(5)preparacion y esterilizacion de medios

UNT

Ingeniería Agroindustrial

Preparación y esterilización de medios

… son una característica vital en un proceso de

fermentación

Ingeniería AgroindustrialIng. Jesús Alexander Sánchez González

Preparación de medios

Las células requierenUna fuente de energía suficienteConcentración adecuada de otros

elementosRequerimientos específicos


Diseño del medio

En una situación ideal el diseño del medio debe comenzar con un análisis del organismo a desarrollar

Por otro lado, la composición de muchos medios industriales inicialmente es el resultado de pruebas empíricas dirigidas al crecimiento Es común que la optimización de la

producción comercial se mantenga en secreto


Proceso típico de

fermentación aerobia

Preparación del medio

Esterilización del medio

Medio estéril

BiorreactorFiltro de aire

Vapor

Filtro de gas


Composición promedio de bacterias, levaduras y mohos

Componente

% del peso secoBacteria Levadura Mohos

Carbono 48 (46-52) 48 (46-52) 48 (45-55)Nitrógeno 12,5 (10-

14)7,5 (6-8,5) 6 (4-7)

Proteína 55 (50-60) 40 (35-45) 32 (25-40)Carbohidrato

9 (6-15) 38 (30-45) 49 (40-55)

Lípido 7 (5-10) 8 (5-10) 8 (5-10)Ácido nucleico

23 (15-25) 8 (5-10) 5 (2-8)

Ceniza 6 (4-10) 6 (4-10) 6 (4-10)


Composición elemental de bacterias y levaduras

Elemento % de peso secoLevadura Bacteria

Carbono 47,0 53,0Nitrógeno 7,5 12,0Fósforo 1,5 3,0Azufre 1,0 1,0Oxígeno 30,0 20,0Magnesio 0,5 0,5Hidrógeno 6,5 7,0Ceniza total 8,0 7,0


Fuentes de Carbono

Constituyente principal de los microorganismos

Organismos fotosintéticos o que obtienen la energía a partir de la oxidación de compuestos inorgánicos, en forma típica usan CO2 como única fuente de carbono celular.

Los nutrientes orgánicos tienen una doble función: Fº de energía y Fº de carbono.


Medios Industriales

Con el fin de obtener un medio complejo se deben contemplar los siguientes criterios Los requerimientos de nutrientes específicos La composición exacta de los nutrientes

industriales y las posibles modificaciones durante el almacenamiento

Propiedades de los nutrientes en términos de almacenaje y manejo

Costo de los nutrientes


Fuentes de carbono que usan los medios

Grupos principales

Ejemplos

Monosacáridos Xilosa, Glucosa

Disacáridos Sucrosa (melazas), Lactosa, Maltosa

Polisacáridos Almidón, Dextrina, Inulina, Celulosa (turba)

Alcoholes Metanol, Etanol, Polialcoholes (glicerol)

Ácidos Carboxílicos

Ácido Acético, Ácido Succínico.

Grasas

Hidrocarburos Metano, n-Pentano, n-Butano, n-Parafinas


Xilosa Sólo se utilizó como nutriente en la preparación

de la enzima glucosa isomerasa. Glucosa

Utilizada en fermentaciones destinadas a productos altamente purificados de alto valor.

La glucosa utilizada se forma por la hidrólisis ácida o enzimática de almidón de maíz o de papa, y se puede agregar como polvo, pasta o jarabe.

Se usan para la producción de antibióticos, esteroides, aminoácidos, ac. Butírico y ac. Tartárico y goma xantana.


Sucrosa Es el sustrato principal de la fermentación del

ácido cítrico, aunque se agrega como melaza ( de caña o remolacha).

Las melazas de remolacha pueden llegar a contener hasta 50% de sucrosa, además de materia seca (30%) consistente en compuestos nitrogenados de valor.

Son el medio principal en la producción de levaduras para panaderías, ac. cítrico, acetona, butano, ácidos orgánicos y aminoácidos.

Las melazas de caña se pueden conseguir en forma cruda de azúcar, refinada o sin refinar, consistente en niveles altos de azúcar y biotina invertidas.

Se han usado como fuentes de carbono para producir etano, acetona, butano y feed yeasts.


Lactosa Utilizada pura solo para la producción de

algunos antibióticos, generalmente no se usa pura como fuente de carbono.

La lactosa del suero puede utilizarse a menudo para producir etanol en bajas concentraciones, Proteína unicelular (SCP) y ácido cítrico.

Maltosa Esta presente en la malta, el extracto de malta

y el mosto de la cerveza. Se usa raramente fuera de la industria

cervecera excepto para trabajos de laboratorio.


Almidón Se usa pero como componentes de tubérculos

como la papa y cereales como la cebada y el maíz. Luego de su gelificación se puede utilizar para

producir acetona o butanol; o luego de la sacarificación con enzimas para distintos productos.

Dextrina Es el producto de la degradación del almidón por

acción de la α-amilasa y se ha usado para la producción de algunos antibióticos.

Inulina Ésta es la reserva de carbohidratos en el agua

turma y en la achicoria, representa aproximadamente el 25% del peso seco.

Su rompimiento enzimático a levulina y fructosa ha permitido su uso como sustrato.


Celulosa Junto con la lignina, hemicelulosa y pectina, son

los componentes principales de las paredes de las células vegetales, por lo que representan una fuente enorme de carbohidratos.

