FERMENTACIÓN SÓLIDA

Kathiuska Guevara Moreno.

INTRODUCCIÓN

Un proceso de fermentación típico es esencialmente un proceso que se lleva a cabo en un recipiente llamado fermentador o en general, biorreactor, mediante el cual determinados sustratos que componen el medio de cultivo son transforma dos por acción microbiana en metabolitos y biomasa. El microorganismo va aumentando en su concentración en el transcurso del proceso al mismo tiempo que el medio se va modificando y se forman productos nuevos como consecuencia de las actividades catabólicas y anabólicas. Los dos fenómenos crecimiento y formación de producto, tienen lugar durante el desarrollo del proceso simultáneamente o no según los casos (Anónimo).Estos procesos pueden llevarse a cabo en estado sólido o en estado líquido.Los procesos de Fermentación en Estado Sólido (FES) existen de manera natural desde el comienzo de la vida en el planeta y fueron empleados de forma artesanal en los países del Sudeste Asiático, África y América Central desde hace siglos para la elaboración de alimentos a partir de cereales, yuca, entre otros. El objetivo fundamental con estas fermentaciones ha sido no solo aumentar el contenido proteico de estos alimentos, sino mejorar las posibilidades de conservación, cambiar las características físicas, el color, el olor o el sabor de los mismos. Ejemplos de estos productos lo constituyen el Koji, que se obtiene por el cultivo del hongo Aspergillus oryzae sobre cereales cocidos, el Shoyu, el Miso y el Ontjom (Hesseltine, 1972). La producción del queso Roquefort a partir de leche de oveja, data de alrededor de 1000 años; sin embargo, no es hasta aproximadamente 1930 que se conoce el papel de los hongos en la elaboración de ese alimento, cuando se demostró que todos los hongos desarrollados en este tipo de queso eran del mismo organismo Penicillium roqueforti (Correa)

OBJETIVOS

Comprobar el crecimiento de los hongos Aspergillus flavus, Aspergillus niger, Penicillium, Rhizopus y Mucor en procesos de fermentación sólida, en un medio de soporte + sustrato especifico (aserrín/papel filtro) y sobre soporte/sustrato (arroz).

MARCO TEÓRICO

Los procesos de Fermentación en Estado Sólido (FES) existen de manera natural desde el comienzo de la vida en el planeta y fueron empleados de forma artesanal en los países del Sudeste Asiático, África y América Central desde hace siglos para la elaboración de alimentos a partir de cereales, yuca, entre otros. El objetivo fundamental con estas fermentaciones ha sido no solo aumentar el contenido proteico de estos alimentos, sino mejorar las posibilidades de conservación, cambiar las características físicas, el color, el olor o el sabor de los mismos. Ejemplos de estos productos lo constituyen el Koji, que se obtiene por el cultivo del hongo Aspergillus oryzae sobre cereales cocidos, el Shoyu, el Miso y el Ontjom (Hesseltine, 1972). La producción del queso Roquefort a partir de leche de oveja, data de alrededor de 1000 años; sin embargo, no es hasta aproximadamente 1930 que se conoce el papel de los hongos en la elaboración de ese alimento, cuando se demostró que todos los hongos desarrollados en este tipo de queso eran del mismo organismo Penicillium roqueforti (Correa)

Según Viniegra-González, citado por Correa, la FES “es un proceso microbiológico que ocurre comúnmente en la superficie de materiales sólidos que tienen la propiedad de absorber y contener agua, con o sin nutrientes solubles”. Esta definición abarca a procesos donde el soporte sólido es inerte y los sustratos que utiliza el microorganismo pueden ser sustancias solubles en agua, como el proceso de bioconversión de etanol y el crecimiento de Candida utilis sobre amberlita

Se prefiere considerar la fermentación en estado sólido como un proceso en el cual se desarrollan microorganismos en materiales sólidos húmedos, por supuesto que quedan incluidos los materiales naturales o sintéticos que actúan sólo como soportes, y que están impregnados en una solución que contiene las sustancias nutritivas. Se define entonces a la fermentación en estado sólido como un proceso en el cual se desarrollan microorganismos en materiales sólidos húmedos (Julián y Ramos, 2007).

