fermentaciones industriales.ppt

FERMENTACIONES FERMENTACIONES INDUSTRIALESINDUSTRIALES

M. Sc. Ing. JUAN FRANCISCO ROBLES M. Sc. Ing. JUAN FRANCISCO ROBLES RUIZRUIZ

DEFINICIONDEFINICION

Es un proceso en el que se llevan a Es un proceso en el que se llevan a cabo cambios bioquímicos en un cabo cambios bioquímicos en un sustrato orgánico, por la acción de sustrato orgánico, por la acción de los catalizadores bioquímicos los catalizadores bioquímicos conocidos como enzimas, que son conocidos como enzimas, que son producidos por tipos específicos de producidos por tipos específicos de microorganismosmicroorganismos

OBJETIVOSOBJETIVOS

Conservacion de alimentos: alcohol, Conservacion de alimentos: alcohol, acido lactico.acido lactico.

Producción de biomasa: levadura Producción de biomasa: levadura para panificación, cultivos lácticospara panificación, cultivos lácticos

Producción de productos Producción de productos específicos: alcohol, ácidos específicos: alcohol, ácidos orgánicos, aminoácidos, vitaminas, orgánicos, aminoácidos, vitaminas, antibióticos, etc.antibióticos, etc.

Producción de enzimas: amilasas, Producción de enzimas: amilasas, pectinasas, celulasas, proteinasas.pectinasas, celulasas, proteinasas.

COMPONENTES DE LA FERMENTACIONCOMPONENTES DE LA FERMENTACION

FACTORES CONTROLABLES:FACTORES CONTROLABLES:

T°, OT°, O22 , pH, ADITIVOS, pH, ADITIVOS

ENZIMASENZIMAS

EXOCELULARESEXOCELULARESM.O.

M.O M.O

S

•Proteínas

•Carbohidratos

•Grasas

PRODUCTOS DE LA DEGRADACION

•Aminoácidos

•Monosacáridos

•Acidos Grasos

PRODUCTOS DE DESHECHO:Acidos, AlcoholesAldehidos,EsteresEteres,AntibióticosVitaminas

Enzimas

endocelulares

Permeasas

SUSTRATOS EN FERMENTACIONESSUSTRATOS EN FERMENTACIONES

CARBOHIDRATOSCARBOHIDRATOS: son los más : son los más comunes. De éstos se pueden comunes. De éstos se pueden obtener por acción microbiana: obtener por acción microbiana: alcohol, COalcohol, CO22, acidos, aminoacidos, , acidos, aminoacidos, vitaminas, etc.vitaminas, etc.

PROTEINASPROTEINAS: la acción microbiana : la acción microbiana

produce: polipéptidos, péptidos, produce: polipéptidos, péptidos, aminoácidos.aminoácidos.

GRASASGRASAS: la acción microbiana : la acción microbiana produce la hidrólisis de los triglicéridos produce la hidrólisis de los triglicéridos para producir ácidos grasos. para producir ácidos grasos.

OTROS SUSTRATOS: OTROS SUSTRATOS: como el etanol como el etanol

que por acción microbiana se que por acción microbiana se transforma en ácido acético.transforma en ácido acético.

MICROORGANISMOS EN FERMENTACIONESMICROORGANISMOS EN FERMENTACIONES

Requerimientos básicos para que un Requerimientos básicos para que un microorganismomicroorganismo pueda usarse en pueda usarse en fermentaciónfermentación::

Debe crecer rápidamente en el sustrato Debe crecer rápidamente en el sustrato deseado y debe serdeseado y debe ser fácilmente cultivado fácilmente cultivado en grandes cantidadesen grandes cantidades

Debe tener estabilidad fisiológica bajo las Debe tener estabilidad fisiológica bajo las condiciones de cultivo, produciendo las condiciones de cultivo, produciendo las enzimas requeridas para efectuar la enzimas requeridas para efectuar la transformación deseada en cantidades transformación deseada en cantidades suficientes.suficientes.

Condiciones de cultivo sencillas y fácil de Condiciones de cultivo sencillas y fácil de conservar.conservar.

TIPOS DE MICROORGANISMOSTIPOS DE MICROORGANISMOS

BacteriasBacterias::

-Lácticas: -Lácticas: Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus lactis, L.delbruekiiStreptococcus lactis, L.delbruekii

-Acéticas: -Acéticas: Acetobacter pasteurianus, Acetobacter pasteurianus, A. Xilynum, A. SuboxidansA. Xilynum, A. Suboxidans

-Butíricas: -Butíricas: Clostridium acetobutiricumClostridium acetobutiricum

-Bacilos: -Bacilos: Bacillus coagulansBacillus coagulans

-Actinomicetos-Actinomicetos

LevadurasLevaduras::Saccharomyces cerevisciae, S. Saccharomyces cerevisciae, S. ellipsoideus, S. uvarum, Pachysolen ellipsoideus, S. uvarum, Pachysolen tannophilus, Kluyveromyces lactis, tannophilus, Kluyveromyces lactis, Torula, CandidaTorula, Candida..

