fermentaciones industriales
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FERMENTACIONES INDUSTRIALES
Vásquez Chicoma, Roosvelt
Universidad Nacional De Trujillo
Ing. Joe jara velez
Docente :
Alumno:
Tecnología de los PAI
Introducción
Es la transformación de una sustancia orgánica en otra utilizable, producida mediante un proceso metabólico
por microorganismos o por enzimas que provocan reacciones de oxido reducción, de las cuales el
organismo productor deriva la energía suficiente para su metabolismo.
Es un proceso catabólico de oxidación incompleta, siendo el producto final un compuesto orgánico
Concepto de fermentación
Concepto bioquímico• se define como un proceso
mediante el cual las sustancias orgánicos (sustrato) sufren una serie de cambios químicos (reducciones y oxidaciones) que producen energía.
Concepto microbiológico• Aquel proceso en el que los
microorganismos producen metabolitos o biomasa, a partir de la utilización de sustancias orgánicas, en ausencia o presencia de oxigeno.
Microorganismos utilizados industrialmente
Durante un proceso industrial, es importante que el
microorganismo participante se desarrolle de tal forma que se
maximice la producción del compuesto de interés.
Los mismos microorganismos (termino mas comúnmente conocido como biomasa).
Los metabolitos: primarios y secundarios
Mohos Levaduras Bacterias
Metabolitos primarios y secundarios
Mohos
Producción de antibióticos, enzimas, vitaminas y ácidos
orgánicos, tales como el cítrico, el láctico y el glutámico, también, en la maduración de varias clases de
queso, como el roquefort.
Bacterias
Producción de vinagre, acido gluconico y
cetogluconico. Acetobacter, lactobacillus
Levaduras
Pueden convertir los azucares en alcohol etílico y dióxido de
carbono. Participan en la producción de
cerveza, vino, alcohol industrial, glicerol y vinagre.
Productos finales de la fermentación
Células microbianas (biomasa) Metabolitos microbianos (enzimas,
etanol, butanol, acetona ácidos orgánicos, etc.).
Factores que intervienen
• Glucolisis• Ciclo de Krebs • La cadena respiratoria.
Glucolisis
La glucosa se fosforila a expensas de una
molécula de trifosfato de adenosina (ATP); una
vez fosforilada, se rompe para formar
gliceraldehido 3- fosfato.
El gliceraldehido 3-fosfato es convertido en pirúvico por
oxidación. El agente oxidante es el dinucleótido de
nicotinamida y adenina (NAD). En esta etapa se producen, en total, ocho moléculas de ATP
por cada una de gliceraldehido 3-fosfato.
Representa la ruta principal del metabolismo de la molécula de glucosa.
El piruvato es el compuesto final de la glucolisis
Algunos productos que se pueden formar a partir del piruvato
FERMENTADORES
• Un fermentador, también conocido como reactor o biorreactor.
• Su función principal es mantener el medio y el microorganismo en las condiciones adecuadas para lograr la mayor producción de los compuestos de interés.
Fermentador de Air Lift
• Un biorreactor con aireación es por definición un reactor continuo donde la entrada una línea de alimentación de aire estéril (O2); la salida una línea de lavado de aire estéril y el sustrato limitante de la velocidad de crecimiento es el oxígeno disuelto (OD).
Existen dos tipos o diseños básicos de biorreactores con aireación; ambos, de uso muy difundido: el
primero es tanque agitado con línea de aireación y el segundo es el de levantamiento por aire o "air lift".
De este último existe también, una variante que se utiliza para cultivos aeróbicos muy resistentes a
esfuerzos cortantes e hidrodinámicos y es la cama de burbujas.
Ventajas y desventajas principales de los biorreactores de elevación con aire
Las desventajas principales, particularmente a gran escala, son los altos costos de capital, dificultad de esterilización y mayores costos de
energía.
Las ventajas principales de los birreactores de elevación con aire comparados con los biorreactores de tanque agitado son el corte
escaso requerimiento de energía relativamente bajos y construcción mas simples, ya que no se necesita sellaos asépticos alrededor de la
fleca del agitador.
Biorreactor de tanque agitador
El biorreactor más importante para la aplicación industrial es el recipiente para mezcla común que tiene la doble ventaja de bajo costo de capital y bajo costo de operación.
El agitador puede ser accionado desde la parte superior o desde la parte inferior. Todos los tanques están provistos con lamparas que evitan la formación de un gran vértice central y mejorar el mezclado.
