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FERMENTACIONES SUBMÓDULO
M4S1
M4S1
FERMENTACIONES
En
DEFINICIÓN:
términos generales, la Fermentación implica el empleo de microorganismos, para llevar a cabo transformaciones de la materia orgánica catalizadas por enzimas.
FERMENTACIONES
FERMENTACIONES FERMENTACIONES
EN
ALIMENTOS: USO
DE CULTIVOS STARTER EN LA ELABORACIÓN DEL QUESO: Éstas son
bacterias inocuas y necesarias, las cuales influyen en el proceso de acidificación, imprescindible para darle al queso sus características propias de textura, sabor y aroma, e impedir el desarrollo de bacterias dañinas.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL FERMENTACIONES EN ALIMENTOS: Uso de cultivos Starter en la elaboración del queso:
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL FERMENTACIONES EN ALIMENTOS: Fabricación de Cerveza con levadura Saccharomices Cerevisiae:
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL FERMENTACIONES EN ALIMENTOS: Producción de Vinagre a partir de Levadura Acetobacter Aceti y Mycoderma Aceti: El vinagre es un líquido miscible en agua, con sabor agrio, que proviene de la Fermentación Acética del Alcohol, como la del vino y manzana. Para que se lleve a cabo ésta transformación, deben existir las condiciones apropiadas de pH, concentración de alcohol y proteínas en el vino.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL
FERMENTACIONES EN ALIMENTOS:
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL FERMENTACIONES EN ALCOHOLES: PRODUCCIÓN DE ETANOL A PARTIR DEL MAÍZ: Éste se produce a partir de la fermentación de los azúcares obtenidos del maíz, y el cual se utiliza como combustible solo o mezclado en cantidades variadas con gasolina ( Gasohol o Alconafta). Las mezclas mas comunes son E10 y E85.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL
FERMENTACIONES EN ALCOHOLES:
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL PRODUCCIÓN DE DE GLUTAMATO MONOSÓDICO A TRAVÉS DE FERMENTACIÓN AEROBIA. Ésta sal Sódica del Ácido Glutámico, es un potenciador del sabor, el cual equilibra, combina y resalta el carácter de los sabores. En la actualidad, la mayor parte de GMS se realiza por Fermentación Bacteriana, en un proceso similar al usado para producir vino, vinagre y yogur. La Fermentación produce el Glutamato, al cual después se le añade Sodio, mediante la técnica de Neutralización.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL FERMENTACION EN AMINOÁCIDOS: Producción de de Glutamato Monosódico a través de Fermentación Aerobia.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL BIOPOLÍMEROS – PRODUCCIÓN DE GOMA XANTANA POR FERMENTACIÓN. El Xantano es un polímero que produce un gran efecto en los alimentos como la textura, liberación de aroma y apariencia, por su carácter viscoso. En la industria farmacéutica y cosmética, se utiliza como agente emulsificante y para dar cuerpo a productos como el champú, cremas, maquillaje, etc.. También se usa para mantener en suspensión a los antibióticos y otros fármacos.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL
BIOPOLÍMEROS: PRODUCCIÓN DE GOMA XANTANA
Bacteria Xanthomonas Campestris
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL PRODUCCIÓN DE VITAMINA B12 POR FERMENTACIÓN La Vitamina B12, o Cianocobalamina, es un factor antianémia presente en los huevos, aves, carne, mariscos, leche y sus derivados y ciertas algas de color rojo y verde como Nori y Chlorella. La falta de ésta Vitamina conducen a un déficit en el transporte de Metilos, lo cual incide negatívamente en la síntesis de Purinas (componentes del ADN), y por lo tanto a una deficiencia en la multiplicación celular.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL PRUDUCCIÓN DE VITAMINA B12 A PARTIR DE BACTERIAS PSEUDOMONAS:
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL PRODUCCIÓN DE VITAMINA B2, A PARTIR DE BACTERIAS ASHBYA GOSSYPII: Ésta Vitamina, actualmente se produce mediante la Fermentación con Ashbya Gossypii a un alto rendimiento, mediante el desarrollo de cepas, la optimización de la solución de nutrientes a base de un líquido de maceración del maíz y Aceite de Soja y una adecuada aireación.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL
VITAMINAS:
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL
PRODUCCIÓN DE ANTIBIÓTICOS POR FERMENTACIÓN: Los Antibióticos son producidos a escala industrial por el proceso de fermentación, donde el microorganismo productor se crece en envases grandes (100,000 – 150,000 L o más), los cuales tienen un medio de cultivo y donde la temperatura, el pH y los niveles de nutrientes deben de ser óptimos, dependiendo del microorganismo productor.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL
ANTIBIOTICOS:
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL
PRODUCCIÓN DE VACUNAS POR FERMENTACIÓN: Se refiere a la producción de sustancias formadas por microorganismos completos atenuados o muertos, o fracciones de los mismos, los cuales son capaces de inducir una respuesta inmune protectora y duradera frente a dichos microorganismos.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL
VACUNAS:
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN PROCESOS CONTINUOS Y DISCONTINUOS: Las Fermentaciones se pueden llevar a cabo mediante los siguientes procesos:
Discontinuos.
En éste cultivo, todo el sustrato se añade al comienzo de la fermentación. Discontinuos alimentados a intervalos. En éste, el sustrato se va añadiendo a intervalos a lo largo del proceso. Continuos.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN SISTEMAS DE FERMENTACIÓN DISCONTINUOS O BATCH: Una Fermentación por lotes (Batch) o Discontinua, puede ser considerada como un sistema cerrado. Al inicio de la operación se añade la solución esterilizada de nutrientes y se inocula con el microorganismo, permitiendo que se lleve a cabo la inoculación en condiciones óptimas de Fermentación. A lo largo de toda la Fermentación no se añade nada, excepto Oxígeno (en forma de aire), un agente antiespumante y Ácidos o Bases para controlar el pH.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN DISCONTINUOS O BATCH:
Cuando se ha alcanzado el nivel deseado de reacción, se vacía el reactor, se limpia y se repite el proceso.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE FERMENTACIÓN DISCONTINUOS (BATCH): Dificultad para controlar la velocidad de crecimiento, excepto variando la composición del medio o las condiciones del proceso. Altas concentraciones de nutrientes pueden inhibir el crecimiento, debido al aumento de la Presión Osmótica del medio o la toxicidad de los nutrientes.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE FERMENTACIÓN DISCONTINUOS (BATCH): La alta demanda de Oxígeno puede generar una limitación, debido a la insuficiente capacidad del reactor para transferir O₂ al medio. Inconveniencia para remover el calor producido. Los tiempos muertos entre los procesos disminuye la Productividad.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN PROCESO DISCONTINUO ALIMENTADO: Éste es una mejora del Proceso Cerrado de Fermentación. En éste proceso, los elementos críticos de la solución de nutrientes se añaden en pequeñas concentraciones al principio de la Fermentación y continúan añadiéndose en pequeñas dosis durante la fase de producción.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN PROCESO DISCONTINUO ALIMENTADO: El Proceso Batch Alimentado es útil cuando el crecimiento celular y la formación del producto son sensibles a la concentración del sustrato, es decir, cuando la Productividad de la Biomasa se ve afectada. Éste método se usa cuando se quieren evitar fenómenos de inhibición por sustrato y se requiere alcanzar una alta concentración de Biomasa.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN VENTAJAS DELPROCESO DISCONTINUO ALIMENTADO: Limitar la demanda de O₂ del cultivo. Obtener altas concentraciones de sustrato evitando el efecto Osmótico y tóxico de nutrientes. Maximizar el crecimiento celular y la taza de producción.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN PROCESO CONTINUO: En éste proceso se establece un Sistema Abierto de Fermentación, en el cual la solución nutritiva estéril se añade continuamente al biorreactor y una cantidad equivalente de la solución utilizada de los nutrientes y microorganismos, se saca simultáneamente del sistema.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
