Fermentacion: una vision industrial
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El documento describe el proceso de fermentación desde una perspectiva industrial. Explica que la fermentación es un proceso bioquímico llevado a cabo por microorganismos sin oxígeno que transforma una sustancia orgánica en otra más simple. Detalla los requisitos de las cepas y medios de cultivo industriales y los pasos del proceso de fermentación en un fermentador, incluyendo ejemplos como la producción de levadura panadera, cerveza y antibióticos.
Fermentacion: una vision industrial
- 1. Fermentación: una visión industrial Alejandro López García Técnico Área Biológica en Ercros S.A.
- 2. Biotecnología “Toda aplicación tecnológica que utiliza sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos” Levaduras Bacterias
- 3. “Proceso bioquímico por el que una sustancia orgánica se transforma en otra más sencilla, llevado a cabo por microorganismos sin presencia de oxígeno” Fermentación • Fermentación metabólica: “El término fermentación se utiliza para describir los procesos de cultivo de microorganismos con propósitos industriales” • Fermentación industrial:
- 4. “Proceso bioquímico por el que una sustancia orgánica se transforma en otra más sencilla, llevado a cabo por microorganismos sin presencia de oxígeno” Fermentación • Fermentación metabólica: Azúcar Saccharomyces Lactobacillus Microorganismo Etanol + CO2 Ácido láctico Alcohólica Láctica Producto fermentado
- 5. Metabolismo Fermentativo vs Respiratorio Ácido pirúvico Etanol + Co2 Ácido láctico Ácido acético Ácido propiónico + CO2 Condiciones Anaeróbicas Condiciones Aeróbicas Ciclo de Krebs Cadena respiratoria 36-38 ATP Energía2 ATP Energía Glucosa Fermentación RespiraciónGlucólisis
- 6. Ventajas de la Fermentación Preservación de los alimentos por la producción de etanol, ácido láctico, ácido acético, etc. Enriquecimiento de la dieta a través del desarrollo de una diversidad de sabores, aromas y texturas en los substratos de los alimentos. Enriquecimiento nutritivo de substratos alimenticios con proteínas, aminoácidos esenciales, ácidos grasos y vitaminas.
- 7. “Proceso bioquímico por el que una sustancia orgánica se transforma en otra más sencilla llevado a cabo por microorganismos sin presencia de oxígeno” Fermentación • Fermentación metabólica: “El término fermentación se utiliza para describir los procesos de cultivo de microorganismos con propósitos industriales” • Fermentación industrial:
- 8. Fermentación industrial Productos industriales de interés: Células propiamente dichas (biomasa) Sustancias producidas por las células: Alimentos y bebidas Fármacos Enzimas Levadura de panadería Por inoculación: Producción de metabolitos: Aditivos
- 9. Fermentación industrial ¿Cómo se fabrican? ¿Cómo se realiza la fermentación? 1. Cepa y medio de cultivo 2. Cultivo en el fermentador 3. Extracción del producto fermentado
- 10. La cepa industrial Requisitos del microorganismo industrial: Producir la sustancia de interés Conservarse en cultivo puro Genéticamente estable Capacidad de desarrollarse a gran escala Rápido crecimiento y fabricación del producto Menor riesgo de contaminaciones Menor gasto energético Susceptible de manipulación genética Utilización de medio de cultivo barato y abundante
- 11. La cepa industrial El microorganismo NO debe : Ser peligroso para el hombre, animales ni plantas Liberar toxinas, o si lo hacen ser capaces de eliminarlas fácilmente
- 12. Medio de cultivo industrial Requisitos del medio de cultivo: Contener los elementos necesarios para la síntesis celular y formación del producto Fácil disposición y en cantidades abundantes Bajos costes de transporte Económicamente rentable Optimizado para la máxima producción Permita la recuperación del producto
- 13. Suelen utilizarse subproductos nutritivos que provienen de otras industrias: Melazas con alto contenido en azúcares Industria azucarera Desechos ricos en nitrógeno y factores de crecimiento Industria del maíz Sueros de leche ricos en lactosa y minerales Industria láctea Medio de cultivo industrial
- 14. Caldo de cultivo: Sustrato líquido que contiene todos los nutrientes necesarios para el crecimiento y desarrollo de la cepa Económicamente rentable Máxima producción Medio de cultivo industrial Cepa Carbono Nitrógeno Fósforo Minerales Factores de crecimiento Agua Oxígeno (aeróbios) Biomasa celular Formación del producto Condiciones de cultivo