Fermentador de columna de aire
Son recipientes cilíndricos que usualmente tienen una relación altura/diámetro entre 4 y 6.
en estas el gas es asperjado por la base del reactor a través de tubos perforados, placas
perforadas o difusores de metal o vidrio microporo. El diseño básico puede ser
modificado por adición de otros dispositivos internos como placas perforadas horizontales,
baffles verticales o relleno de laminas corrugadas
TIPOS DE PROCESOS
UPSTREAM
Comprenden la selección y preparación del microorganismo,
la preparación del medio de cultivo y las condiciones de fermentaciones (cultivo).
DOWNSTREAM
Incluyen la del producto y el tratamiento de los residuos de la
fermentación, purificación.
Ejemplo:
PROCESOS UPSTREAM:
Selección y preparación de cepas de levadura,
tratamiento del mosto y acondicionamiento de las
condiciones de fermentación.
PROCESOS DOWNSTREAM:
Tratamiento del vino para su clarificación y el de los residuos del procesos
CLASIFICACIÓN
FERMENTACIONES ALCOHOLICAS
Vino (Fermentación alcohólica). Cerveza. Sidra. Destilados.Vinagre (Transformación de alcohol en ácido acético por
fermentación con Acetobacter).
FERMENTACIONES NO ALCOHOLICASPanadería (Fermentaciones por
levaduras de panadería). Vegetales (encurtidos en general). Ensilado (Fermentación de forraje).
FERMENTACIONES CARNICAS
• Embutidos crudos, curados (Salami, chorizo español, etc.)
• Jamón serrano (Producto curado).
• Productos de pescado fermentado (Fermentación en filetes de pescado ahumado).
FERMENTACIONES LACTICAS
• Leches fermentadas en general.• Yogurt (fermentación de leche
con microorganismos acidificantes: Lactobacillus).
• Quesos (Fermentación con determinados cultivos bacterianos inoculados).
• Bebidas lácticas alcohólicas (Kéfir).
CLASIFICACIÓN
OBTENCIÓN DE BIOMASA
La biomasa o “proteína unicelular”, es el producto del crecimiento der bacterias, levaduras, algas y hongos por medio de procesos fermentativos en desechos orgánicos.
Es esencial no sólo diseñar un buen caldo de cultivo, sino conocer las vías metabólicas utilizadas por el microorganismo en la asimilación del sustrato.
Preparación del sustrato
Se trituró empleando una licuadora, para tener un tamaño de partícula de
aproximadamente 2 ó 3 mm
Microorganismo
Levadura de candida utilis ATCC 9256
Ensayo de pre adaptación y crecimiento
Adaptación de la levadura candida utilis en el extracto ácido de la cascarilla de café
Preparación del pie de cuba
Se tomó una asada de la cepa de candida utilis y se
inoculó en tres tubos de agar papa dextrosa a 25 °C por 24
horas
• Preparación del medio de cultivo– A 200 ml de sustrato, se le agregaron 0.6 g de Urea, 0.4 g de
Fosfato ácido de potasio (KH2PO4) y 0.26 g de extracto de malta- Posteriormente, la mezcla se esterilizó en autoclave a 15 lb de presión por 15 minutos
• Fermentación aeróbica– Presencia de oxigeno y asimilación de nutrientes
• Separación de la biomasa– La biomasa de Candida utilis se recuperó mediante
centrifugación a 3000 rpm por 10 minutos en una centrífuga• Análisis bromatológico– el cual incluyó la determinación de proteínas, azúcares totales,
lípidos y humedad.
Obtención de enzimas
Los procesos de producción de enzimas microbianas se realizan mediante cultivos aeróbicos.
Las enzimas inducibles se producen sólo cuando en el medio se encuentra el inductor (sustrato).
Amilasas, se producen mediante fermentación y se utilizan en la conversión de cereales en el producto final llamado jarabe de cereales rico en fructosa
Alfa amilasa provoca ataque inicial al polímero, acortando la cadena y reduciendo la viscosidad del polímero, clarificante.
Invertasa se produce a partir del cultivo de Saccharomycescerevisiae, se utiliza para impedir la cristalización de azúcares, pues convierte sacarosa en azúcares más solubles. También se inyecta en el interior de los caramelos.
Obtención de enzimas
Pectinasas, producidas por cepas de aspergillus, se utiliza para licuar jugos de frutas.
Renina, producida por cepas de mucorse utiliza para coagular la leche en la producción de quesos.
Proteasas, para ablandar carnes de bacillusy aspergillus.
Lactasa, de kluyveromycesfragilis, para evitar la cristalización de helados.
Obtención de enzimas
Obtención de enzimas
Obtención de enzimas
Obtención de enzimas
Gracias