Mohos:Mohos:Aspergillus niger, A. Oryzae, Penicillium. Aspergillus niger, A. Oryzae, Penicillium. Thichoderma virideThichoderma viride

FACTORES A CONROLAR EN LA FACTORES A CONROLAR EN LA FERMENTACIONFERMENTACION

TemperaturaTemperatura: el microorganismo no puede : el microorganismo no puede regular su Tº interna por lo que su Tº es regular su Tº interna por lo que su Tº es idéntica a la del medio de cultivo donde se idéntica a la del medio de cultivo donde se desarrolla. Cada microorganismo tiene una desarrolla. Cada microorganismo tiene una temperatura óptima para su desarrollo y temperatura óptima para su desarrollo y metabolismo y en función a ello se pueden metabolismo y en función a ello se pueden clasificar en:clasificar en:

-Psicrófilos-Psicrófilos: Tºs entre 1-4ºC: Tºs entre 1-4ºC

-Mesófilos-Mesófilos: Tºs entre 20-40°C: Tºs entre 20-40°C -Termófilos-Termófilos: Tºs entre 45 y 60ºC: Tºs entre 45 y 60ºC

pH:pH: el crecimiento de los microorganismos el crecimiento de los microorganismos está influenciado grandemente por la está influenciado grandemente por la concentración de iones Hconcentración de iones H++ del medio del medio exterior. exterior.

-Bacterias-Bacterias: pH 6-9 (neutro): pH 6-9 (neutro)

-Hongos y levaduras-Hongos y levaduras: pH 3-6 (ácidos): pH 3-6 (ácidos)

FACTORES A CONTROLAR EN LA FACTORES A CONTROLAR EN LA FERMENTACIONFERMENTACION

OxígenoOxígeno: para los microorganismos implicados en : para los microorganismos implicados en fermentaciones el oxígeno puede ser beneficioso o fermentaciones el oxígeno puede ser beneficioso o NO. En función a esto, se pueden clasificar en:NO. En función a esto, se pueden clasificar en:

-Bacterias-Bacterias::Anaerobias estrictas:Anaerobias estrictas: ausencia de O ausencia de O22: Clostridios : Clostridios Anaerobias facultativas:Anaerobias facultativas: ausencia o presencia de Oausencia o presencia de O22: Cocos: Cocos

Aerobias estrictas:Aerobias estrictas: presencia de O presencia de O22: Bacilos: Bacilos

-Levaduras-Levaduras: Aerobias facultativas: : Aerobias facultativas: SaccharomycesSaccharomyces

--MohosMohos: Aerobios estrictos: Aspergillus, : Aerobios estrictos: Aspergillus, PenicilliumPenicillium

AditivosAditivos: Determinados compuestos y a : Determinados compuestos y a

determinadas concentraciones influyen en el determinadas concentraciones influyen en el desarrollo de los microorganismos, como desarrollo de los microorganismos, como anhidrido sulfuroso, sales, vitaminas, etc. anhidrido sulfuroso, sales, vitaminas, etc. Ejemplo: urea, fosfato, sulfato.Ejemplo: urea, fosfato, sulfato.

OPERACIONES EN EL PROCESO DE FERMENTACIONOPERACIONES EN EL PROCESO DE FERMENTACION

PREPARACION DEL MEDIO

ESTERILIZACION DEL MEDIO

PREPARACIONDEL

INOCULO

FERMENTACION

RECUPERACIONDEL

PRODUCTO

FILTRACIONDEL GAS

II II III

IV

V

VI

I. PREPARACION DEL MEDIO DE CULTIVOI. PREPARACION DEL MEDIO DE CULTIVO Tiene que tenerse en cuenta:Tiene que tenerse en cuenta:

-Producto que se desea obtener-Producto que se desea obtener-Exigencias del microorganismo-Exigencias del microorganismo-Disponibilidad y costo-Disponibilidad y costo

El medio de cultivo debe incluir:El medio de cultivo debe incluir: -Fuente de energía: carbohidratos (azúcares; -Fuente de energía: carbohidratos (azúcares;

hidrolizados de almidones y celulosa), hidrocarburoshidrolizados de almidones y celulosa), hidrocarburos-Fuente de nitrógeno: aminoácidos, úrea, sales -Fuente de nitrógeno: aminoácidos, úrea, sales nitrogenadas (fosfato de amonio, sulfato de amonio, nitrogenadas (fosfato de amonio, sulfato de amonio, etc.)etc.)

-Sales minerales: S, P, Fe, Ca, Na, K, etc.-Sales minerales: S, P, Fe, Ca, Na, K, etc.

-Otros nutrientes: dependiendo del -Otros nutrientes: dependiendo del microorganismo, como por ejemplo: vitaminas.microorganismo, como por ejemplo: vitaminas.

-Agua-Agua

-Acidos o álcalis para regular el pH-Acidos o álcalis para regular el pH

PREPARACION DEL MEDIO DE CULTIVOPREPARACION DEL MEDIO DE CULTIVO

La preparación del medio de cultivo depende La preparación del medio de cultivo depende principalmente de la fuente de carbono a utilizar.principalmente de la fuente de carbono a utilizar.

En el caso de utilizar azucares directamente En el caso de utilizar azucares directamente

aprovechables por el microorganismo, se hace una aprovechables por el microorganismo, se hace una dilución del azúcar con agua hasta la concentración dilución del azúcar con agua hasta la concentración óptima para la fermentación, luego se adicionan los óptima para la fermentación, luego se adicionan los otros constituyentes y se regula el pH.otros constituyentes y se regula el pH.

