5 – Mesófilo – – Termófilo – –

Gráfica Veloc de crecimiento Temperatura (ºC) Psicrófilos Mesófilos
Termófilos Temperatura (ºC)

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.

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.

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

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.

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.

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.

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

4. Sistemas de Fermentación

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

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

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

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

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

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

Cinética de un Sistema Discontinuo
La concentración de biomasa por unidad de tiempo es: x – XR = γ (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

Sistema Discontinuo Ciclo de Fermentación discontinuo

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 tiene lugar durante una pequeña fase del proceso

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

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

Sistemas Continuos La concentración de biomasa viene dada por: Ks·D
x’ = γ SR - 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 μmax = velocidad máxima de crecimiento

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.

Quimiostato Esquema del fermentador

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

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

Turbidostato Esquema del turbidostato

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

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