PROCESO CONTINUO:
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN VENTAJAS DEL PROCESO CONTINUO: Ésta Fermentación opera por períodos largos, teniendo muy cortos tiempos muertos, y además bajos costos de operación. El cultivo se mantiene con coeficientes de crecimiento y composición celular constante. El volumen del reactor es reducido en comparación a la productividad similar, en procesos por lotes o Batch.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN DESVENTAJAS DEL PROCESO CONTINUO: Se tiene un alto costo, debido al requerimiento de alta calidad de equipos y rios. Se requiere de una esterilización continuada, una separación continua del producto y adecuados niveles de purificación. Se requieren biosensores sofisticados y una automatización computarizada a fin de tener una operación óptima. Se incrementa el riesgo de contaminación, debido a la amplia operación.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN DISEÑO DEL FERMENTADOR El Fermentador típico moderno de laboratorio, se debe diseñar como una unidad sofisticada con las características e instrumentación necesarias, para llevar a cabo una gran variedad de procesos de fermentación. Por otro lado, los de escala de producción industrial, son unidades construidas a medida y diseñadas para un proceso determinado, teniendo solo las características e instrumentación específicas para el proceso de producción particular.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
FERMENTADOR DE LABORATORIO
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
FERMENTADOR INDUSTRIAL
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN DISEÑO DEL FERMENTADOR Debido a que muchos Fermentadores tienen que trabajar en condiciones asépticas, el biorreactor, al igual que la red de tuberías, debe ser diseñado como un recipiente a presión, de tal forma que el sistema pueda esterilizarse a la temperatura y presión adecuadas, con un mínimo de 121°C y 15 psi durante 15-30 minutos.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN CONDICIONES EN EL DISEÑO DE UN FERMENTADOR 1. Recipiente: Debe ser diseñado para ser esterilizado con vapor a presión , resistente a la corrosión química y con materiales no tóxicos para el organismo. Los materiales de construcción comunes son el Vidrio, de un espesor apropiado para Fermentadores Pequeños con mirillas y de Acero Inoxidable, resistente al pH del proceso.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN CONDICIONES EN EL DISEÑO DE UN FERMENTADOR 2. Entrada y salida del Fermentador: Deben ser esterilizables con vapor de agua. 3. Tuberías: Sin espacios muertos, inclinadas hacia el punto de drenaje. 4. Válvulas: Sus materiales de construcción deben tolerar las condiciones de Temperatura y Presión del proceso, y ser resistentes a los componentes químicos utilizados.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN CONDICIONES EN EL DISEÑO DE UN FERMENTADOR 5. Entrada de gas: Con filtro de aire para esterilizar el aire de entrada y válvula de no retorno(check). 6. Salida de gas: Diseñado para que no se produzca la contaminación por flujo en contracorriente. 7. Alimentación de aditivos: Alimentación esterilizada por calentamiento o filtración. 8. Alimentación, Inóculo y líneas de muestreo: Deben ser esterilizables con vapor de agua antes y después de su uso.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN AIREACIÓN Y MEZCLADO: El proceso de Fermentación Industrial Aerobio incluye un sistema de agitación mecánico, consistente en un eje vertical con varios agitadores para conseguir un buen mezclado y una buena dispersión a través del medio. Además, disponen de varios deflectores localizados a lo largo del perímetro del reactor, con el objeto de incrementar la turbulencia. El aire estéril se introduce por la base del tanque y es dispersado eficazmente por el sistema de agitación.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
AIREACIÓN Y MEZCLADO:
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN TRANSFERENCIA DE MASA: Durante el crecimiento y metabolismo microbianos, tiene lugar de forma continua la transferencia de nutrientes entre el medio exterior y la célula. En éste intercambio, cada nutriente experimenta diversas fases, pudiendo encontrarse en forma de Sólido, Líquido o Gas. En los procesos de Fermentación Convencionales, la demanda microbiana de sustratos distintos al Oxígeno es cubierta usualmente sin dificultad, puesto que éstos son suministrados en exceso en solución en el medio.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN TRANSFERENCIA DE MASA: La velocidad de transferencia de masa entre las fases Líquida y Gaseosa está fuertemente influenciada por la solubilidad del gas en la fase liquida. El Oxígeno es poco soluble en soluciones acuosas, y por lo tanto en muchos procesos de Fermentación Aerobios el suministro del mismo es un factor crucial determinante de las velocidades metabólicas. La transferencia de Oxígeno implica la transferencia de Oxigeno desde las burbujas de aire a la solución, de ésta a las células y finalmente la absorción del mismo por la células.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN SUSTRATOS USADOS COMO FUENTES DE CARBONO: Los Carbohidratos son las fuentes de energía por excelencia en la industria de la Fermentación. Por razones económicas, la Glucosa o la Sacarosa son usadas muy raramente como única fuente de C, excepto en procesos que requieran un control muy preciso de la Fermentación. Los Sustratos usados mas abundantemente en las Fermentaciones son:
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN MELAZAS:
Son el subproducto de la Industria Azucarera, derivados de la refinación de la misma, siendo una de las fuentes mas baratas de Carbohidratos. Además de una elevada cantidad de azúcares, contienen Sustancias Nitrogenadas y Vitaminas.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
MELAZAS:
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
Es
EXTRACTO DE MALTA:
el extracto acuoso de la Cebada Malteada. Se trata de un sustrato excelente para muchos Hongos y Levaduras. El extracto seco de Malta contiene entre un 90 y 92 % de Carbohidratos, (Hexosas como la Glucosa y Fructosa, y Disacáridos como la Maltosa y la Sacarosa).
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN EXTRACTO DE MALTA:
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN ALMIDÓN Y DEXTRINAS: Éstos pueden ser metabolizados directamente por los organismos productores de Amilasas, las cuales digieren el Glucógeno y el Almidón para formar azúcares mas simples.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN LÍQUIDOS SULFÍTICOS DE LAS PAPELERAS: Se trata de productos residuales que contienen azúcar de la Industria del papel. CELULOSA: Debido a su gran disponibilidad y bajo costo, la Celulosa esta siendo utilizada como Sustrato de Fermentación. Proviene de la Paja, Residuos de Mazorcas, Turba, Papel, etc..
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
CELULOSA:
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN CRITERIOS USADOS EN LA FORMACIÓN DEL MEDIO: Los medios usados en las Fermentaciones Industriales deben contener todos los elementos necesarios para la síntesis del material celular y para la formación del producto, satisfaciendo los objetivos técnicos del proceso y ofreciendo un medio ambiente favorable para el crecimiento y/o formación del producto, y al mismo tiempo deben ser económicamente rentables.
