Conceptos Generales En Biotecnología

FERMENTACIONES.

La fermentación es un proceso catabólico (rompimiento de compuestos complejos a compuesto sencillos) oxidativo (intercambio de electrones) de cuyo resultado obtenemos un compuesto orgánico. El producto final varía según el sustrato (Serrano, 2009).

En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico donde no interviene el proceso de respiración celular. Son propias de los microorganismos, como las bacterias y las levaduras (Serrano, 2009).

La fermentación puede ser en presencia de cantidades limitadas de oxígeno, esto se conoce como una oxidación aeróbica incompleta. Un ejemplo del producto obtenido por este tipo de fermentación es el ácido acético a partir de etanol (Serrano, 2009).

Las fermentaciones pueden ser: naturales, cuando las condiciones ambientales permiten la interacción de los microorganismos y los sustratos orgánicos necesarios o pueden ser artificiales, cuando el hombre favorece estas las condiciones (Serrano, 2009).

El proceso de fermentación es importante en la industria para convertir granos a bebidas alcohólicas (el mosto en vino y la cebada en cerveza). Además, convierte carbohidratos en CO2, esto es para hacer pan (Serrano, 2009).

Los objetivos de la fermentación de los alimentos son:

Desarrollar una diversidad de sabores, aromas y texturas en los substratos de los alimentos (Serrano, 2009).

Preservar los alimentos a través de diferentes ácidos como por ejemplo: el ácido láctico y el ácido acético (Serrano, 2009).

Enriquecer los substratos de los alimentos con proteínas, aminoácidos, ácidos grasos esenciales y vitaminas (Serrano, 2009).

Fermentaciones industriales.

Se llevan a cabo en fermentadores o biorreactores. En estos fermentadores el sustrato es convertido a un compuesto o metabolito con la ayuda de un microorganismo. El esquema general de un proceso de fermentación incluye:

1. Propagación del cultivo:

El microorganismo a ser utilizado en la fermentación debe ser cultivado y transferido a envases con mayor cantidad de medios para así obtener un gran número de microorganismos que será inoculada en los tanques de fermentación. El gran número de microorganismos se obtiene mediante sucesivas inoculaciones (Serrano, 2009).

2. Fermentación.

a) Tanque de inóculo- aquí se inocula el cultivo inicial (Serrano, 2009).

b) Tanque de fermentación industrial (Serrano, 2009).

Tipos de fermentaciones:

a) Fermentación discontinua.-

Una fermentación discontinua (“batch”) puede ser considerada como un "sistema cerrado". Al inicio de la operación se añade la solución esterilizada de nutrientes y se inocula con el microorganismo. A lo largo de toda la fermentación no se añade nada, excepto: oxígeno (en forma de aire), un agente antiespumante y un ácido o una base para controlar el pH (Serrano, 2009).

La composición del medio de cultivo, la concentración de la biomasa y la concentración de los metabolitos cambia generalmente como resultado del metabolismo de las células, observándose las cuatro fases típicas de crecimiento: fase de latencia, fase logarítmica, fase estacionaria y fase de muerte (Serrano, 2009).

b) Fermentación alimentada.-

Los sustratos se añaden escalonadamente a medida que progresa la fermentación, la formación de muchos metabolitos secundarios disminuye, debido a la cantidad de glucosa que está en el medio (efecto glucosa), por esta razón en este tipo de fermentación los elementos críticos de la solución de nutrientes se añaden en pequeñas concentraciones al principio del proceso y continúan añadiéndose en pequeñas dosis durante la fase de producción. Este tipo de fermentación se utiliza en la producción de sustancias como la penicilina (Serrano, 2009).

c) Fermentación continúa.-

En la fermentación continua se establece un sistema abierto. La solución nutritiva estéril se añade continuamente al tanque de fermentación (biorreactor) y una cantidad equivalente de la solución utilizada de los nutrientes con los microorganismos, se saca simultáneamente del sistema. El costo de producción de biomasa mediante cultivo continuo es menor si se compara al del cultivo discontinuo (Serrano, 2009).

Reactores de enzimas o células inmovilizadas.-

Consiste en pasar el medio fresco a través de un fermentador en el cual se han inmovilizado las células o enzimas. En el fermentador se producen las transformaciones bioquímicas que deseamos y recuperamos el producto transformado tras su paso por la columna. Con este sistema se eliminan los problemas de desequilibrio (estabilidad) del sistema continuo clásico y además el producto resultante está libre de células. Sin embargo, este tipo de fermentación presenta el inconveniente de que no todos los microorganismos pueden inmovilizarse (Serrano, 2009).

Factores que regulan el proceso de fermentación.

Internos: la genética del organismo y sus mecanismos de regulación metabólica, Estos elementos se pueden cambiar por medio de tratamientos físicos o químicos, los cuales alterarán la genética del organismo a través de mutaciones. La mutación puede aumentar, disminuir o suprimir la producción de un metabolito. También mediante la ingeniería genética podemos cambiar este factor (Serrano, 2009).

Externos: Son de naturaleza física, los más importantes en el proceso de fermentación tenemos: la temperatura, la agitación y la aireación; en química incluimos los componentes de los medios de fermentación, el oxígeno y los tanques de fermentación o biorreactores. Hay algunos factores químicos que pueden ser negativos, por ejemplo algunos compuestos utilizados como nutrientes pueden causar que el producto final se afecte negativamente (glucosa). Si se utiliza glucosa constantemente en el medio no se produce la amilasa, ya que ésta actúa como un supresor catabólico. Si la glucosa se administra de forma controlada se puede expresar el gene y producir la proteína de interés (Serrano, 2009).

También se ha observado que la presencia de azúcares asimilables cuando sobrepasan cierta concentración forman alcohol al cultivarse con Saccharomyces cerevisiae. Esta levadura es usada para producir pan. En este caso se debe utilizar la alimentación (fermentación) continua (Serrano, 2009).

Productos de fermentación.

Hay dos tipos fundamentales de productos metabólicos: primarios y secundarios (Serrano, 2009).

Primarios.- o es el que se forma durante la fase primaria del crecimiento del microorganismo. Un ejemplo de

...