Cinetica de levaduras

Introducción

La cinética microbiana se encarga de entender todas las manifestaciones y reacciones de la vida microbiana: crecimiento, supervivencia, muerte, adaptaciones, formación de producto, ciclos celulares e interacciones con el medio ambiente. En los procesos fermentativos industriales es muy importante estudiar el comportamiento cinético del microorganismo ya que de él depende el rendimiento del producto de interés, entre otras variables. Además, es de suma importancia ya que representa la pérdida o ganancia económica de los procesos. La finalidad de este capítulo es describir y resaltar la necesidad que presentan los microorganismos para su crecimiento, procesos metabólicos y algunos factores que influyen en su crecimiento.

En este documento se hablará de la levadura Saccharomyces cerevisiae: un modelo de estudio desde hace más de cien años

Levadura es un nombre genérico que agrupa a una variedad de hongos, incluyendo tanto especies patógenas para plantas y animales, como especies no solamente inocuas sino de gran utilidad. De hecho, las levaduras constituyen el grupo de microorganismos más íntimamente asociado al progreso y bienestar de la humanidad. Algunas especies de levaduras del género Saccharomyces son capaces de llevar a cabo el proceso de fermentación, propiedad que se ha explotado desde hace muchos años en la producción de pan y de bebidas alcohólicas, y que a su vez ha inspirado un sinnúmero de obras de arte que ensalzan al Dios del vino y a aquellos que disfrutan su consumo. Desde el punto de vista científico, el estudio de las levaduras como modelo biológico ha contribuido de manera muy importante a elucidar los procesos básicos de la fisiología celular.

Para un cultivo de biomasa ya sea levadura o bacterias se necesita un reactor o fermentador la cual será la herramienta principal para la producción de esta. Éste provee todas las condiciones necesarias para el cultivo, tales como agitación, regulación de temperatura, suministro de oxígeno, entradas para adición de nutrientes, control del pH, etc. Estas diversas condiciones de crecimiento fueron realizadas por distintos grupos en el laboratorio, condiciones las cuales se pueden encontrar los efectos de la temperatura, subóptima (o ambiente), temperatura crítica (shock térmico), concentraciones de azúcares, medios enriquecidos, limitación de oxígeno, entre otros. Por otra parte, cuando se habla de sistemas de cultivo o, también, métodos de cultivo, se hace referencia al modo de operar el biorreactor, en este caso de cultivo en lote o cultivo Batch. El cultivo Batch es el crecimiento de microorganismos en un volumen fijo de nutrientes que continuamente es alterado hasta su agotamiento por el crecimiento. Se realiza sin intercambio de materia con los alrededores. Este sistema ofrece como principal característica su simpleza, tanto desde el punto de vista de equipo necesario como de su operación. Al mismo tiempo, esta modalidad de cultivo presenta limitaciones, como la falta de control sobre diversos parámetros del cultivo y el hecho que las células se desarrollan en un estado fisiológico poco definido y cambiante.

Metodología experimental

En esta metodología se lleva acabo el monitoreo de parámetros para el desarrollo y producción deseados de la levadura, en este caso la saccharomyces cerevisiae la cual es de gran utilidad en la industria alimentario y en especial la industria de la fermentación de vinos por la calidad y sabor final que obtiene el vino.

Los parámetros para monitorear son

• PH: Este parámetro es necesario para poder calibrar el electrodo

• Temperatura: El control de temperatura se hace automáticamente, en este equipo se coloca la temperatura adecuada utilizando una temperatura de 37°c considerada como optima, posteriormente la temperatura se eleva a 52°c para hacer el shock térmico y al final se somete a un enfriamiento con agua.

•  Aireación-Oxígeno: El control del oxígeno ser realiza de igual manera mediante equipos los cuales permiten hacer variaciones en el porcentaje de oxígeno de acuerdo con el porcentaje requerido.

• Agitación: La velocidad de agitación es monitoreada de forma automática permitiendo así variar la velocidad de la agitación necesaria para el proceso que se requiera.

• Shock Térmico: Es el aumento de la temperatura por 15°c sobre la temperatura optima par estimar los parámetros cinéticos con crecimiento crítico, esto es elevando la temperatura en el momento que la fase exponencial este llegando a su fin, el shock térmico se realiza a las 3 horas de crecimiento.

Método analítico

Para determinar la biomasa de Saccharomyces cerevisiae se obtendrá a partir de 3 métodos muy utilizados en química analítica los cuales son turbidimetría, peso seco y con ayuda de la espectrofotometría.

Turbidimetría

El primer método es la turbidimetría que se basa principalmente en la medición de la cantidad de luz transmitida a través de un cultivo bacteriano. Esta atenuación se produce gracias a los fenómenos de absorción y dispersión que experimenta la luz debido a las partículas.

Esta técnica consiste en hacer que la luz atraviese un filtro, mediante lo cual se produce una radiación de la que se conoce su longitud de onda; después, esta radiación atraviesa una cubeta en la que se encuentra una solución y es recolectada por una celda de naturaleza fotoeléctrica. Así se obtiene una cuantificación de la luz que se ha absorbido.

Cabe destacar que para estos análisis es indispensable que la suspensión sea uniforme, debido a que la falta de uniformidad puede afectar los resultados de la medición.

Para determinar la biomasa de nuestra levadura se deben hacer los siguientes pasos:

1. Se sacarán muestras cada 30 minutos, en la cual se harán diluciones de 1:9 (1mL de muestra y 9 mL de agua destilada).
2. Estos serán sometidos a medidas en el espectrofotómetro a 640nm.
3. Se realizará un blanco en la cual tendrá la misma dilucion con 1 mL de medio de cultivo y 9mL de agua.

Peso Seco

El siguiente método es el peso seco. La materia seca o extracto seco es la parte que resta de un material tras extraer toda el agua posible a través de un calentamiento hecho en condiciones de laboratorio. Es una noción usada principalmente en biología y agricultura.

El procedimiento consiste en pesar la materia fresca (en su estado natural), y someterla a un secado por calentamiento en un horno de laboratorio, llegando a una temperatura de entre 103 y 105 °C (en el caso de los alimentos) mientras que el tiempo que dura el calentamiento dependerá de cada substancia. Una vez pasado el tiempo de calentamiento se pesa el residuo, que será la materia seca.

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