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SESIÓN DE APRENDIZAJE N°5
PRODUCCIÓN A GRAN ESCALA DE PROTEÍNAS RECOMBINANTES Cinética de crecimiento de microorganismos (Fermentación). Optimización de la eficiencia del proceso de fermentación. Recolección de células. Biorreactores. Sistemas típicos de fermentación a gran escala (Destrucción de células).
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Introducción El principal objetivo de un proceso fermentativo es el de obtener productos metabólicos útiles a partir de materiales biológicos (sustratos). El proceso fermentativo comprende dos principales fases distintas: la fermentación y la recuperación de los productos.
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Para el cultivo de microorganismos en condiciones óptimas, así como para la producción, por parte de los microorganismos, de los metabolitos o las enzimas deseadas, deben ser desarrollados procedimientos de fermentación.
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Pero también el desarrollo de cepas mediante manipulación genética y/o la regulación del metabolismo mediante la optimización del medio de cultivo así como el control adecuado de los factores físico-químicos que afectan al rendimiento de las fermentaciones industriales (02, Temperatura, pH, etc).
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La recuperación del producto o "procesamiento posterior" (del inglés downstream processing) conlleva la extracción y purificación de los productos biológicos. La recuperación en los procesos bioquímicos difiere de la recuperación química, principalmente, en que los materiales biológicos son frecuentemente mucho más lábiles.
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Por lo tanto, la producción de productos metabólicos útiles a partir de microorganismos con lleva una íntima relación entre la ciencia y la tecnología. Por un lado se deben desarrollar los microorganismos de interés industrial y por otro se debe asegurar que estos microorganismos puedan crecer en gran cantidad bajo aquellas condiciones que originen el mejor rendimiento posible del producto.
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La Fermentación es un proceso catabólico de oxidación incompleto, totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones. Fue descubierta por Pasteur, que la describió como la vie sans l´air (la vida sin el aire) Fermentación
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El proceso de fermentación es anaeróbico ya que se produce en ausencia de oxígeno.
Esto significa que el aceptor final de los electrones del NADH producido en la glucolisis no es el oxígeno, sino un compuesto orgánico que se reducirá para poder reoxidar el NADH a NAD+. El compuesto orgánico que se reduce (acetaldehído, piruvato etc) es un derivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente.
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Sin embargo, en la industria la fermentación puede ser oxidativa, es decir, en presencia de oxígeno, pero es una oxidación aeróbica incompleta, como la producción de ácido acético a partir de etanol. Las fermentaciones pueden ser: Naturales, cuando las condiciones ambientales permiten la interacción de los microorganismos y los sustratos orgánicos susceptibles. Artificiales, cuando el hombre propicia condiciones y el contacto referido
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De acuerdo con Steinkraus (1995), la fermentación de los alimentos sirve a 5 propósitos generales:
•Enriquecimiento de la dieta a través del desarrollo de una diversidad de sabores, aromas y texturas en los substratos de los alimentos. •Preservación de cantidades substanciales de alimentos a través de ácido láctico, etanol, ácido acético y fermentaciones alcalinas. •Enriquecimiento de substratos alimenticios con proteína, aminoácidos,ácidos grasos esenciales y vitaminas. •Detoxificación durante el proceso de fermentación alimenticia. •Disminución de los tiempos de cocinado y de los requerimientos de combustible.
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En líneas generales , un proceso típico de fermentación comienza en la fermentación y en la esterilización del medio de cultivo, así como la esterilización del equipamiento. Las células crecen en un cultivo de mantenimiento (5 a 10 mL), posteriormente en un matraz (200 a mL) y de ahí en un prefermentador (10 a 100 L) para finalmente inocular el fermentador de producción (1.000 a L).
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Una vez que la fermentación se ha completado, las
células se separan del cultivo líquido. Si el producto es intracelular, se rompen las células, se eliminan los restos celulares y se recupera el producto del fluido libre de restos celulares. Si el producto es extracelular, se purifica a partir del sobrenadante libre de células.
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