En el caso de los materiales amiláceos y celulósicos, En el caso de los materiales amiláceos y celulósicos,

se requiere un pretratamiento para obtener azúcares se requiere un pretratamiento para obtener azúcares directamente aprovechables. El pretratamiento directamente aprovechables. El pretratamiento consiste en una hidrólisis química o enzimática. consiste en una hidrólisis química o enzimática.

HIDROLISISHIDROLISIS

Materiales amiláceosMateriales amiláceos::

--Hidrólisis quimica (ácida):Hidrólisis quimica (ácida): es llevada a es llevada a cabo con ácidos inorgánicos como el cabo con ácidos inorgánicos como el HH22SOSO44 o HCl, a altas temperaturas (140- o HCl, a altas temperaturas (140-

200°C) y presiones (20-60 lb/pulg200°C) y presiones (20-60 lb/pulg22).).

--Hidrólisis enzimáticaHidrólisis enzimática: es llevada a cabo : es llevada a cabo por enzimas, previa gelatinización del por enzimas, previa gelatinización del almidón. Requiere de acondicionamiento y almidón. Requiere de acondicionamiento y de equipos.de equipos.

Las enzimas pueden ser provenientes de: vegetales (malta, Las enzimas pueden ser provenientes de: vegetales (malta, jora), animales (tialina) y microorganismos (jora), animales (tialina) y microorganismos (Aspergillus oryzae, Aspergillus oryzae, Bacillus coagulansBacillus coagulans))

Materiales celulósicos:Materiales celulósicos:

--Hidrólisis química (ácida)Hidrólisis química (ácida): al igual que en el caso de : al igual que en el caso de amiláceos, se utilizan ácidos inorgánicos y altas temperaturas y amiláceos, se utilizan ácidos inorgánicos y altas temperaturas y presiones.presiones.

--Hidrólisis enzimáticaHidrólisis enzimática: es llevada a cabo por enzimas, previa : es llevada a cabo por enzimas, previa deslignificación.deslignificación.

Las enzimas son provenientes de hongos: Las enzimas son provenientes de hongos: Thrichoderma Thrichoderma

reeseireesei, , Thrichoderma virideThrichoderma viride

III. ESTERILIZACIONIII. ESTERILIZACION Se realiza con el objeto de eliminar microorganismos Se realiza con el objeto de eliminar microorganismos

patógenos o que puedan competir con el patógenos o que puedan competir con el microorganismo fermentativo. Pueden ser:microorganismo fermentativo. Pueden ser:

Tratamiento térmico:Tratamiento térmico:

-Batch o lote-Batch o lote: la esterilización se lleva a cabo en el : la esterilización se lleva a cabo en el propio fermentador, a 100°C por un tiempo de 30 a 60 propio fermentador, a 100°C por un tiempo de 30 a 60 minutos.minutos.

En este caso, la ventaja es que el fermentador y el En este caso, la ventaja es que el fermentador y el medio se esterilizan simultáneamente, pero tiene la medio se esterilizan simultáneamente, pero tiene la desventaja de un mayor tiempo de operación para el desventaja de un mayor tiempo de operación para el calentamiento y el enfriamiento, sobre todo si se trabaja calentamiento y el enfriamiento, sobre todo si se trabaja con grandes volúmenes.con grandes volúmenes.

-Contínuo-Contínuo: se realiza en esterilizadores de : se realiza en esterilizadores de placa a una temperatura de 140°C por un placa a una temperatura de 140°C por un tiempo de 30 segundos. tiempo de 30 segundos.

En este caso, se utiliza un menor tiempo En este caso, se utiliza un menor tiempo de proceso y se pueden manejar grandes de proceso y se pueden manejar grandes cantidades, pero el fermentador debe ser cantidades, pero el fermentador debe ser esterilizado previamente.esterilizado previamente.

ESTERILIZACIONESTERILIZACION

Tratamiento químico: Tratamiento químico: utilizando una utilizando una sustancia química que inhiba el desarrollo de sustancia química que inhiba el desarrollo de los microorganismos patógenos y los microorganismos patógenos y competitivos del microorganismo competitivos del microorganismo fermentativo, pero que no afecta el desarrollo fermentativo, pero que no afecta el desarrollo de éste último.de éste último.

Por ejemplo la utilización del anhidrido Por ejemplo la utilización del anhidrido sulfuroso en mostos de uva, para la sulfuroso en mostos de uva, para la fermentacion alcohólica en la elaboración de fermentacion alcohólica en la elaboración de vinos.vinos.

Filtración bateriológica: Filtración bateriológica: utilizando filtros utilizando filtros de celulosa o de cerámica que tienen de celulosa o de cerámica que tienen porosidades que no dejan pasar porosidades que no dejan pasar microorganismos.microorganismos.Este tipo de esterilización se utiliza para Este tipo de esterilización se utiliza para sustancias termolábiles sustancias termolábiles que tienen que ser adicionadas en el que tienen que ser adicionadas en el medio de cultivo como las medio de cultivo como las vitaminas.vitaminas.

M.Sc. Ing. Américo Guevara PérezM.Sc. Ing. Américo Guevara Pérez

PREPARACION DEL INOCULOPREPARACION DEL INOCULO

IV. FILTRACION DEL GASIV. FILTRACION DEL GAS

El aire (oxígeno), COEl aire (oxígeno), CO22 o cualquier otro gas que debe ser o cualquier otro gas que debe ser suministrado al fermentador debe ser previamente esterilizado suministrado al fermentador debe ser previamente esterilizado para eliminar los microorganismos contaminantes.para eliminar los microorganismos contaminantes.

