Fermentación Batch

I. INTRODUCCION

Para el cultivo de microorganismos en condiciones óptimas, así como para la producción, por parte de los microorganismos, de los metabolitos o los enzimas deseados, deben ser desarrollados procedimientos de fermentación como son el desarrollo de cepas mediante manipulación genética y/o la regulación del metabolismo mediante la optimización del medio de cultivo así como el control adecuado de los factores físico-químicos que afectan al rendimiento de las fermentaciones industriales (02, Tª, pH, etc.). La recuperación del producto o "procesamiento posterior" (del inglés downstream processing) conlleva la extracción y purificación de los productos biológicos. La recuperación en los procesos bioquímicos difiere de la recuperación química, principalmente, en que los materiales biológicos son frecuentemente mucho más lábiles. Por lo tanto, la producción de productos metabólicos útiles a partir de microorganismos conlleva una íntima relación entre la Ciencia y la Tecnología. por un lado se deben desarrollar los microorganismos de interés industrial y por otro se debe asegurar que estos microorganismos puedan crecer en gran cantidad bajo aquellas condiciones que originen el mejor rendimiento posible del producto.

A simple vista uno puede pensar que aquellas condiciones que se han encontrado ser las más efectivas a pequeña escala deberían ser igual de efectivas a larga escala y que para conseguir este objetivo únicamente es necesario usar un recipiente mayor con el correspondiente incremento de volumen del medio. Nada más lejos de la realidad. Por ejemplo, se puede conseguir un buen crecimiento de un microorganismo aerobio en un matraz de 200 mL mediante agitación en un incubador usando un rotor de 300 w. Si nosotros simplemente ampliamos este sistema, un único fermentador de 10.000 litros requeriría un agitador con un motor de 15 megawatios. Dicho motor debería ser tan grande como una casa y el calor generado durante la agitación herviría a los microorganismos.

En líneas generales, un proceso típico de fermentación comienza con la formulación y esterilización del medio de cultivo así como la esterilización del equipamiento. Las células se crecen primero en un cultivo de mantenimiento (5 a 10 mL), posteriormente en un matraz (200 a 1.000 mL) y de ahí en un prefermentador (10 a 100 L) para finalmente inocular el fermentador de producción (1.000 a 100.000 L). Una vez que la fermentación se ha completado, las células se separan del cultivo líquido. Si el producto es intracelular, se rompen las células, se eliminan los restos celulares y se recupera el producto del fluido libre de restos celulares. Si el producto es extracelular, se purifica a partir del sobrenadante libre de células. Hasta ahora hemos visto el desarrollo de las cepas así como el diseño de los medios de cultivo. A continuación vamos a desarrollar los aspectos tecnológicos de las fermentaciones.

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II. DISEÑO Y FUNCIONAMIENTO DEL FERMENTADOR

El estudio detallado del diseño de un fermentador cae fuera del objetivo de esta asignatura que se concentra en los principios biológicos de la biotecnología. Sin embargo, como la tecnología de los procesos fermentativos es una amalgama de técnicas biológicas e ingeniería química, se hace necesario proporcionar un breve resumen de los tipos de fermentadores disponibles y de sus principales características. A continuación paso a describir una lista de 13 puntos considerados como los criterios más importantes para el diseño de un fermentador:

1.- El tanque debe diseñarse para que funcione asépticamente durante numerosos días, así como para las operaciones de más larga duración.

2.- Se debe proporcionar un sistema adecuado de aireación y agitación para cubrir las necesidades metabólicas de los microorganismos.

3.- El consumo de energía debe ser tan bajo como sea posible.

4.- Debe tener un sistema para el control del pH.

5.- El fermentador debe tener un sistema para la toma de muestras.

6.- Debe existir un sistema para el control de la temperatura.

7.- Las pérdidas por evaporación no deben ser excesivas.

8.- El diseño del tanque debe ser tal que las operaciones laborales durante el funcionamiento, recolección, limpieza y mantenimiento sean mínimas.

9.- El tanque debe ser versátil para la aplicación de diversas modalidades de procesos.

10.- Las superficies internas del tanque deben ser lisas, utilizando, donde sea posible, soldaduras.

11.- La geometría del

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