- 15. Fermentador Necesario para controlar las condiciones del cultivo
- 16. Fermentador industrial • Depósito de acero inoxidable • Sistema de control • Temperatura • pH • Concentración de O2 • Presión • Adicción de nutrientes • Análisis del producto
- 17. Procesos industriales Sector alimenticio Elaboración del vino tipo Fino Producción de biomasa de levadura panadera Elaboración de cerveza artesanal Sector farmacéutico Producción de antibióticos Sector energético/medioambiente Producción de bioetanol como biocombustible
- 18. Elaboración de vino tipo Fino Mosto de primera yema Mosto de segunda yema Mosto de prensas Mosto fermentado 12° alc. 15.5° alc. Mosto fermentado Fermentación Saccharomyces cerevisiae Pie de cuba Alcohol de prensas Encabezado Crianza biológica Prensado
- 19. Crianza biológica Sistema estático Sistema dinámico Sobretablas Criaderas y soleras Crianza bajo velo de flor Solera 1ª Criadera 2ª Criadera Criaderas
- 20. Crianza biológica Levaduras de velo de flor Forman el velo de flor Autóctonas de la bodega Toleran 15.5º alc. Crianza bajo velo de flor
- 21. Sistema estático Sistema dinámico Sobretablas Criaderas y soleras Solera 1ª Criadera 2ª Criadera Criaderas Crianza biológica Saca Rocío Saca Saca Rocío Rocío Crianza bajo velo de flor
- 22. Crianza biológica Levaduras de velo de flor Forman el velo de flor Autóctonas de la bodega Toleran 15.5º alc. Consumen compuestos del mosto fermentado: Etanol Glicerol Ácido acético Aminoácidos Producen compuestos aromáticos: Acetaldehído Sotolón Crianza bajo velo de flor
- 23. Producción de levadura panadera Pan Harina Agua Sal Levadura
- 24. Producción de levadura panadera Melazas Controlar: - Entrada de nutrientes - Temperatura - Aireación 30.000 kg Cultivos discontinuos Cultivo semicontinuoMonitorizar: - Producción de etanol Subproducto de la industria azucarera 106 células 100 g Laboratorio 400 kgEscalado Fábrica Metabolismo respiratorio 30 m3 150 m3 LavadoEmpaquetado
- 25. Producción de cerveza artesanal Cerveza Malta Agua Lúpulo Levadura
- 26. 1 hora 100 ºC Producción de cerveza artesanal Maceración - Grano molido - Agua 2 semanas 10-26 ºC Cocción Filtrado - Malta - Lúpulo - Condimentos EnfriamientoFermentación - Mosto - Levadura Clarificación Carbonatación Embotellado 1 hora 67 ºC
- 27. Producción de antibióticos Son producidos por bacterias y hongos. Los antibióticos sólo son efectivos en las enfermedades bacterianas. El primer antibiótico que se descubrió fue la penicilina, gracias a Alexander Fleming en 1928. La penicilina se obtiene del hongo: Penicillium notatum. División Farmacia
- 28. Producción de antibióticos TIPOS DE ANTIBIÓTICOS Se pueden clasificar según su estructura química: ➢ β-LACTÁMICOS • Penicilinas : Bencilpenicilina (Penicillium chrysogenum) • Clavamas : Acido clavulanico (Streptomyces clavuligerus) • Cefalosporinas : 3ª generacion.cefotaxina (Acremonium-Cephalosporium) • Monobactamas : Aztreonam (Chromobacterium violaceum) • Carbapenemas : Imipenem (Streptomyces cattleya) ➢ MACRÓLIDOS: Eritromicina (Streptomyces erythreus) ➢ AMINOGLICÓSIDOS: Estreptomicina (Streptomyces griseus) ➢ TETRACICLINAS: Doxiciclina (Streptomyces) ➢ POLIPEPTÍDICOS: Bacitracina (Bacillus subtilis); polimixina B (Bacillus polymixa) ➢ POLIENOS: Nistatina (Streptomyces noursei) Anfotericina B (Streptomyces nodosus) ➢ OTROS: Ácido fusídico (Fusidium coccineum)
- 29. Producción de antibióticos Caldo de cultivo Cultivos discontinuos Escalado Planta de Fermentación 15 m3 Cultivo semicontinuo Metabolismo respiratorio 120 m3 Extracción Cepa seleccionada Laboratorio Primeros inóculos Controlar: - Parámetros - Entrada de nutrientes - Asepsia - Producción del antibiótico
- 30. Producción de antibióticos Extracción Antibiótico Recepción del caldo Separación Filtración Centrifugación Floculación Decantación Purificación Micelio del hongo Tratamiento con solventes Envasado Garantizar la calidad del producto: - Cumplimiento de Normas - Limpieza de equipos - Gestión de residuos Líquidos Producto
- 31. Muchas gracias
- 32. Producción de bioetanol Biomasa rica en azúcares Azucareras Maíz Restos vegetales Caldo de cultivo fermentable Tratamiento Glucosa Etanol Levaduras Fermentación ProcesadoDestilación Celulosa Hemicelulosa Lignina Hidrólisis enzimática
- 33. Producción de bioetanol Restos vegetales Lignina Celulosa Hemicelulosa Pretratamiento Cóctel de enzimas Hidrólisis enzimática Fermentación Hongos filamentosos