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN INFLUENCIA DEL MEDIO EN EL CRECIMIENTO CELULAR: Los microorganismos necesitan Carbono, Nitrógeno, Minerales, a veces Factores de Crecimiento, Agua y (si son Aerobios), Oxígeno para formar su Biomasa y como fuente de energía para la Biosíntesis y Mantenimiento Celular. También pueden ser necesarios elementos traza como Cu, Mn, Co, Mo, y B. Prácticamente en todas las Fermentaciones Industriales el Carbono suministra la energía para el crecimiento, así como los átomos de C para la Biosíntesis.
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN ELEMENTOS BÁSICOS DE UN MEDIO DE CULTIVO: Fuente de energía. Macronutrientes: Fuentes de C, H, O, N, F, K, Mg. Micronutrientes: Fe, Mn, Mo, Zn, S, Cu, V, Co, B, Ni, Cr. Vitaminas y Hormonas: Hidrosolubles, Liposolubles, Complejo B, etc. Componentes opcionales: sales con efecto tampón, Agentes antioxidantes, etc.
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN
ELEMENTOS BÁSICOS DE UN MEDIO DE CULTIVO:
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN OXÍGENO: La mayoría de los procesos de Fermentación son Aerobios, por lo que se requiere el suministro de Oxígeno como materia prima. La oxidación completa de la Glucosa, representada en la siguiente ecuación: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ = 6 H₂O + 6 CO₂ Necesita de 192 g de Oxígeno para oxidar 180 g de Glucosa. Además de ésta demanda global de Oxígeno, los procesos Metabólicos se ven influenciados por la concentración de oxígeno disuelto en el medio.
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN
OXÍGENO:
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN CONTROL DEL pH: Entre las materias primas utilizadas directamente para el control del proceso de fermentación, se encuentran los tampones, Ácidos y Álcalis para el control del pH. Fosfato inorgánico en exceso, por su buena capacidad tamponante en la región de pH entre 6 y 7.5. Ácidos orgánicos para valores de pH inferiores. Adición de Hidroxisales, Amoniaco líquido o gaseoso y Ácidos Sulfúrico y Clorhídrico.
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN
CONTROL DEL pH:
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN ESPUMA: Ésta se produce debido a la naturalización de las Proteínas en la interface Gas-Líquido. Si no se controla, puede ir ascendiendo hasta ocupar toda la cabeza del Fermentador, evacuando gran parte del contenido del aparato a través de la salida de aire, causando además la eliminación de células del medio.
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN
ESPUMA:
MEDIOS DE FERMENTACIÓN MICROBIANA CARBOHIDRATOS: El Almidón es el Carbohidrato mas importante usado actualmente en los procesos de Fermentación. Puede emplearse en forma de granos o raíces, enteros o molidos, de plantas como el Maíz, el Arroz, el Trigo, las Patatas y la Mandioca. Durante el calentamiento de los gránulos el Almidón gelifica, por lo que usualmente se incluye en el proceso una etapa de Hidrólisis enzimática para que se licue el mismo.
MEDIOS DE FERMENTACIÓN MICROBIANA
CARBOHIDRATOS (ALMIDÓN):
MEDIOS DE FERMENTACIÓN MICROBIANA
La
CARBOHIDRATOS (SACAROSA):
Sacarosa se utiliza en los procesos de Fermentación en forma cristalina o en forma de zumos o melazas. Aunque el azúcar contenida en las melazas es mas barato, su composición varía notoriamente con la fuente (Caña de azúcar o Remolacha ).
MEDIOS DE FERMENTACIÓN MICROBIANA
CARBOHIDRATOS (SACAROSA):
MEDIOS DE FERMENTACIÓN MICROBIANA CARBOHIDRATOS (LACTOSA): La Lactosa(Azúcar de la leche), se encuentra en el suero de la leche a una concentración del 4 al 5 %, por lo cual en algunos procesos de producción de alcohol se emplea suero entero como fuente barata de Hidratos de Carbono.
MEDIOS DE FERMENTACIÓN MICROBIANA CARBOHIDRATOS (GLUCOSA): La Glucosa se obtiene usualmente en los medios de Fermentación a partir de la conversión enzimática directa del Almidón. En algunos casos se usa Glucosa refinada la cual es mas costosa, para la elaboración de productos de mayor valor.
MEDIOS DE FERMENTACIÓN MICROBIANA CARBOHIDRATOS (ETANOL): El Etanol, el cual puede ser metabolizado por muchos microorganismos como una fuente de Carbono, puede ser un material de partida potencial para la producción de otros productos de Fermentación, por ejemplo, el Ácido Acético, por medio de la Oxidación microbiana del Etanol.
MEDIOS DE FERMENTACIÓN MICROBIANA
CARBOHIDRATOS (ETANOL):
MEDIOS DE FERMENTACIÓN MICROBIANA NITRÓGENO: Las fuentes más importantes de Nitrógeno para la Fermentación son el Amoniaco, los Nitratos, la Urea y el contenido en los cereales y raíces y sus subproductos.
MEDIOS DE CULTIVO DE CÉLULAS ANIMALES
Históricamente, se ha incorporado suero fetal de ternera al medio de cultivo de células de mamífero, como una fuente esencial de Factores de Crecimiento. Sin embargo, su existencia es limitada y su precio elevado. Normalmente, el suero representa de un 5-10% del volumen del medio. Éste suero contiene diversos factores esenciales para el metabolismo y proliferación celular, incluyendo Factores de iniciación, Proteínas ligadoras, Factores de unión y compuestos de Peso Molecular bajo.
MEDIOS DE CULTIVO PARA EL CRECIMIENTO DE CÉLULAS VEGETALES
La mayoría de los Medios de Cultivo de Células Vegetales tienen una composición definida, consistente en una fuente de Carbono orgánico, una fuente de Nitrógeno, Sales Inorgánicas y Reguladores del crecimiento. La fuente de Carbono mas utilizada es la Sacarosa, aunque también se usan Mono y Disacáridos como la Glucosa, Fructosa Y Lactosa. La fuente mas importante de Nitrógeno son los Nitratos. En la mayoría de los cultivos de células vegetales son necesarias Hormonas Vegetales (Auxinas), que inducen la división celular.
PROCESADO DE LA CORRIENTE DE SALIDA
Ésta etapa, trata de la recuperación y purificación del producto obtenido en los procesos de Fermentación Industrial, cuyo objetivo es recuperar y refinar los productos, hasta que éstos alcancen unas especificaciones dadas, consiguiendo un rendimiento de producto máximo, con unos costos de recuperación mínimos.
PROCESADO DE LA CORRIENTE DE SALIDA
La naturaleza del proceso de recuperación está influenciada por el Tipo de Fermentación, las Propiedades Físicas y Químicas del producto, los Subproductos o Contaminantes no deseados, la Concentración del Producto, la Escala de operación, el Tratamiento de los desechos, la Estabilidad del Producto y las Especificaciones deseadas.
PROCESOS DE SEPARACIÓN
Los productos de los Procesos de Fermentación incluyen Gases , Moléculas solubles secretadas en el caldo de fermentación y Sólidos. Los Gases, como el Dióxido de Carbono y el Metano, producidos por ejemplo durante la producción de Alcohol y durante la Digestión Anaerobia, pueden ser recogidos a partir de las líneas de salida de Gases, purificados y comprimidos para uso comercial.
PROCESOS DE SEPARACIÓN
En la inmensa mayoría de los casos, la primera etapa de purificación para los productos consiste en la separación de las células y los sólidos del líquido de cultivo. En las Fermentaciones con cultivos sumergidos, ésta etapa de separación implica procesos como la Sedimentación, Floculación, Centrifugación o la Filtración.
