Tema 10: Cultiu industrial de microorganismes

Question 1

Introducció, fermentació.

Answer 1

Cultiu industrial de microorganismes –> Indústria fermentativa.
Qué és la fermentació?
Sentit bioquímic: fermentació o respiració anaeròbica: és aquell procés redox que genera energia i en el què tant els donadors com els acceptors terminals d’electrons són Corgànics.
Sentit microbiològic: procés destinat a l’obtenció d’un producte mitjançant el cultiu massiu de microorganismes.

Question 2

Productes de les indústria fermentativa

Answer 2

1. Biomassa microbiana
2. Productes microbians
3. Processos de transformació microbiana

Exemples de biomassa microbiana:
·Producció de llevat de forner ( Saccharomyces cerevisiae (anarobi facultatiu)
·Producció del SCP(singel cell protein):
microorganismes capaços de créixer sobre substrats diversos per la producció industrial de “proteïna microbiana”.
BP: alcans –> llevadura.
ICI: Metanol–> biomassa bacteriana per pinsos (sistema Pruteen).

Question 3

Obtenció de productes microbians

Answer 3

Es basa en l’aprofitament de les facultats biosintètiques dels microorganismes afavorint la producció del compost del nostre interès.

a) Metabolits primaris ( esencials pel creixement)
b) Metabolits secundaris ( no essencials per al creixement) i que es produeixen com a producte lateral, molts tenen funcions de protecció).
c) Enzims.
c1. Exocel·lulars (majoria indústria, degeneratius)
c2. Intracel·lulars (endonucleases de restricció)

Question 4

Processos de transformació microbiana

Answer 4

Utilitzacio dels microorganismes com a catalitzadors de conversions cap a productes de major valor comercial.
Avantatges.
-Especificitat i possibilitat de treball a T i P moderades.
Desavantatges.
-Necessitat de produir una gran quantitat de biomassa.

Question 5

Cultiu de microorganismes

Answer 5

Creixement microbià.
Increment de material cel·lular expressat ja sigui en termes de massa activa o de número de cèl·lules.
El creixement dependrà de:
-Disponibilitat i transport dels nutrients fins la cèl·lula.
-Paràmetres del medi (T,pH, aireació).

Question 6

Tipus de cultius de microorganismes

Answer 6

CULTIU DISCONTINU
El microorganisme s’inocula en una quantitat determinada de medi i creix fins que s’esgota un nutrient essencial o s’acumulen subproductes tòxics. En un sistema discontinu, les condicions nutricionals aniran canviant continuament.
Fases:
1.Lag o de latència (s’acostumen al medi).
2.Acceleració.
3.Exponencial ( fins que faltin nutrients).
4.Desaceleració.
5.Estacionària ( creixen i moren al mateix temps, es compensa. Els antibiòtics estan en aquesta fase).
6.Declinació o mort.
CULTIU DISCONTINU ALIMENTAT (FED-BATCH)
Abans que un nutrient comenci a fallar el substitueixen.
A vegades en forma de stoks petits.
Permet prolongar la fase exponencial mitjançant sistemes d’alimentació al medi.
Suposa un increment de volum del cultiu.
CULTIU CONTINU
La solució nutritiva estèril s’afegeix contínuament al bioreactor i un volum equivalent del medi vell, amb els microorganismes, es retira simultàniament del sistema.
Permet arribar a un estat d’equilibri de manera que permetrà el creixement dels microorganismes a una taxa constant en un medi constant.

Question 7

Estructura general del procés fermentatiu

Answer 7

Part central: creixement del microorganisme industrial en unes condicions que estimulin la síntesi del producte comercial desitjat.
Important:
-Control del procés: T, pH, aire o no,… Protocol per treballar i obtenir sempre les mateixes condicions del producte final.Hi ha exemples que no, el vi.
-Condicions d’esterilitat: microorganisme que desitjem.

Question 8

Innoculació de bioreactors

Answer 8

L’estoc de cultius es manté de forma que asseguri la seva viabilitat i propietats (liofilitzats, congelats, …)
La ultiplicació de cultiu es realitza en condicions de creixement (que no són necessàriament les mateixes que per al desenvolupament del producte).
Habitualment el nivell d’inoculació a l’estadi final és alt (1/10 del volum del fermentador) per reduir el temps necsessari epr a completar la fermentació.

Question 9

Elements principals del procés fermentatiu

Answer 9

A- Microorganisme.

·Són metabòlicament molt diversos, gran potencial per l’explotació industrial.
Poden ser:
Procariotes-> Bacteries(glucomabacter i acetobacter) i Actinomicels (streptomyces).
Eucariota -> Llevats (candida i sacchoromyces) i fongs facultatius.
·Selecció i desenvolupament de soques.
(les soques que s’usen a nivell industrial no són mai les silvestres).
1)Screening i sel·lecció de soques.
Organismes bastant estables i amb les següents característiques.
-Puguin realitzar la funció desitjada.
-Puguin mantenir la activitat en generació en generació.
-Certa resistència a infeccions.
2)Desenvolupament de la productivitat del microorganisme.
-Mutació induïda: es carreguen un 98% de la població i s’estudien els supervivents.
-Tecnologia del ADN recombinat.

B- Medi de cultiu: té que cobrir les necessitats del microorganisme i les exigències del procés industrial.

C- Font de nutrient.
Font de carboni: la cel·lulosa és problemàtica per la hidròlisi enzimàtica o àcida que té. Alt preu.
Mescles de canya i remolatxa és més econòmic.
Font de nitrogen: Peptones: hidrolitzats de proteics.
També extractes de llevadura.