Sistemas de Fermentación

SISTEMAS DE FERMENTACIÓN

0114- Biosíntesis y Biotecnología

Q.A. Eileen Canchola Carrillo

eileen.qa@gmail.com

Fermentación Metabolismo Microbiología Industrial

Proveer un ambiente propicio para producir eficientemente:

• Cultivos celulares

• Biotransformaciones

• Transformaciones enzimáticas

Fermentación sumergida

• Suspended/Submerged growth• Medio de cultivo liquido.• Células dispersas que

interactúan individualmente o como agregados celulares.• Pueden desarrollarse gradientes

de oxígeno y nutrientes.

Fermentación sólida

• Solid state/Solid substrate fermentations• Cultivo de microorganismos

sobre soportes sólidos, inertes o sustratos insolubles con baja Aw que puede además usarse como fuentes de C y energía.• Las células se desarrollan como

biofilms, resultando en una comunidad interactiva compleja.

Batch cultureCultivo en lote

Fed-batch cultureCultivo

alimentado

Continous cultureCultivo

continuo

Sistema cerrado.

No hay adición de nutrientes posterior a la inoculación.

Curva típica de crecimiento.

Ej: Bebidas alcohólicas, aminoácidos, enzimas y ácidos orgánicos.

Es un cultivo en lote al que se le agregan nutrientes sin remover el microorganismo en crecimiento.

Ej: Penicilina, levadura de panificación.

Sistema abierto.

La adición de nutrientes y la remoción del moo en crecimiento es proporcional.

Más productivo.

Ej: Biomasa, bioetanol y tratamiento de efluentes.

Parámetros a controlar

Agitación

• Produce condiciones homogéneas dentro del bioreactor y promueve la transferencia de nutrientes, gases y calor.• Algunos sistemas de agitación pueden dañar células sensibles al

estrés mecánico, mientras que otros pueden conducir a la floculación celular o crecimiento en las paredes del bioreactor, electrodos etc.

Stirred tank reactor

Agitación mecánica.

Airlift fermenters

Inyección de aire

Deep-jet fermenters

Inyección de líquido

Transferencia de Calor

• Control de la temperatura durante procesos de esterilización y mantenimiento de la temperatura de operación durante la fermentación.

Aeration/AireaciónFermentaciones aerobias.

El gas introducido en el fermentador debe pasar por un filtro estéril, y un filtro similar en el sistema de escape evita contaminación ambiental.

El flujo de aire para grandes fermentadores raramente excede 0.5-1.0 vvm (volumen de aire*volumen de medio*minuto).

Aeration/AireaciónLa transferencia de oxígeno es compleja ya que incluye un cambio de fase (gas-líquido) y se encuentra influenciada por los siguientes factores.

1.- Condiciones físicas del proceso: temperatura, presión y área de contacto/tamaño de las burbujas.

2.- Composición química del medio.

3.- volumen de gas introducido por unidad de volumen del reactor por unidad de tiempo.

4.-. Sistema de burbujeo utilizado.

5.- Velocidad de agitación.

Solid state fermentation

Crecimiento de microorganismos en medio sólido.

El ambiente del bioreactor es difícil de controlar, por ejemplo: temperatura y humedad.

Rotating drum

fermenter

Tray fermente

r

Bed syste

m

Referencia

Waytes, M., Morgan, N., Rockey, J., Higton, G. Industrial Microbiology, an Introduction. Blackwell Science. London UK. 2011