Se utilizan filtros de profundidad o filtros de exclusión.Se utilizan filtros de profundidad o filtros de exclusión. Los filtros de profundidad fueron los primeros en ser utilizados Los filtros de profundidad fueron los primeros en ser utilizados

usando distintas fibras naturales como el algodón. Este ha usando distintas fibras naturales como el algodón. Este ha sido reemplazado por la fibra de vidrio en filtros grandes, pero sido reemplazado por la fibra de vidrio en filtros grandes, pero aún se utiliza en matraces. Estos filtros no son absolutos ya aún se utiliza en matraces. Estos filtros no son absolutos ya que los espacios entre las fibras son mucho más grandes que que los espacios entre las fibras son mucho más grandes que el microorganismo, pero la profundidad de la cama filtrante el microorganismo, pero la profundidad de la cama filtrante asegura que todos los microorganismos sean removidos.asegura que todos los microorganismos sean removidos.

Los filtros de exclusión son membranas de celulosa que Los filtros de exclusión son membranas de celulosa que tienen poros de 0.2-0.45 tienen poros de 0.2-0.45 m que son adecuadas para eliminar m que son adecuadas para eliminar bacterias.bacterias.

V. FERMENTACIONESV. FERMENTACIONES

Es la operación en la que se van a llevar Es la operación en la que se van a llevar los cambios bioquímicos del sustrato por los cambios bioquímicos del sustrato por medio de las enzimas de los medio de las enzimas de los microorganismos para obtener productos microorganismos para obtener productos como: biomasa y metabolitos secundarios como: biomasa y metabolitos secundarios (alcoholes, acidos, etc.)(alcoholes, acidos, etc.)

Controles:Controles:-Temperatura-Temperatura-pH-pH-Aireación-Aireación-Concentración de sustrato-Concentración de sustrato-Concentración de producto-Concentración de producto

ESQUEMA DE UN FERMENTADORESQUEMA DE UN FERMENTADOR

METODOS DE FERMENTACIONMETODOS DE FERMENTACION

Fermentación discontínua: batchFermentación discontínua: batchSe considera como un sistema cerrado.Se considera como un sistema cerrado.Al tiempo=0, la solución esterilizada de Al tiempo=0, la solución esterilizada de nutrientes se inocula con microorganismos y nutrientes se inocula con microorganismos y se permite que se lleve a cabo la se permite que se lleve a cabo la fermentación en condiciones óptimas de fermentación en condiciones óptimas de temperatura.temperatura.A lo largo de la fermentación, no se añade A lo largo de la fermentación, no se añade nada, excepto oxígeno (en forma de aire), si nada, excepto oxígeno (en forma de aire), si es requerido, un agente antiespumante y es requerido, un agente antiespumante y ácidos o bases para regular el pH.ácidos o bases para regular el pH.

La composición del medio, la La composición del medio, la concentración de biomasa y la concentración de biomasa y la concentración de metabolitos cambia en concentración de metabolitos cambia en forma contínua como consecuencia del forma contínua como consecuencia del metabolismo de las células y se observa metabolismo de las células y se observa la curva típica de crecimiento.la curva típica de crecimiento.

El cese del crecimiento microbiano es El cese del crecimiento microbiano es consecuencia del agotamiento del consecuencia del agotamiento del nutriente esencial o la acumulación de nutriente esencial o la acumulación de productos tóxicos para la célula.productos tóxicos para la célula.


Fermentación contínuaFermentación contínua::

Se considera un sistema abierto.Se considera un sistema abierto.

La solución nutritiva estéril se añade continuamente al La solución nutritiva estéril se añade continuamente al biorreactor y una cantidad equivalente de solución utilizada de biorreactor y una cantidad equivalente de solución utilizada de los nutrientes con el producto y los microorganismos se saca los nutrientes con el producto y los microorganismos se saca simultáneamente del sistema.simultáneamente del sistema.

La población microbiana se mantiene en estado contínuo de La población microbiana se mantiene en estado contínuo de crecimiento balanceado, al eliminar, de manera contínua algo crecimiento balanceado, al eliminar, de manera contínua algo del cultivo y reemplazarlo con medio nuevo a la misma del cultivo y reemplazarlo con medio nuevo a la misma velocidad.velocidad.


Inmovilización celularInmovilización celular::

La inmovilización celular es una técnica que encierra La inmovilización celular es una técnica que encierra una enzima o célula, catalíticamente activa, dentro de una enzima o célula, catalíticamente activa, dentro de un sistema o reactor y evita su salida hacia la fase un sistema o reactor y evita su salida hacia la fase móvil que lleva el sustrato y el producto.móvil que lleva el sustrato y el producto.

