Crecimiento Microbiano y Cinética De Fermentaciones

Capítulo 1


Crecimiento Microbiano y Cinética de Fermentaciones.


1 INTRODUCCION.

En la actualidad una gran variedad de productos son elaborados por vía “fermentativa” o “microbiana”. En un principio, los microorganismos se aislaban y seleccionaban de una gran variedad de fuentes (suelos de distintos tipos, materiales orgánicos en descomposición, aguas, etc.), sin embargo, gracias alextraordinario avance de la microbiología, la bioquímica y la genética, existen ahora “Colecciones Microbianas” que se encargan de preservar, por tiempos prolongados, las características de producción de microorganismos de interés industrial. El avance ha llegado a grado tal que se cuenta con microorganismos mejorados o “producidos” genéticamente, en manera tal que los rendimientos y capacidadesde producción en los bioprocesos se han incrementado notablemente.
Definiremos como “fermentación” a todo aquel proceso a través del cual, algún género microbiano, transforma una materia prima orgánica en un producto de interés industrial. Así, la transformación de azúcares disueltos a etanol por acción de las levaduras (transformación anaeróbica) o la producción de antibióticos por la acción dehongos sobre almidones y otras materias primas disueltas, se consideran procesos de fermentación y específicamente de fermentación “sumergida”. No es el objetivo de la presente obra abarcar el campo de las fermentaciones en sustrato sólido, sino exclusivamente las sumergidas.
Un proceso de fermentación consta de tres etapas principales que son: a) preparación de las materias primas; b)transformación microbiana de la materia prima a producto; c) separación, recuperación y purificación de producto(s).
La primera etapa concluye con la preparación de un “medio de cultivo acuoso” que sea capaz de sostener la vida y la capacidad productiva del microorganismo de interés a la mayor velocidad posible. Dicho medio deberá contener los elementos necesarios e indispensables para el crecimiento yproducción, por lo que deberá diseñarse respondiendo a estas características. En esta etapa deberán considerarse los efectos que las variables fisicoquímicas de los medios tales como densidad, pH, fuerza iónica, etc., presentan sobre el crecimiento y producción microbiana.
La “transformación de la materia prima” se refiere a la acción microbiana sobre el medio de cultivo para elaborar el producto deinterés. En esta etapa, además de los aspectos fisicoquímicos del proceso de transformación, cobran importancia los aspectos físicos o de índole “ambiental”, tales como velocidades de transferencia de masa y de calor, valores de pH y temperatura, etc.
La transformación de la materia prima se lleva a cabo en recipientes adecuados denominados “fermentadores”, “biorreactores” o simplemente“reactores”. Existen multitud de formas, tipos y tamaños; los hay de pocos litros de volumen hasta de cientos de metros cúbicos, construidos en materiales tales como vidrio, acero al carbón, acero inoxidable, etc. Cuentan con dispositivos para agitación del medio de cultivo. Operan en régimen por lote, continuo o semicontinuo. Se puede adicionar al medio de cultivo, en forma aséptica, aire, ácidos,antiespumante u otros líquidos.
La principal función de un fermentador es proporcionar y mantener las condiciones “ambientales” impuestas por el sistema biológico para la transformación óptima y económica de las materias primas a productos.
La fermentación se inicia con la “inoculación” del medio de cultivo con el microorganismo de interés. El inóculo consiste de un volumen determinado de medio decultivo en el que se ha crecido previamente dicho microorganismo. La relación del volumen de inóculo a volumen de fermentación oscila normalmente entre el 5 y 10% v/v. En un proceso por lote, la fermentación termina hasta que la casi totalidad de la materia prima es transformada a producto, el cual puede ser la biomasa misma, un metabolito primario o uno secundario. El objetivo de toda fermentación...