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SISTEMAS DE FERMENTACIÓN
0114- Biosíntesis y Biotecnología
Q.A. Eileen Canchola Carrillo
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