METODOS DE INMOVILIZACION CELULARMETODOS DE INMOVILIZACION CELULAR

a)Entrecruzamientoa)Entrecruzamiento

Algunos microorganismos tienden a formar Algunos microorganismos tienden a formar agregados o flóculos en cultivos en agregados o flóculos en cultivos en suspensión, por ejm. ciertas cepas de suspensión, por ejm. ciertas cepas de levadura. Las condiciones del medio, como levadura. Las condiciones del medio, como la adición de polielectrolitos pueden producir la adición de polielectrolitos pueden producir agregación.agregación.

b)Atrapamientob)AtrapamientoConsisten en la oclusión de las células dentro Consisten en la oclusión de las células dentro de una estructura que las retiene, sin dejar que de una estructura que las retiene, sin dejar que se escapen, pero que deja penetrar los se escapen, pero que deja penetrar los sustratos y salir los productos. Los sustratos y salir los productos. Los microorganismos pueden ser atrapados en las microorganismos pueden ser atrapados en las siguientes estructuras:siguientes estructuras:-Geles: poliacrilamida, alginato de calcio-Geles: poliacrilamida, alginato de calcio-Fibras: triacetato de celulosa-Fibras: triacetato de celulosa-Precipitados de hidróxidos metálicos: sales de -Precipitados de hidróxidos metálicos: sales de cloruro de titanio o zirconiocloruro de titanio o zirconio-Membranas semipermeables de ultrafiltración o -Membranas semipermeables de ultrafiltración o de películas con poros calibrados.de películas con poros calibrados.

c)Enlace covalentec)Enlace covalente

Consiste En el enlace directo de las Consiste En el enlace directo de las células a un soporte activado. El enlace células a un soporte activado. El enlace suele ser con algún componente reactivo suele ser con algún componente reactivo de la superficie celular, por ejemplo de la superficie celular, por ejemplo grupos amino, carboxilo, tilo, hidroxilo, grupos amino, carboxilo, tilo, hidroxilo, imidazol o fenol de las proteínas.imidazol o fenol de las proteínas.

Se utilizan dos tipos de soporte:Se utilizan dos tipos de soporte: OrgánicoOrgánico ((celulosacelulosa) e ) e InorgánicoInorgánico ( (vidriovidrio))

d)Adsorciónd)AdsorciónLos microorganismos llegan a la superficie del Los microorganismos llegan a la superficie del soporte, bien por fuerzas dinámicas del fluido, soporte, bien por fuerzas dinámicas del fluido, por sedimentación o por difusión browniana. por sedimentación o por difusión browniana. Una vez en la superficie, se adhieren, primero Una vez en la superficie, se adhieren, primero de una forma reversible por fuerza de Van der de una forma reversible por fuerza de Van der Waals, electrostáticas o covalentes y luego Waals, electrostáticas o covalentes y luego irreversiblemente por secreción de polisacáridos irreversiblemente por secreción de polisacáridos extracelulares que unen a los microorganismos extracelulares que unen a los microorganismos entre sí y al soporte inerte, formándose el entre sí y al soporte inerte, formándose el denominado “biofilm”.denominado “biofilm”.Se utilizan como soportes: arena, alúmina, Se utilizan como soportes: arena, alúmina, arcillas, plástico, resinas de intercambio iónico. arcillas, plástico, resinas de intercambio iónico.

RECUPERACION DEL PRODUCTORECUPERACION DEL PRODUCTO

OBJETIVOS DE LAS OPERACIONES DE OBJETIVOS DE LAS OPERACIONES DE RECUPERACION:RECUPERACION:--ConcentrarConcentrar-Purificar-Purificar

Las operaciones dependen:Las operaciones dependen:

-Naturaleza del producto final-Naturaleza del producto final-Tipo de microorganismo utilizado-Tipo de microorganismo utilizado-Concentración del producto-Concentración del producto-Productos colaterales presentes en el medio de -Productos colaterales presentes en el medio de cultivocultivo-Grado de purificación deseado-Grado de purificación deseado


ETAPAS:ETAPAS:

A)Separación de la biomasa y/o compuestos A)Separación de la biomasa y/o compuestos insolubles.insolubles.

Operaciones:Operaciones:

-Sedimentación-Sedimentación

-Floculación-Floculación

-Flotación-Flotación

-Filtración-Filtración

-Centrifugación-Centrifugación


B)Concentración y purificación del productoB)Concentración y purificación del producto

Operaciones:Operaciones:

-Evaporación-Evaporación

-Destilación-Destilación

-Precipitación química-Precipitación química

-Extracción por solventes-Extracción por solventes

-Cristalización-Cristalización

-Secado-Secado

-Intercambio iónico-Intercambio iónico

-Cromatografía-Cromatografía

-Osmosis inversa-Osmosis inversa

-Ultrafiltración -Ultrafiltración

PRODUCCION DE BIOMASAPRODUCCION DE BIOMASA

A)CON FINES INDUSTRIALES : Producción A)CON FINES INDUSTRIALES : Producción de levadura para panificación de levadura para panificación

a)Sustratoa)Sustrato: melaza (sacarosa, glucosa): melaza (sacarosa, glucosa) -Concentración de azúcar: 0.5-1.5%-Concentración de azúcar: 0.5-1.5%

-pH: 4.0-4.5 (se regula con H-pH: 4.0-4.5 (se regula con H22SOSO44))

-Nutrientes: fosfato de amonio-Nutrientes: fosfato de amonio ureaurea sulfato de amoniosulfato de amonio biotinabiotina

b)Microorganismob)Microorganismo:: Saccharomyces Saccharomyces cerevisciaecerevisciae c)Condiciones del procesoc)Condiciones del proceso:: -Tº : 26-30ºC-Tº : 26-30ºC -Aireación-Aireación d)Control del procesod)Control del proceso: determinación de la biomasa: determinación de la biomasa e)Recuperación del producto (levadura):e)Recuperación del producto (levadura): -Centrifugación-Centrifugación -Filtración: filtro prensa: se obtiene la levadura prensada -Filtración: filtro prensa: se obtiene la levadura prensada