PROCESOS DE SEPARACIÓN
PURIFICACIÓN DE LOS PRODUCTOS DE LA FERMENTACIÓN:
PROCESOS DE SEPARACIÓN DESTILACIÓN: La Destilación se utiliza para recuperar productos de la Fermentación volátiles, como por ejemplo el Etanol, y para la recuperación y posterior reutilización de solventes empleados en otras etapas del procesado posterior a la propia Fermentación. La Evaporación se utiliza para obtener líquidos concentrados como productos finales, o para la preparación de materias primas para el secado posterior.
PROCESOS DE SEPARACIÓN
DESTILACIÓN:
PROCESOS DE SEPARACIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO TANQUE DE SEDIMENTACIÓN: Las células o sólidos sedimentan en el fondo del recipiente, debido a la fuerza de la gravedad.
PROCESOS DE SEPARACIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO
FLOCULANTES SINTÉTICOS:
PROCESOS DE SEPARACIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO
CENTRIFUGACIÓN CONTINUA:
PROCESOS DE SEPARACIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO FILTRACIÓN DISCONTINUA: Uso de Filtros de placas filtrantes cubiertas con tela, dispuestas de tal forma que la pasta y el filtrado fluyan desde una placa y la siguiente.
PROCESOS DE SEPARACIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO FILTRACION CONTINUA: Se usan Filtros Rotatorios al vacío, en los cuales la pasta se alimenta desde el exterior. El filtrado es arrastrado a lo largo del filtro dentro del tambor mediante vacío. La torta de filtración se elimina automáticamente mediante una cuchilla.
PROCESOS DE SEPARACIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO
FILTRACION CONTINUA:
PRODUCCIÓN DE BIOMASA INTRODUCCIÓN: Éstos procesos de Fermentación son en los cuáles las células microbianas son el producto final mas importante, y son utilizadas principalmente como fuente de proteínas para la alimentación animal o humana, o como inóculo comercial en las Fermentaciones de la Industria de elaboración de Alimentos, en Agricultura, Tratamiento de desechos y otras aplicaciones.
PRODUCCIÓN DE BIOMASA
PRODUCCIÓN DE BIOMASA PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES: SUSTRATOS: Los principales Sustratos utilizados en la producción de Proteínas de Organismos Unicelulares son los siguientes:
ALCANOS. ALCOHOLES. CARBOHIDRATOS.
PRODUCCIÓN DE BIOMASA PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES: CELULOSA: Éste sustrato, proveniente de restos de madera, es un material usado para la producción de proteínas de organismos unicelulares, debido a su abundancia. La asociación de la Celulosa con la Lignina, hace que ésta sea bastante resistente a la degradación microbiana, por lo que se necesita un pretratamiento térmico o químico y una Hidrólisis enzimática.
PRODUCCIÓN DE BIOMASA
PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES – CELULOSA :
PRODUCCIÓN DE BIOMASA PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES : LACTOSA: Aunque la mayoría de los organismos no utilizan la Lactosa como fuente de Carbono, las levaduras Kluyveromyces Fragilis crecen fácilmente en éste Carbohidrato, por lo cual se han construido plantas de Fermentación para la producción de Proteínas de Organismos Unicelulares para alimentación humana o animal usando éste microorganismo.
PRODUCCIÓN DE BIOMASA PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES – LACTOSA: Levaduras Kluyveromyces Fragilis:
PRODUCCIÓN DE BIOMASA PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES ALMIDÓN DE PATATA: El Proceso Symba diseñado en Suecia, utiliza dos cepas de levaduras, los Saccharomycopsis Fibuligera producen los Enzimas necesarios para la degradación del almidón y permiten el crecimiento de Candida Utilis. Éste proceso de producción, destinado a la producción de alimentos para animales, fue diseñado para aprovechar los desechos del procesado de la patata.
PRODUCCIÓN DE BIOMASA PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES – ALMIDÓN DE PATATA:
PRODUCCIÓN DE BIOMASA PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES - ALGA ESPIRULINA:
PRODUCCIÓN DE BIOMASA PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES ALCANOS: El Metano fue considerado inicialmente como materia prima para la producción de Proteínas de Organismos Unicelulares, puesto que al ser un gas los problemas de purificación después de la Fermentación eran mínimos. Sus desventajas están relacionadas con los mayores requerimientos de Oxígeno necesario para oxidarlo, su baja solubilidad en el agua y el hecho de que la planta de fermentación debe estar construida a prueba de fuego, pues la mezcla Metano-Oxígeno es explosiva.
PRODUCCIÓN DE BIOMASA
PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES – METANO:
PRODUCCIÓN DE BIOMASA
PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES – METANO: PRUTEEN:
PRODUCCIÓN DE BIOMASA
PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES – ETANOL:
El Etanol, cuyas ventajas como sustrato son similares a las del Metanol, fue utilizado como sustrato por Pure Culture Products para la Producción de Proteínas de calidad alimentaria a partir de Etanol de grado alimentario usando Candida Utilis en 1975.
PRODUCCIÓN DE BIOMASA
PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES – ETANOL:
FERMENTACIÓN DE LOS ALIMENTOS
Los
INTRODUCCIÓN:
microorganismos han sido utilizados durante siglos para modificar los alimentos, y tanto éstos como las bebidas fermentadas constituyen un sector primario muy importante en la industria alimentaria.
FERMENTACIÓN DE LOS ALIMENTOS
FERMENTACIÓN DE LOS ALIMENTOS BEBIDAS ALCOHÓLICAS: Las bebidas alcohólicas se producen a partir de diversas materias primas, pero especialmente a partir de cereales, frutas y productos azucarados. Entre ellas hay bebidas no destiladas, como la cerveza, el vino, la sidra, y el sake, y destiladas, como el whisky y el ron, los cuales se obtienen a partir de cereales y melazas fermentadas, respectivamente.
FERMENTACIÓN DE LOS ALIMENTOS
BEBIDAS ALCOHÓLICAS:
FERMENTACIÓN DE LOS ALIMENTOS LEVADURAS: Un detalle común importante en la producción de todas éstas bebidas alcohólicas es el empleo de Levaduras para convertir los azúcares en Etanol. Aproximadamente el 96% de la Fermentación del Etanol se lleva a cabo mediante cepas de Saccharomyces Cerevisiae o especies relacionadas, particularmente Saccharomyces Uvarum.
FERMENTACIÓN DE LOS ALIMENTOS
LEVADURAS:
FERMENTACIÓN DE LOS ALIMENTOS REACCIÓN DE LA FERMENTACIÓN: La reacción global de la Fermentación Alcohólica es la siguiente: GLUCOSA + 2 ADP → 2 ETANOL + CO₂ + 2 ATP
ADP , ATP : Nucleótidos fundamentales en la obtención de la energía celular.
FERMENTACIÓN DE LOS ALIMENTOS El
rendimiento teórico de 1g de Glucosa es de 0.51g de Etanol y 0.49g de CO₂ ; sin embargo, en la práctica aproximadamente el 10% de la Glucosa se transforma en Biomasa, y el rendimiento en Etanol y CO₂ alcanzan el 90% del valor teórico.