Una de las ventajas de la fermentación solida es que se utiliza más que todo para la obtención de conidios o micelios, siendo esta fermentación la más promisoria, ya que permite un rápido crecimiento del microorganismo, reflejado en una alta concentración de conidios por gramo de sustrato en un relativo corto periodo de tiempo. En cuanto a la fermentación líquida, facilita la obtención de una alta concentración del microorganismo pero representado en micelio y clamidosporas estructuras no aptas para sobrevivir a condiciones adversas y en consecuencia débiles para el establecimiento de nuevos hábitats (Chávez, 2006).

Una de las dificultades que presenta el proceso de fermentación en estado sólido está dada por el hecho de que, generalmente, no se disponen de ecuaciones prestablecidas que permitan llevar los resultados de nivel de laboratorio a una escala industrial, lo cual se debe a la complejidad de los fenómenos involucrados, relacionados con los procesos biológicos que ocurren, la generación del calor metabólico y los procesos de transporte de energía y masa que tienen lugar en el sistema. Por tal motivo resulta importante disponer de un procedimiento de cálculo que permita describir matemáticamente este tipo de proceso de transformación como base para la predicción de las condiciones de operación para la escala de producción (Dustet e Izquierdo, 2004).

MATERIALES

Cepas de Aspergillus flavus, Aspergillus niger, Penicillium sp, Rhizopus sp y Mucor sp.Bandejas de aluminioAserrínPapel filtroBotellas de aguardienteAsas micológicasMechero bunsenPapel vinipelArrozSharpieAlcoholAgar PDA en tubos de ensayo y cajas pequeñas

PROCEDIMIENTO

Se tomaron las cepas de Aspergillus flavus, Aspergillus niger, Penicillium, Rhizopus y Mucor y se inocularon en bandejas de aluminio que contenían como soporte aserrín y como sustrato papel filtro, previamente esterilizado.Se llevaron a incubar por 8 días a temperatura ambiente para probar la capacidad de crecer sobre el soporte y el sustrato proporcionado.Pasados los 8 días, se revelaron las cajas, observando si hubo o no crecimiento de los hongos sobre el sustrato y el soporte. Se hicieron repiques de las muestras en agar PDA en tubos de ensayo, en forma de bisel y en cajas para conservar las cepas.Se llenó una botella de aguardiente con arroz hasta tres cuartas partes aproximadamente y se le adicionó un poco de agua y se esterilizó.Luego se inoculo Aspergillus niger en este fermentador solido que sirve como soporte/sustrato para el microorganismo.Se llevo a incubar a temperatura ambiente y se reveló después de 8 días.

RESULTADOS

Fig 1. Penicillium sp, en bandeja de aluminio sobre soporte + sustrato (aserrín/papel filtro).Descripción: crecimiento de un moho de color verde grisáceo, de textura un tanto aterciopelada,

indicando la presencia de Penicillium sp., sobre el soporte y el sustrato de manera abundante, indicando que el hongo si está degradando de manera satisfactoria el sustrato que se le

adiciono.

Fig 2. Aspergillus flavus, en bandeja de aluminio sobre soporte + sustrato (aserrín/papel filtro).Descripción: crecimiento abundante de A. flavus, sobre el medio indicado, presentándose

colonias de color verde limón en este caso, de textura pulverulenta.

Fig 3. Mucor sp., en bandeja de aluminio sobre soporte + sustrato (aserrín/papel filtro).Descripción: notorio crecimiento de A. flavus, debido a la presencia de colonias de color verde limón, de textura pulverulenta, indicando contaminación por parte de este microorganismo. No

hubo crecimiento de Mucor sp. en el medio.

Fig 4. Aspergillus niger, en bandeja de aluminio sobre soporte + sustrato (aserrín/papel filtro).Descripción: crecimiento nulo del microorganismo en este estado, no se presento ningún tipo de

crecimiento, ni del microorganismo esperado ni de ningún contaminante.

Fig 5. Rhizopus sp, en bandeja de aluminio sobre soporte + sustrato (aserrín/papel filtro).Descripción: abundante crecimiento de moho blanco sobre el sustrato y sobre el soporte,

indicando la presencia de Rhizopus sp, y no hubo presencia de contaminantes.

Fig 6. Crecimiento de los repiques que se les realizó a las cepas para conservación, en agar PDA

Fig 7 y 8. Botella de aguardiente con soporte/sustrato antes (izq) y después (der) de inocular con Aspergillus flavus.

Descripción: se aprecio el crecimiento de Aspergillus flavus sobre el soporte/sustrato, y se midió la profundidad de crecimiento del microorganismo arrojando como resultado un crecimiento del

micelio de 3 cm de profundidad, donde predomino un micelio blanquecino, debido a que el cultivo se encontraba muy joven todavía.