(80-90% humedad)(80-90% humedad) -Peletización-Peletización -Secado por aire caliente: se obtiene la levadura -Secado por aire caliente: se obtiene la levadura

seca activa (8% de seca activa (8% de humedad)humedad)

FLUJO DE OPERACIONES PARA LA PRODUCCION DE FLUJO DE OPERACIONES PARA LA PRODUCCION DE LEVADURA DE PANLEVADURA DE PAN

PREPARACION DEL MEDIO DE CULTIVO

ESTERILIZACION

INOCULACION

FERMENTACION

CENTRIFUGACION

LAVADO

FILTRACION-PRENSADO

MEZCLADO

ENVASADO

Saccharomyces cerevisciae

>106 ufc/ml

-Melaza-Acido sulfúrico-Agua-Fosfato de Amonio-Urea-Biotina

-T°= 26-30°C

-Aireación

-Concentración de azúcar: 0.5-1.5%

- pH 4.0-4.5

-T° = 121°C

-Tiempo = 20 min

OBTENCION DE LEVADURA DE PANOBTENCION DE LEVADURA DE PAN

PRODUCCION DE BIOMASAPRODUCCION DE BIOMASA

B)CON FINES ALIMENTARIOS: Producción de B)CON FINES ALIMENTARIOS: Producción de levadura alimento (CPU)levadura alimento (CPU)

aa)Sustrato)Sustrato: azúcares: : azúcares:

melaza de caña (sacarosa)melaza de caña (sacarosa)

suero de leche (lactosa)suero de leche (lactosa)

hidrocarburos (petróleo)hidrocarburos (petróleo)

-Concentración de azúcar: 0.5-1.5%-Concentración de azúcar: 0.5-1.5%

-pH: 4.0-4.5-pH: 4.0-4.5

-Nutrientes: fosfato de amonio, urea-Nutrientes: fosfato de amonio, urea

b)Microorganismosb)Microorganismos: : Candida utilis, Torulopsis Candida utilis, Torulopsis utilis, Candida arborea, Torula cremoris, utilis, Candida arborea, Torula cremoris, Candida Candida

tropicalis, Kluyveromyces tropicalis, Kluyveromyces Lactis.Lactis.

c)Condiciones del procesoc)Condiciones del proceso:: -Tº : 26-30ºC-Tº : 26-30ºC -Aireación-Aireación d)Control del procesod)Control del proceso: determinación de la : determinación de la

biomasabiomasa

e)Recuperación del producto (levadura):e)Recuperación del producto (levadura):

-Centrifugación-Centrifugación

-Tratamiento para degradar la pared celular y -Tratamiento para degradar la pared celular y para eliminar ácidos nucleicos: para eliminar ácidos nucleicos:

choque térmico, eliminación de los ácidos choque térmico, eliminación de los ácidos nucleicos mediante enzimasnucleicos mediante enzimas

intracelulares, enzimas externas, con sales, etc. intracelulares, enzimas externas, con sales, etc.

-Secado por rodillo o por atomización -Secado por rodillo o por atomización (concentrado protéico con 5-8% de humedad).(concentrado protéico con 5-8% de humedad).

FLUJO DE OPERACIONES PARA LA PRODUCCION DE FLUJO DE OPERACIONES PARA LA PRODUCCION DE LEVADURA ALIMENTOLEVADURA ALIMENTO


ESTERILIZACION

INOCULACION

FERMENTACION

CENTRIFUGACION

LAVADO

ELIMINACION DE ACIDOS NUCLEICOS

CONCENTRADO

SECADO

-Melaza-Acido sulfúrico-Agua-Fosfato y sulfato de Amonio-Urea-Sales

-Concentración de azúcar: 0.5-1.5%

- pH 4.0-4.5

-T° = 140°C

-Tiempo = 30 seg

Candida utiliz

>106 ufc/ml-T°= 26-30°C

-Aireación

METODOS PARA ELIMINAR O DISMINUIR EL CONTENIDO DE ACIDOS METODOS PARA ELIMINAR O DISMINUIR EL CONTENIDO DE ACIDOS NUCLEICOSNUCLEICOS

a)a)Hidrólisis alcalina de ARN de la célula Hidrólisis alcalina de ARN de la célula empleando NAOHempleando NAOHLa hidrólisis del ARN da lugar a los La hidrólisis del ARN da lugar a los mononucleótidos de la purina y la pirimidina, mononucleótidos de la purina y la pirimidina, que se van a encontrar en el sobrenadante que se van a encontrar en el sobrenadante conjuntamente con la proteína y otros conjuntamente con la proteína y otros componentes, quedando como precipitado la componentes, quedando como precipitado la pared celular, la cual se separa por pared celular, la cual se separa por centrifugación. Con este procedimiento son centrifugación. Con este procedimiento son extraídos 90 a 95% de ácidos nucleicos y se extraídos 90 a 95% de ácidos nucleicos y se obtiene 70 a 80% de proteína.obtiene 70 a 80% de proteína.

b)b)Extracción de ARN con soluciones de Extracción de ARN con soluciones de cloruro de sodio u otros compuestos cloruro de sodio u otros compuestos químicosquímicos