M4S1
M4S1
FERMENTACIONES
En
DEFINICIÓN:
términos generales, la Fermentación implica el empleo de microorganismos, para llevar a cabo transformaciones de la materia orgánica catalizadas por enzimas.
FERMENTACIONES
FERMENTACIONES FERMENTACIONES
EN
ALIMENTOS: USO
DE CULTIVOS STARTER EN LA ELABORACIÓN DEL QUESO: Éstas son
bacterias inocuas y necesarias, las cuales influyen en el proceso de acidificación, imprescindible para darle al queso sus características propias de textura, sabor y aroma, e impedir el desarrollo de bacterias dañinas.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL FERMENTACIONES EN ALIMENTOS: Uso de cultivos Starter en la elaboración del queso:
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL FERMENTACIONES EN ALIMENTOS: Fabricación de Cerveza con levadura Saccharomices Cerevisiae:
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL FERMENTACIONES EN ALIMENTOS: Producción de Vinagre a partir de Levadura Acetobacter Aceti y Mycoderma Aceti: El vinagre es un líquido miscible en agua, con sabor agrio, que proviene de la Fermentación Acética del Alcohol, como la del vino y manzana. Para que se lleve a cabo ésta transformación, deben existir las condiciones apropiadas de pH, concentración de alcohol y proteínas en el vino.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL
FERMENTACIONES EN ALIMENTOS:
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL FERMENTACIONES EN ALCOHOLES: PRODUCCIÓN DE ETANOL A PARTIR DEL MAÍZ: Éste se produce a partir de la fermentación de los azúcares obtenidos del maíz, y el cual se utiliza como combustible solo o mezclado en cantidades variadas con gasolina ( Gasohol o Alconafta). Las mezclas mas comunes son E10 y E85.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL
FERMENTACIONES EN ALCOHOLES:
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL PRODUCCIÓN DE DE GLUTAMATO MONOSÓDICO A TRAVÉS DE FERMENTACIÓN AEROBIA. Ésta sal Sódica del Ácido Glutámico, es un potenciador del sabor, el cual equilibra, combina y resalta el carácter de los sabores. En la actualidad, la mayor parte de GMS se realiza por Fermentación Bacteriana, en un proceso similar al usado para producir vino, vinagre y yogur. La Fermentación produce el Glutamato, al cual después se le añade Sodio, mediante la técnica de Neutralización.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL FERMENTACION EN AMINOÁCIDOS: Producción de de Glutamato Monosódico a través de Fermentación Aerobia.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL BIOPOLÍMEROS – PRODUCCIÓN DE GOMA XANTANA POR FERMENTACIÓN. El Xantano es un polímero que produce un gran efecto en los alimentos como la textura, liberación de aroma y apariencia, por su carácter viscoso. En la industria farmacéutica y cosmética, se utiliza como agente emulsificante y para dar cuerpo a productos como el champú, cremas, maquillaje, etc.. También se usa para mantener en suspensión a los antibióticos y otros fármacos.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL
BIOPOLÍMEROS: PRODUCCIÓN DE GOMA XANTANA
Bacteria Xanthomonas Campestris
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL PRODUCCIÓN DE VITAMINA B12 POR FERMENTACIÓN La Vitamina B12, o Cianocobalamina, es un factor antianémia presente en los huevos, aves, carne, mariscos, leche y sus derivados y ciertas algas de color rojo y verde como Nori y Chlorella. La falta de ésta Vitamina conducen a un déficit en el transporte de Metilos, lo cual incide negatívamente en la síntesis de Purinas (componentes del ADN), y por lo tanto a una deficiencia en la multiplicación celular.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL PRUDUCCIÓN DE VITAMINA B12 A PARTIR DE BACTERIAS PSEUDOMONAS:
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL PRODUCCIÓN DE VITAMINA B2, A PARTIR DE BACTERIAS ASHBYA GOSSYPII: Ésta Vitamina, actualmente se produce mediante la Fermentación con Ashbya Gossypii a un alto rendimiento, mediante el desarrollo de cepas, la optimización de la solución de nutrientes a base de un líquido de maceración del maíz y Aceite de Soja y una adecuada aireación.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL
VITAMINAS:
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL
PRODUCCIÓN DE ANTIBIÓTICOS POR FERMENTACIÓN: Los Antibióticos son producidos a escala industrial por el proceso de fermentación, donde el microorganismo productor se crece en envases grandes (100,000 – 150,000 L o más), los cuales tienen un medio de cultivo y donde la temperatura, el pH y los niveles de nutrientes deben de ser óptimos, dependiendo del microorganismo productor.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL
ANTIBIOTICOS:
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL
PRODUCCIÓN DE VACUNAS POR FERMENTACIÓN: Se refiere a la producción de sustancias formadas por microorganismos completos atenuados o muertos, o fracciones de los mismos, los cuales son capaces de inducir una respuesta inmune protectora y duradera frente a dichos microorganismos.
TECNOLOGÍA DE LA FERMENTACIÓN INDUSTRIAL
VACUNAS:
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN PROCESOS CONTINUOS Y DISCONTINUOS: Las Fermentaciones se pueden llevar a cabo mediante los siguientes procesos:
Discontinuos.
En éste cultivo, todo el sustrato se añade al comienzo de la fermentación. Discontinuos alimentados a intervalos. En éste, el sustrato se va añadiendo a intervalos a lo largo del proceso. Continuos.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN SISTEMAS DE FERMENTACIÓN DISCONTINUOS O BATCH: Una Fermentación por lotes (Batch) o Discontinua, puede ser considerada como un sistema cerrado. Al inicio de la operación se añade la solución esterilizada de nutrientes y se inocula con el microorganismo, permitiendo que se lleve a cabo la inoculación en condiciones óptimas de Fermentación. A lo largo de toda la Fermentación no se añade nada, excepto Oxígeno (en forma de aire), un agente antiespumante y Ácidos o Bases para controlar el pH.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN DISCONTINUOS O BATCH:
Cuando se ha alcanzado el nivel deseado de reacción, se vacía el reactor, se limpia y se repite el proceso.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE FERMENTACIÓN DISCONTINUOS (BATCH): Dificultad para controlar la velocidad de crecimiento, excepto variando la composición del medio o las condiciones del proceso. Altas concentraciones de nutrientes pueden inhibir el crecimiento, debido al aumento de la Presión Osmótica del medio o la toxicidad de los nutrientes.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE FERMENTACIÓN DISCONTINUOS (BATCH): La alta demanda de Oxígeno puede generar una limitación, debido a la insuficiente capacidad del reactor para transferir O₂ al medio. Inconveniencia para remover el calor producido. Los tiempos muertos entre los procesos disminuye la Productividad.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN PROCESO DISCONTINUO ALIMENTADO: Éste es una mejora del Proceso Cerrado de Fermentación. En éste proceso, los elementos críticos de la solución de nutrientes se añaden en pequeñas concentraciones al principio de la Fermentación y continúan añadiéndose en pequeñas dosis durante la fase de producción.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN PROCESO DISCONTINUO ALIMENTADO: El Proceso Batch Alimentado es útil cuando el crecimiento celular y la formación del producto son sensibles a la concentración del sustrato, es decir, cuando la Productividad de la Biomasa se ve afectada. Éste método se usa cuando se quieren evitar fenómenos de inhibición por sustrato y se requiere alcanzar una alta concentración de Biomasa.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN VENTAJAS DELPROCESO DISCONTINUO ALIMENTADO: Limitar la demanda de O₂ del cultivo. Obtener altas concentraciones de sustrato evitando el efecto Osmótico y tóxico de nutrientes. Maximizar el crecimiento celular y la taza de producción.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN PROCESO CONTINUO: En éste proceso se establece un Sistema Abierto de Fermentación, en el cual la solución nutritiva estéril se añade continuamente al biorreactor y una cantidad equivalente de la solución utilizada de los nutrientes y microorganismos, se saca simultáneamente del sistema.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