Fig 9. Montaje en fresco del crecimiento de Aspergillus flavus en arroz.Descripción: se confirmo la presencia de A. flavus, encontrándose estructuras reproductivas

asexuales típicas de este género (conidióforos).

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Según los resultados obtenidos se puede apreciar que los hongos pudieron crecer mejor sobre este tipo de fermentación, posiblemente a que venía de un estado de estrés y las condiciones variaron un poco aun cuando se le suministro la misma fuente de carbono (papel filtro), pero esta vez estaba respaldado por un soporte rico en celulosa, en el caso del aserrín, (soporte + sustrato). En la mayoría de los casos se aprecio un buen crecimiento de los microorganismos inoculados, los únicos que no crecieron fueron Mucor sp, y esto pudo deberse a dos factores, (1) el medio se vio perjudicado por contaminación con A. flavus, y (2) que el microorganismo no pudo superar su estado de estrés, evitando así su crecimiento. Y A. niger, que tampoco creció. Pudo deberse a que esta bandeja tenía un contenido de agua un poco mayor a las otras bandejas y también al estrés que posiblemente presento el hongo.

En la prueba que se hizo sobre soporte/sustrato se vio un crecimiento bastante favorable, que permitió observar la capacidad degradadora de A. flavus, aun cuando su crecimiento fue de solo 3 cm de profundidad. Probándose que posiblemente le falto más tiempo para seguir consumiendo el sustrato, puesto que se observó que las colonias aun estaban en estado de crecimiento.

En estudios realizados por Hoyos y Carrera (2004), que utilizaron como sustratos de trabajo, los tratamientos salvado de trigo, amaranto y salvado de trigo-amaranto, no presentaron diferencias significativas, para las variables de respuesta. Esto se explica por los contenidos de carbohidratos y de proteína apropiados para que el microorganismo produzca sus metabolitos (enzimas de trabajo) en estos sustratos, cuando evaluaban un complejo enzimático a partir de Rhizopus niveus para la producción de alcohol etílico.

CONCLUSIONES

Finalmente podemos concluir que el crecimiento de Aspergillus flavus, Aspergillus niger, Penicillium, Rhizopus y Mucor, sobre las diferentes fermentaciones que se evaluaron en esta práctica arrojaron buenos resultados en su mayoría, observándose que A. flavus, Rhizopus, y Penicillium sp, fueron quienes mejores crecieron bajo las condiciones dadas. Y que Mucor y A. niger no fueron capaces de llevar a cabo procesos de degradación del sustrato, en el ensayo soporte + sustrato.

BIBLIOGRAFÍA

Anónimo. Aspectos generales de los procesos de fermentación. Cap. 2. Disponible en: http://www.science.oas.org/Simbio/mbio_ind/cap2_mi.pdf. Hora y fecha de consulta: 31/03/2011. 06:12 pm.Correa, H. Aspectos fundamentales de las fermentaciones en estado sólido. Centro Nacional de Sanidad Agropecuaria (CENSA). Disponible en: http://www.monografias.com/trabajos26/fermentaciones/fermentaciones.shtml. Hora y fecha de consulta: 28/03/2011. 09:25 am.Julian, M y Ramos, L. Fermentación en estado sólido (I). Produccion de alimento animal. Tecnología química. Vol. 27. Nº 3. 2007. Disponible en: http://www.uo.edu.cu/ojs/index.php/tq/article/viewFile/2435/1966. Hora y fecha de consulta: 02/04/2011. 10:38 am.Hoyos, J y Carrera, J. Desarrollo de un complejo enzimático por fermentación de sustrato sólido con Rhizopus niveus, para la optimización de la producción de alcohol etílico a partir de melaza. Facultad de ciencias agropecuarias. Vol.2. Nº1. 2004. Disponible en: http://www.unicauca.edu.co/biotecnologia/ediciones/vol2/Art24.pdf. Hora y fecha de consulta: 02/04/2011. 11:23 am.Dustet, J y Izquierdo, E. aplicación de balance de masa y energía al proceso de fermentación en estado sólido de bagazo de caña de

azúcar con Aspergillus niger. Biotecnología aplicada. Vol. 21. Nº 2. 2004. Disponible en: http://elfosscientiae.cigb.edu.cu/PDFs/BA/2004/21/2/BA002102OL085-091.pdf. Hora y fecha de consulta: 02/04/2011. 11:52 am.