Se basa en la solubilización del ácido nucleico Se basa en la solubilización del ácido nucleico por la sal en una muestra homogenizada. Se por la sal en una muestra homogenizada. Se utiliza una solución de 4% de NaCl, con un utiliza una solución de 4% de NaCl, con un tiempo de extracción de 1 hora a 40ºC. Se tiempo de extracción de 1 hora a 40ºC. Se separa la pared celular por centrifugación, luego separa la pared celular por centrifugación, luego se precipita la proteína llevando la solución a pH se precipita la proteína llevando la solución a pH 4.0 (punto isoeléctrico), y luego se separa por 4.0 (punto isoeléctrico), y luego se separa por centrifugación, realizando varios lavados.centrifugación, realizando varios lavados.

c)c)Degradación por enzimas endógenasDegradación por enzimas endógenasConsiste en la extracción de ribonucleasas Consiste en la extracción de ribonucleasas (normalmente presentes en la levadura en (normalmente presentes en la levadura en condición inactiva) que hidrolizan el ácido condición inactiva) que hidrolizan el ácido nucleico en nucleótidos, los cuales se difunden nucleico en nucleótidos, los cuales se difunden a través de la pared celular debilitada y pueden a través de la pared celular debilitada y pueden ser extraídos por centrifugación, lavado o ser extraídos por centrifugación, lavado o diálisis. Es así que a 70ºC por 1 minuto, se diálisis. Es así que a 70ºC por 1 minuto, se destruyen los inhibidores de las RNASAS y destruyen los inhibidores de las RNASAS y proteinasas, liberándolas y, luego al ser proteinasas, liberándolas y, luego al ser incubadas a 50ºC, se activan las enzimas que incubadas a 50ºC, se activan las enzimas que degradan los ácidos nucleicos y en menor grado degradan los ácidos nucleicos y en menor grado a las proteínas.a las proteínas.

d)d)Degradación de ARN por enzimas Degradación de ARN por enzimas endógenas y ClNaendógenas y ClNa

El efecto de la sal sobre la extracción de El efecto de la sal sobre la extracción de ARN está relacionado con el ingreso de la ARN está relacionado con el ingreso de la sal en la célula, debilitando o destruyendo sal en la célula, debilitando o destruyendo la estructura de ribosoma (que contiene el la estructura de ribosoma (que contiene el ARN) y al lisosoma (que contiene a la ARN) y al lisosoma (que contiene a la enzima RNASA en forma latente y enzima RNASA en forma latente y asociada). La RNASA, además, es asociada). La RNASA, además, es activada por Cloruro de sodio al 3%.activada por Cloruro de sodio al 3%.

e)e)Degradación de ARN por enzimas Degradación de ARN por enzimas exógenasexógenas

Consiste en añadir la ribonucleasa Consiste en añadir la ribonucleasa extraída de fuentes ricas en enzimas extraída de fuentes ricas en enzimas (RNASA pancreática) a las suspensiones (RNASA pancreática) a las suspensiones de células para hidrolizar el ácido nucleico de células para hidrolizar el ácido nucleico bajo condiciones específicas.bajo condiciones específicas.

PRODUCCION DE ALCOHOLPRODUCCION DE ALCOHOL

a)Sustrato: a)Sustrato: azúcares o hidrolizados de materiales azúcares o hidrolizados de materiales amiláceos y celulósicosamiláceos y celulósicos

b)Condiciones del sustratob)Condiciones del sustrato:: -Concentración de azúcar: 10-18% (-Concentración de azúcar: 10-18% (S. cerevisciaeS. cerevisciae)) 20-26% (20-26% (S. ellipsoideusS. ellipsoideus)) -Nutrientes: fosfato de amonio, sulfato de amonio-Nutrientes: fosfato de amonio, sulfato de amonio -pH: 4.0 - 4.5 (-pH: 4.0 - 4.5 (S. cerevisciaeS. cerevisciae))

3.3 - 3.5 (3.3 - 3.5 (S. ellipsoideusS. ellipsoideus))

c)Microorganismos usadosc)Microorganismos usados: : S. cerevisciae, S. cerevisciae, S. ellipsoideus, S. uvarum, Kluyveromyces S. ellipsoideus, S. uvarum, Kluyveromyces lactis, K. fragilis, Pachysolen tannophilus, lactis, K. fragilis, Pachysolen tannophilus, Schizosaccharomyces pombeSchizosaccharomyces pombe

d)Condiciones del procesod)Condiciones del proceso:: -Aireación: se requiere sólo al comienzo, para -Aireación: se requiere sólo al comienzo, para promover el crecimiento de la levadura, luego la promover el crecimiento de la levadura, luego la fermentación se lleva a cabo en anaerobiosis.fermentación se lleva a cabo en anaerobiosis. -Tº: 20-25ºC.-Tº: 20-25ºC.

e)Recuperación del producto: alcohole)Recuperación del producto: alcohol -Destilación-Destilación -Rectificación-Rectificación