PROCESO CONTINUO:
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN VENTAJAS DEL PROCESO CONTINUO: Ésta Fermentación opera por períodos largos, teniendo muy cortos tiempos muertos, y además bajos costos de operación. El cultivo se mantiene con coeficientes de crecimiento y composición celular constante. El volumen del reactor es reducido en comparación a la productividad similar, en procesos por lotes o Batch.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN DESVENTAJAS DEL PROCESO CONTINUO: Se tiene un alto costo, debido al requerimiento de alta calidad de equipos y rios. Se requiere de una esterilización continuada, una separación continua del producto y adecuados niveles de purificación. Se requieren biosensores sofisticados y una automatización computarizada a fin de tener una operación óptima. Se incrementa el riesgo de contaminación, debido a la amplia operación.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN DISEÑO DEL FERMENTADOR El Fermentador típico moderno de laboratorio, se debe diseñar como una unidad sofisticada con las características e instrumentación necesarias, para llevar a cabo una gran variedad de procesos de fermentación. Por otro lado, los de escala de producción industrial, son unidades construidas a medida y diseñadas para un proceso determinado, teniendo solo las características e instrumentación específicas para el proceso de producción particular.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
FERMENTADOR DE LABORATORIO
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
FERMENTADOR INDUSTRIAL
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN DISEÑO DEL FERMENTADOR Debido a que muchos Fermentadores tienen que trabajar en condiciones asépticas, el biorreactor, al igual que la red de tuberías, debe ser diseñado como un recipiente a presión, de tal forma que el sistema pueda esterilizarse a la temperatura y presión adecuadas, con un mínimo de 121°C y 15 psi durante 15-30 minutos.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN CONDICIONES EN EL DISEÑO DE UN FERMENTADOR 1. Recipiente: Debe ser diseñado para ser esterilizado con vapor a presión , resistente a la corrosión química y con materiales no tóxicos para el organismo. Los materiales de construcción comunes son el Vidrio, de un espesor apropiado para Fermentadores Pequeños con mirillas y de Acero Inoxidable, resistente al pH del proceso.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN CONDICIONES EN EL DISEÑO DE UN FERMENTADOR 2. Entrada y salida del Fermentador: Deben ser esterilizables con vapor de agua. 3. Tuberías: Sin espacios muertos, inclinadas hacia el punto de drenaje. 4. Válvulas: Sus materiales de construcción deben tolerar las condiciones de Temperatura y Presión del proceso, y ser resistentes a los componentes químicos utilizados.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN CONDICIONES EN EL DISEÑO DE UN FERMENTADOR 5. Entrada de gas: Con filtro de aire para esterilizar el aire de entrada y válvula de no retorno(check). 6. Salida de gas: Diseñado para que no se produzca la contaminación por flujo en contracorriente. 7. Alimentación de aditivos: Alimentación esterilizada por calentamiento o filtración. 8. Alimentación, Inóculo y líneas de muestreo: Deben ser esterilizables con vapor de agua antes y después de su uso.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN AIREACIÓN Y MEZCLADO: El proceso de Fermentación Industrial Aerobio incluye un sistema de agitación mecánico, consistente en un eje vertical con varios agitadores para conseguir un buen mezclado y una buena dispersión a través del medio. Además, disponen de varios deflectores localizados a lo largo del perímetro del reactor, con el objeto de incrementar la turbulencia. El aire estéril se introduce por la base del tanque y es dispersado eficazmente por el sistema de agitación.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
AIREACIÓN Y MEZCLADO:
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN TRANSFERENCIA DE MASA: Durante el crecimiento y metabolismo microbianos, tiene lugar de forma continua la transferencia de nutrientes entre el medio exterior y la célula. En éste intercambio, cada nutriente experimenta diversas fases, pudiendo encontrarse en forma de Sólido, Líquido o Gas. En los procesos de Fermentación Convencionales, la demanda microbiana de sustratos distintos al Oxígeno es cubierta usualmente sin dificultad, puesto que éstos son suministrados en exceso en solución en el medio.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN TRANSFERENCIA DE MASA: La velocidad de transferencia de masa entre las fases Líquida y Gaseosa está fuertemente influenciada por la solubilidad del gas en la fase liquida. El Oxígeno es poco soluble en soluciones acuosas, y por lo tanto en muchos procesos de Fermentación Aerobios el suministro del mismo es un factor crucial determinante de las velocidades metabólicas. La transferencia de Oxígeno implica la transferencia de Oxigeno desde las burbujas de aire a la solución, de ésta a las células y finalmente la absorción del mismo por la células.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN SUSTRATOS USADOS COMO FUENTES DE CARBONO: Los Carbohidratos son las fuentes de energía por excelencia en la industria de la Fermentación. Por razones económicas, la Glucosa o la Sacarosa son usadas muy raramente como única fuente de C, excepto en procesos que requieran un control muy preciso de la Fermentación. Los Sustratos usados mas abundantemente en las Fermentaciones son:
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN MELAZAS:
Son el subproducto de la Industria Azucarera, derivados de la refinación de la misma, siendo una de las fuentes mas baratas de Carbohidratos. Además de una elevada cantidad de azúcares, contienen Sustancias Nitrogenadas y Vitaminas.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
MELAZAS:
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
Es
EXTRACTO DE MALTA:
el extracto acuoso de la Cebada Malteada. Se trata de un sustrato excelente para muchos Hongos y Levaduras. El extracto seco de Malta contiene entre un 90 y 92 % de Carbohidratos, (Hexosas como la Glucosa y Fructosa, y Disacáridos como la Maltosa y la Sacarosa).
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN EXTRACTO DE MALTA:
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN ALMIDÓN Y DEXTRINAS: Éstos pueden ser metabolizados directamente por los organismos productores de Amilasas, las cuales digieren el Glucógeno y el Almidón para formar azúcares mas simples.
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN LÍQUIDOS SULFÍTICOS DE LAS PAPELERAS: Se trata de productos residuales que contienen azúcar de la Industria del papel. CELULOSA: Debido a su gran disponibilidad y bajo costo, la Celulosa esta siendo utilizada como Sustrato de Fermentación. Proviene de la Paja, Residuos de Mazorcas, Turba, Papel, etc..
SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
CELULOSA:
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN CRITERIOS USADOS EN LA FORMACIÓN DEL MEDIO: Los medios usados en las Fermentaciones Industriales deben contener todos los elementos necesarios para la síntesis del material celular y para la formación del producto, satisfaciendo los objetivos técnicos del proceso y ofreciendo un medio ambiente favorable para el crecimiento y/o formación del producto, y al mismo tiempo deben ser económicamente rentables.