La “turba” contiene 63-78% de componentes hidrolizables, y en Europa del este se utilizaba para cultiva levaduras alimenticias.

Las aguas residuales de sulfitos, un subproducto de la fabricación de pulpa de madera, se ha usado como sustrato para la producción de etanol y de proteína unicelular (SCP)

Metanol Se ha utilizado como fuente de carbono para la

producción de proteína unicelular


Etanol Utilizado tradicionalmente para la producción

de vinagre, utilizado también para producir proteína unicelular, aunque en la actualidad su uso como combustible tiene mejores espectativas.

Glicerol Se usa a menudo para fermentaciones en la

producción de esteroides y antibióticos Ácidos Carboxílicos

El ácido acético se ha utilizado como fuente barata de carbono, mientras que al ácido succínico se usa en la producción de pectinasas.


Grasas Las grasas y los aceites se emplean a menudo

como adiciones de los medios o como antiespumantes, pero no como únicas fuentes de carbono.

Hidrocarburos El metano, n-butano y el n-pentano se han

usado como fuentes de carbono para la producción de proteína unicelular (SCP).

Sólo las n-parafinas se han empleado extensivamente como fuentes de carbono.

Se han utilizado medios comerciales que contiene parafinas C10-C20 para la producción para la producción de biomasa, ácido cítrico y otros ácidos orgánicos.


Fuentes de Nitrógeno

Junto a las fuentes de carbono cumplen un rol vital.

En laboratorios el nitrógeno se aporta normalmente como sales de amonio o nitrato, pero para los procesos industriales se usan otras fuentes


Fuentes de nitrógeno para la fermentación

Fuente de nitrógeno

Comentario

Sales AmonioNitrato

Principalmente para uso en laboratorio

Sales orgánicas

Úrea Inestable durante la esterilización

Harinas SoyaSemillas

de algodón

Semillas de nabo

MaízMaíz

gelatinada

Pescado

De uso frecuenteContiene gosipol

No se puede utilizar como alimento para animales debido a su toxicidad, pero se usa en las fermentaciones

Subproducto del proceso de molienda del maíz en húmedoInestable durante la esterilización


Fuentes de nitrógeno para la fermentación

Fuente de nitrógeno

Comentario

Licor de maíz empapado

Gran variedad en su composición

Extractos de levadura

Para usos de laboratorio

Proteínas hidrolisadas

Usado principalmente para productos farmacéuticos

Residuos de destilación

Usado con frecuencia para ganado


ÚreaSe ha utilizado con Candida utilis pero no

es estable durante la esterilización, por lo tanto tiene un valor limitado

Licor de maíz empapadoEste es un subproducto del proceso del

almidón del maíz y se usa frecuentemente como fuente de nitrógeno, ya que contiene aminoácidos, vitaminas y sales minerales.


Otros Elementos

Un medio sencillo de glucosa y sales de amonio sostendrá un número impresionante de microorganismos

Sin embargo existen muchos microorganismos que por una u otra razón no pueden sintetizar algunos de los aminoácidos o componentes orgánicos.

Por lo que se hace necesaria la presencia de los FACTORES DE CRECIMIENTO


Factores de CrecimientoForman tres grupos:

Aminoácidos están disponibles individualmente en

grado técnico o se pueden añadir como hidrolizados mixtos como la caseína

Purinas y pirimidinasVitaminas

Se requieren con frecuencia en cantidades muy pequeñas, ya que se relacionan con la función de las coenzimas.


Inductores y precursores de productos específicosProducto Inductores o

precursoresMicroorganismo

Glucosaisomerasaα-glucosidasaColinesterasaColagenasaEritromicinaPenicilina VD-biotinaAlacloides de cornezueloXantanaNeoviridogriseinasL-serinaFormicinaDesacetoxicefalosporina CVitamina B12

Xilosa (mazorca de maíz)Amigdalina, ralicinaLecitinaColágenan-propanolÁcido fenoxiacéticoÁcido azelaicoÁcido α-cetobutíricoNa-desoxicolatoL-prolinaGlicinaCisteína, glutamatoL-cisteínaCoC12 (2,6 dimetilbenzimidazol) K-2

StreptomycesAspergillus nigerPseudomonasFlavobacterium sp.Streptomyces cryithreusPenicillium chrysogenumSporobolomyces carnicolorClariceps purpureaXanthomonas campestrisStreptomyces griseoviridusSarcina albidaStreptomyces sp.Paecilomyces carneusPseudomonas thermophila


Esterilización

Eliminación de todos los microorganismos por remoción o muerte, así como la inactivación de virus en o sobre un producto.

El mantenimiento de las condiciones estériles ha sido fundamental en el avance de la microbiología y se requiere en las fermentaciones industriales.


Los cultivos purosLa utilización de cultivos puros

requiere de condiciones estériles y su mantenimiento de estas condiciones a lo largo del proceso.

Un medio contaminado sufrirá debido a que:Los nutrientes disponibles son usados

por los contaminantes y convertidos a células y productos indeseables

Las condiciones del medio cambian a menudo

Las enzimas producidas por los contaminantes pueden degradar cualquier producto formado


Método de Esterilización

Los principales métodos de esterilización son:Calor húmedo, vaporCalor secoPasteurización y tindalizaciónQuímicosRadiación ionizanteFiltración

UNT


Gracias !!!

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