FLUJO DE OPERACIONES PARA LA OBTENCION FLUJO DE OPERACIONES PARA LA OBTENCION DE ALCOHOLDE ALCOHOL


ESTERILIZACION

INOCULACION

FERMENTACION

DESTILACION

RECTIFICACION

-Melaza-Acido sulfúrico-Agua-Fosfato y sulfato de Amonio-Urea

-Concentración de azúcar: 18-20%

- pH 4.0

Saccharomyces cerevisciae

>106 ufc/ml

-T° = 121°C

-Tiempo = 20 min

-T°= 25-28°C

-Aireación al inicio, después anaerobiosis

OBTENCION DE ALCOHOLOBTENCION DE ALCOHOL

PRODUCCION DE ACIDO ACETICOPRODUCCION DE ACIDO ACETICO

a)Sustrato: a)Sustrato: alcohol etílico, vino, sidra y alcohol etílico, vino, sidra y cualquier bebida alcohólica de frutascualquier bebida alcohólica de frutas

o bebidas amiláceaso bebidas amiláceas

b)Condiciones del sustratob)Condiciones del sustrato::-Concentración de alcohol: 10-13% -Concentración de alcohol: 10-13% -Nutrientes: fosfato de amonio, borra de -Nutrientes: fosfato de amonio, borra de

levaduralevadura-Acidez acética inicial: -Acidez acética inicial: 3-3.5% (método lento)3-3.5% (método lento)1-1.5% (método de fermentación sumergida)1-1.5% (método de fermentación sumergida)

c)Microorganismos usadosc)Microorganismos usados: : A. aceti, A. A. aceti, A. pasteurianus, A. suboxydans, A. ascendens, A. pasteurianus, A. suboxydans, A. ascendens, A. xylinum.xylinum.

d)Condiciones del procesod)Condiciones del proceso:: -Aireación: se requiere pero en cantidades -Aireación: se requiere pero en cantidades medidas.medidas. -Tº: 27-30ºC.-Tº: 27-30ºC.

e)Recuperación del producto: acido acéticoe)Recuperación del producto: acido acético -Destilación-Destilación -Rectificación-Rectificación

FLUJO DE OPERACIONES PARA OBTENER ACIDO FLUJO DE OPERACIONES PARA OBTENER ACIDO ACETICO (VINAGRE)ACETICO (VINAGRE)


INOCULACION

FERMENTACION

DECANTACION

CLARIFICACION

ESTABILIZACION

ENVASADO

-Mosto alcohólico-Acido acético-Fosfato de Amonio

Acetobacter suboxydans

Acetobacter pasteurianus

>106 ufc/ml

-Concentración de alcohol: 10%

-Acidez acética: 1-3%

-T°= 30°C

-Aireación moderada

FERMENTADORES FERMENTADORES

PRODUCCION DE ACIDO CITRICOPRODUCCION DE ACIDO CITRICO

a)Sustrato: a)Sustrato: azúcares o hidrolizados de azúcares o hidrolizados de materiales amiláceos y celulósicosmateriales amiláceos y celulósicos

b)Condiciones del sustratob)Condiciones del sustrato:: -Concentración de azúcar: 14% -Concentración de azúcar: 14%

-Nutrientes:cantidades medidas de sales -Nutrientes:cantidades medidas de sales

de nitrógeno, potasio, fósforo, azufre y de nitrógeno, potasio, fósforo, azufre y magnesio magnesio -pH: 2.2 - 3.5 -pH: 2.2 - 3.5

c)Microorganismos usadosc)Microorganismos usados: : Aspergillus Aspergillus niger, Penicillium luteum, Mucor niger, Penicillium luteum, Mucor piriformis. piriformis.

d)Condiciones del procesod)Condiciones del proceso::

-Aireación: se requiere, pero en -Aireación: se requiere, pero en

cantidades medidas cantidades medidas

-Tº: 26-28ºC.-Tº: 26-28ºC.

PRODUCCION DE ACIDO CITRICOPRODUCCION DE ACIDO CITRICO

e)Recuperación del producto: acido cítricoe)Recuperación del producto: acido cítrico -Filtración-Filtración -Precipitación con Oxido de Calcio-Precipitación con Oxido de Calcio -Filtración o centrifugación -Filtración o centrifugación

-Tratamiento con H-Tratamiento con H22SOSO4 4

-Filtración-Filtración -Decolorado-Decolorado -Filtración-Filtración

-Concentración-Concentración

-Cristalización-Cristalización -Centrifugación-Centrifugación -Lavado-Lavado -Secado -Secado

FLUJO DE OPERACIONES PARA OBTENER ACIDO FLUJO DE OPERACIONES PARA OBTENER ACIDO CITRICOCITRICO


INOCULACION

FERMENTACION

FILTRACION

PRECIPITACION

-Melaza-Acido sulfúrico-Agua-Sales de N, K, P. S, Mg, Fe

Aspergillus niger

>106 esporas/ml

-Concentración de azúcar: 14%

-pH: 2.2-3.5

-T°= 26-28°C

-Aireación moderada

-Hidróxido de Calcio

FILTRACION

-T° = 121°C

-Tiempo = 20 minESTERILIZACION

FLUJO DE OPERACIONES PARA OBTENER ACIDO FLUJO DE OPERACIONES PARA OBTENER ACIDO CITRICOCITRICO

PRECIPITACION

FILTRACION

CONCENTRACION

CRISTALIZACION

CENTRIFUGACION

LAVADO

SECADO

-Acido sulfúrico

DECOLORACION

FILTRACION

-Carbón activado

OBTENCION DE ACIDO CITRICOOBTENCION DE ACIDO CITRICO

fermentaciones industriales.ppt

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