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN INFLUENCIA DEL MEDIO EN EL CRECIMIENTO CELULAR: Los microorganismos necesitan Carbono, Nitrógeno, Minerales, a veces Factores de Crecimiento, Agua y (si son Aerobios), Oxígeno para formar su Biomasa y como fuente de energía para la Biosíntesis y Mantenimiento Celular. También pueden ser necesarios elementos traza como Cu, Mn, Co, Mo, y B. Prácticamente en todas las Fermentaciones Industriales el Carbono suministra la energía para el crecimiento, así como los átomos de C para la Biosíntesis.
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN ELEMENTOS BÁSICOS DE UN MEDIO DE CULTIVO: Fuente de energía. Macronutrientes: Fuentes de C, H, O, N, F, K, Mg. Micronutrientes: Fe, Mn, Mo, Zn, S, Cu, V, Co, B, Ni, Cr. Vitaminas y Hormonas: Hidrosolubles, Liposolubles, Complejo B, etc. Componentes opcionales: sales con efecto tampón, Agentes antioxidantes, etc.
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN
ELEMENTOS BÁSICOS DE UN MEDIO DE CULTIVO:
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN OXÍGENO: La mayoría de los procesos de Fermentación son Aerobios, por lo que se requiere el suministro de Oxígeno como materia prima. La oxidación completa de la Glucosa, representada en la siguiente ecuación: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ = 6 H₂O + 6 CO₂ Necesita de 192 g de Oxígeno para oxidar 180 g de Glucosa. Además de ésta demanda global de Oxígeno, los procesos Metabólicos se ven influenciados por la concentración de oxígeno disuelto en el medio.
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN
OXÍGENO:
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN CONTROL DEL pH: Entre las materias primas utilizadas directamente para el control del proceso de fermentación, se encuentran los tampones, Ácidos y Álcalis para el control del pH. Fosfato inorgánico en exceso, por su buena capacidad tamponante en la región de pH entre 6 y 7.5. Ácidos orgánicos para valores de pH inferiores. Adición de Hidroxisales, Amoniaco líquido o gaseoso y Ácidos Sulfúrico y Clorhídrico.
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN
CONTROL DEL pH:
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN ESPUMA: Ésta se produce debido a la naturalización de las Proteínas en la interface Gas-Líquido. Si no se controla, puede ir ascendiendo hasta ocupar toda la cabeza del Fermentador, evacuando gran parte del contenido del aparato a través de la salida de aire, causando además la eliminación de células del medio.
MATERIAS PRIMAS USADAS EN FERMENTACIÓN
ESPUMA:
MEDIOS DE FERMENTACIÓN MICROBIANA CARBOHIDRATOS: El Almidón es el Carbohidrato mas importante usado actualmente en los procesos de Fermentación. Puede emplearse en forma de granos o raíces, enteros o molidos, de plantas como el Maíz, el Arroz, el Trigo, las Patatas y la Mandioca. Durante el calentamiento de los gránulos el Almidón gelifica, por lo que usualmente se incluye en el proceso una etapa de Hidrólisis enzimática para que se licue el mismo.
MEDIOS DE FERMENTACIÓN MICROBIANA
CARBOHIDRATOS (ALMIDÓN):
MEDIOS DE FERMENTACIÓN MICROBIANA
La
CARBOHIDRATOS (SACAROSA):
Sacarosa se utiliza en los procesos de Fermentación en forma cristalina o en forma de zumos o melazas. Aunque el azúcar contenida en las melazas es mas barato, su composición varía notoriamente con la fuente (Caña de azúcar o Remolacha ).
MEDIOS DE FERMENTACIÓN MICROBIANA
CARBOHIDRATOS (SACAROSA):
MEDIOS DE FERMENTACIÓN MICROBIANA CARBOHIDRATOS (LACTOSA): La Lactosa(Azúcar de la leche), se encuentra en el suero de la leche a una concentración del 4 al 5 %, por lo cual en algunos procesos de producción de alcohol se emplea suero entero como fuente barata de Hidratos de Carbono.
MEDIOS DE FERMENTACIÓN MICROBIANA CARBOHIDRATOS (GLUCOSA): La Glucosa se obtiene usualmente en los medios de Fermentación a partir de la conversión enzimática directa del Almidón. En algunos casos se usa Glucosa refinada la cual es mas costosa, para la elaboración de productos de mayor valor.
MEDIOS DE FERMENTACIÓN MICROBIANA CARBOHIDRATOS (ETANOL): El Etanol, el cual puede ser metabolizado por muchos microorganismos como una fuente de Carbono, puede ser un material de partida potencial para la producción de otros productos de Fermentación, por ejemplo, el Ácido Acético, por medio de la Oxidación microbiana del Etanol.
MEDIOS DE FERMENTACIÓN MICROBIANA
CARBOHIDRATOS (ETANOL):
MEDIOS DE FERMENTACIÓN MICROBIANA NITRÓGENO: Las fuentes más importantes de Nitrógeno para la Fermentación son el Amoniaco, los Nitratos, la Urea y el contenido en los cereales y raíces y sus subproductos.
MEDIOS DE CULTIVO DE CÉLULAS ANIMALES
Históricamente, se ha incorporado suero fetal de ternera al medio de cultivo de células de mamífero, como una fuente esencial de Factores de Crecimiento. Sin embargo, su existencia es limitada y su precio elevado. Normalmente, el suero representa de un 5-10% del volumen del medio. Éste suero contiene diversos factores esenciales para el metabolismo y proliferación celular, incluyendo Factores de iniciación, Proteínas ligadoras, Factores de unión y compuestos de Peso Molecular bajo.
MEDIOS DE CULTIVO PARA EL CRECIMIENTO DE CÉLULAS VEGETALES
La mayoría de los Medios de Cultivo de Células Vegetales tienen una composición definida, consistente en una fuente de Carbono orgánico, una fuente de Nitrógeno, Sales Inorgánicas y Reguladores del crecimiento. La fuente de Carbono mas utilizada es la Sacarosa, aunque también se usan Mono y Disacáridos como la Glucosa, Fructosa Y Lactosa. La fuente mas importante de Nitrógeno son los Nitratos. En la mayoría de los cultivos de células vegetales son necesarias Hormonas Vegetales (Auxinas), que inducen la división celular.
PROCESADO DE LA CORRIENTE DE SALIDA
Ésta etapa, trata de la recuperación y purificación del producto obtenido en los procesos de Fermentación Industrial, cuyo objetivo es recuperar y refinar los productos, hasta que éstos alcancen unas especificaciones dadas, consiguiendo un rendimiento de producto máximo, con unos costos de recuperación mínimos.
PROCESADO DE LA CORRIENTE DE SALIDA
La naturaleza del proceso de recuperación está influenciada por el Tipo de Fermentación, las Propiedades Físicas y Químicas del producto, los Subproductos o Contaminantes no deseados, la Concentración del Producto, la Escala de operación, el Tratamiento de los desechos, la Estabilidad del Producto y las Especificaciones deseadas.
PROCESOS DE SEPARACIÓN
Los productos de los Procesos de Fermentación incluyen Gases , Moléculas solubles secretadas en el caldo de fermentación y Sólidos. Los Gases, como el Dióxido de Carbono y el Metano, producidos por ejemplo durante la producción de Alcohol y durante la Digestión Anaerobia, pueden ser recogidos a partir de las líneas de salida de Gases, purificados y comprimidos para uso comercial.
PROCESOS DE SEPARACIÓN
En la inmensa mayoría de los casos, la primera etapa de purificación para los productos consiste en la separación de las células y los sólidos del líquido de cultivo. En las Fermentaciones con cultivos sumergidos, ésta etapa de separación implica procesos como la Sedimentación, Floculación, Centrifugación o la Filtración.
PROCESOS DE SEPARACIÓN
PURIFICACIÓN DE LOS PRODUCTOS DE LA FERMENTACIÓN:
PROCESOS DE SEPARACIÓN DESTILACIÓN: La Destilación se utiliza para recuperar productos de la Fermentación volátiles, como por ejemplo el Etanol, y para la recuperación y posterior reutilización de solventes empleados en otras etapas del procesado posterior a la propia Fermentación. La Evaporación se utiliza para obtener líquidos concentrados como productos finales, o para la preparación de materias primas para el secado posterior.
PROCESOS DE SEPARACIÓN
DESTILACIÓN:
PROCESOS DE SEPARACIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO TANQUE DE SEDIMENTACIÓN: Las células o sólidos sedimentan en el fondo del recipiente, debido a la fuerza de la gravedad.
PROCESOS DE SEPARACIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO
FLOCULANTES SINTÉTICOS:
PROCESOS DE SEPARACIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO
CENTRIFUGACIÓN CONTINUA:
PROCESOS DE SEPARACIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO FILTRACIÓN DISCONTINUA: Uso de Filtros de placas filtrantes cubiertas con tela, dispuestas de tal forma que la pasta y el filtrado fluyan desde una placa y la siguiente.
PROCESOS DE SEPARACIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO FILTRACION CONTINUA: Se usan Filtros Rotatorios al vacío, en los cuales la pasta se alimenta desde el exterior. El filtrado es arrastrado a lo largo del filtro dentro del tambor mediante vacío. La torta de filtración se elimina automáticamente mediante una cuchilla.
PROCESOS DE SEPARACIÓN SÓLIDO-LÍQUIDO
FILTRACION CONTINUA:
PRODUCCIÓN DE BIOMASA INTRODUCCIÓN: Éstos procesos de Fermentación son en los cuáles las células microbianas son el producto final mas importante, y son utilizadas principalmente como fuente de proteínas para la alimentación animal o humana, o como inóculo comercial en las Fermentaciones de la Industria de elaboración de Alimentos, en Agricultura, Tratamiento de desechos y otras aplicaciones.
PRODUCCIÓN DE BIOMASA
PRODUCCIÓN DE BIOMASA PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES: SUSTRATOS: Los principales Sustratos utilizados en la producción de Proteínas de Organismos Unicelulares son los siguientes:
ALCANOS. ALCOHOLES. CARBOHIDRATOS.
PRODUCCIÓN DE BIOMASA PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES: CELULOSA: Éste sustrato, proveniente de restos de madera, es un material usado para la producción de proteínas de organismos unicelulares, debido a su abundancia. La asociación de la Celulosa con la Lignina, hace que ésta sea bastante resistente a la degradación microbiana, por lo que se necesita un pretratamiento térmico o químico y una Hidrólisis enzimática.
PRODUCCIÓN DE BIOMASA
PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES – CELULOSA :
PRODUCCIÓN DE BIOMASA PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES : LACTOSA: Aunque la mayoría de los organismos no utilizan la Lactosa como fuente de Carbono, las levaduras Kluyveromyces Fragilis crecen fácilmente en éste Carbohidrato, por lo cual se han construido plantas de Fermentación para la producción de Proteínas de Organismos Unicelulares para alimentación humana o animal usando éste microorganismo.
PRODUCCIÓN DE BIOMASA PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES – LACTOSA: Levaduras Kluyveromyces Fragilis:
PRODUCCIÓN DE BIOMASA PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES ALMIDÓN DE PATATA: El Proceso Symba diseñado en Suecia, utiliza dos cepas de levaduras, los Saccharomycopsis Fibuligera producen los Enzimas necesarios para la degradación del almidón y permiten el crecimiento de Candida Utilis. Éste proceso de producción, destinado a la producción de alimentos para animales, fue diseñado para aprovechar los desechos del procesado de la patata.
PRODUCCIÓN DE BIOMASA PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES – ALMIDÓN DE PATATA:
PRODUCCIÓN DE BIOMASA PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES - ALGA ESPIRULINA:
PRODUCCIÓN DE BIOMASA PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES ALCANOS: El Metano fue considerado inicialmente como materia prima para la producción de Proteínas de Organismos Unicelulares, puesto que al ser un gas los problemas de purificación después de la Fermentación eran mínimos. Sus desventajas están relacionadas con los mayores requerimientos de Oxígeno necesario para oxidarlo, su baja solubilidad en el agua y el hecho de que la planta de fermentación debe estar construida a prueba de fuego, pues la mezcla Metano-Oxígeno es explosiva.
PRODUCCIÓN DE BIOMASA
PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES – METANO:
PRODUCCIÓN DE BIOMASA
PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES – METANO: PRUTEEN:
PRODUCCIÓN DE BIOMASA
PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES – ETANOL:
El Etanol, cuyas ventajas como sustrato son similares a las del Metanol, fue utilizado como sustrato por Pure Culture Products para la Producción de Proteínas de calidad alimentaria a partir de Etanol de grado alimentario usando Candida Utilis en 1975.
PRODUCCIÓN DE BIOMASA
PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARES – ETANOL:
FERMENTACIÓN DE LOS ALIMENTOS
Los
INTRODUCCIÓN:
microorganismos han sido utilizados durante siglos para modificar los alimentos, y tanto éstos como las bebidas fermentadas constituyen un sector primario muy importante en la industria alimentaria.
FERMENTACIÓN DE LOS ALIMENTOS
FERMENTACIÓN DE LOS ALIMENTOS BEBIDAS ALCOHÓLICAS: Las bebidas alcohólicas se producen a partir de diversas materias primas, pero especialmente a partir de cereales, frutas y productos azucarados. Entre ellas hay bebidas no destiladas, como la cerveza, el vino, la sidra, y el sake, y destiladas, como el whisky y el ron, los cuales se obtienen a partir de cereales y melazas fermentadas, respectivamente.
FERMENTACIÓN DE LOS ALIMENTOS
BEBIDAS ALCOHÓLICAS:
FERMENTACIÓN DE LOS ALIMENTOS LEVADURAS: Un detalle común importante en la producción de todas éstas bebidas alcohólicas es el empleo de Levaduras para convertir los azúcares en Etanol. Aproximadamente el 96% de la Fermentación del Etanol se lleva a cabo mediante cepas de Saccharomyces Cerevisiae o especies relacionadas, particularmente Saccharomyces Uvarum.
FERMENTACIÓN DE LOS ALIMENTOS
LEVADURAS:
FERMENTACIÓN DE LOS ALIMENTOS REACCIÓN DE LA FERMENTACIÓN: La reacción global de la Fermentación Alcohólica es la siguiente: GLUCOSA + 2 ADP → 2 ETANOL + CO₂ + 2 ATP
ADP , ATP : Nucleótidos fundamentales en la obtención de la energía celular.
FERMENTACIÓN DE LOS ALIMENTOS El
rendimiento teórico de 1g de Glucosa es de 0.51g de Etanol y 0.49g de CO₂ ; sin embargo, en la práctica aproximadamente el 10% de la Glucosa se transforma en Biomasa, y el rendimiento en Etanol y CO₂ alcanzan el 90% del valor teórico.
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