Costo y disponibilidad durante todo el año.

Fácil de manejar en forma liquida o sólida,

incluye transporte y almacenaje.

Requisitos de esterilización y algún

problema potencial de desnaturalización.

Si el objetivo es obtener biomasa o metabolitos

primarios, el medio debe proveer un crecimiento

óptimo al microorganismo.

Para producir metabolitos secundarios el medio

debe proveer lo necesario para el crecimiento inicial

del organismo y luego proveer las condiciones

óptimas para la producción del metabolito

secundario.

Si la escala es pequeña se usa un medio

químicamente definido.

Si es a escala industrial, se usan materiales de

animales, plantas, productos de otras industrias.

Esto conlleva a variaciones en el lote.

La mayoría de las fermentaciones requiere medio

líquido (caldo).

Algunos sustratos operan con sustrato sólido.

Los medios deben:

› satisfacer requisitos nutricionales del

microorganismo

› satisfacer los objetivos técnicos del proceso

Debe incluir:

› Fuente de C (para energía y para biosíntesis)

› Fuente de N2, P y S

› Elementos trazas

› Vitaminas (como biotina y riboflavina)

C6H7O2N esto en base a peso seco de 48%

C 7%

H 32%

O 14%

N 14%

El carbono es necesaria para toda la reproducción biosintética y el mantenimiento celular. Además es una fuente de energía.

Algunas fuentes de carbono son:› Melasa

› Extracto de malta

› Almidones y dextrinas

› Desechos líquidos de sulfitos

› Celulosas

› Suero de leche

› Alcano y alcoholes

› Grasas y aceites

Melasa

› Este es un producto residual de la producción de caña

de azúcar y remolacha.

› Es más económica que la glucosa o sucrosa.

Es el residuo luego de la cristalización de la

glucosa.

Posee viscosidad y color oscuro con un contenido

entre 50 y 60% de carbohidratos (sucrosa).

Posee 2% de sustancias nitrogenosas.

Contiene vitaminas y minerales.

Se puede utilizar un producto similar llamado hidrol

melasa (producto residual del proceso del almidón

del maíz)

Es un extracto acuoso de la cebada de la malta.

Se concentra para formar sirop, particularmente

útil como fuente de C para el cultivo de

› Hongos filamentosos

› Levaduras

› actinomicetos

Contiene aproximadamente:

› 90% carbohidratos

20% hexosas (glucosa y pequeñas cantidades de

fructosa)

35% de disacáridos (maltosa y trazas de sucrosa)

10% maltotriosa (trisacárido)

15-20% dextrinas

Vitaminas

5% sustancias nitrogenosas

Proteínas

Péptido

Amino ácidos

Es importante controlar las condiciones de esterilización para evitar inhibidores de crecimiento microbiano.

Características

› Polisacáridos que pueden ser metabolizados

directamente por hongos filamentosos.

› Sus enzimas extracelulares hidrolizan el sustrato a

una mezcla de glucosa y maltosa para producir sirop

similar a extracto de malta.

› Se puede usar almidón de maíz.

Se utilizan los desechos de la industria del papel

que contienen azúcar para cultivar levaduras.

Desechos de coníferas contienen 2 a 3 % de azúcar

(hexosas y pentosas)

› Hexosas incluyen

Glucosa

Manosa

galactosa

› Pentosas

Xilosa

Arabinosa

El uso de estos requiere un proceso previo, ya que

poseen dióxido de azufre.

Estos líquidos se suplementan con nitrógeno y

fósforo.

Mayormente se encuentra como lignocelulosa (celulosa,

hemicelulosa y lignina).

La lignocelulosa se obtiene de desperdicios domésticos,

forestales y agrícolas.

Sólo unos pocos microorganismos pueden degradar la

celulosa.

Al presente su mayor uso es como sustrato sólido de

fermentación para hongos.

Una vez hidrolizada se usa en la bioconversión a etanol

(fuente de combustible).

Es un producto secundario de la industria lechera.

La producción anual es de 80 millones de

toneladas. Con un millón de toneladas de lactosa y

0.2 millones de toneladas de proteína de leche.

La lactosa se metaboliza por unos pocos

microorganismos.

Fermentación de penicilina

Producción de:

› Etanol

› ácido láctico

› Goma xanthan

› Vitamina B12

› ácido giberélico

Una mezcla de ambos es más adecuado para las

fermentaciones microbianas.

Su uso depende del precio del petróleo.

Metano es utilizado como fuente de carbono por

pocos microorganismos.

Se prefiere metanol por que presenta menos

problemas técnicos.

Puede mezclarse muy bien con agua.

Posee un alto % de carbono.

Es relativamente barato.

Sólo unos pocos microorganismos pueden utilizarlo.

Los microorganismos sólo toleran una

concentración entre un 0.1 a 1.0% de este alcohol.

Durante la fermentación la demanda de O2 y calor

es alta.

Es menos tóxico que el metanol.

Es usado por mas microorganismos, pero es más

caro como fuente de carbono.

Se utiliza en la biotransformación a ácido acético.

Las grasas animales raramente se usan en los procesos de fermentación.

Los aceites vegetales más usados como fuente de carbono, especialmente en la producción de antibióticos son:

› aceite de algodón

› maíz

› oliva

› coco

› soya

Ocasionalmente se usa aceite de pescado.

Los aceites contienen mas energía por peso si se

comparan con los carbohidratos.

Estos son importantes en las fermentaciones

alimentadas (“fed-batch”), ya que requieren menos

espacio para acomodar otras fuentes de carbono.

La mayoría de los organismos industriales pueden usar fuentes de N2 orgánicas e inorgánicas.

Nitrógeno inorgánico

› sales de amonia

Nitrógeno orgánico

› amino ácidos

› urea

› proteínas

Este es suplido en forma cruda obtenida de

productos secundarios de otras industrias como:

› Extracto de levadura

› Peptonas

› Productos de soya

› Productos de maíz

Esta fuente se obtiene de los desperdicios de las

reposterías y productores de cerveza que utilizan

Saccharomyces cerevisiae.

Fuentes alternas se obtienen de organismos como:

› Kluyveromyces marxianus

› Candida utilis

Este proceso se da a través de autolisis mediante

temperatura y “shock” osmótico.

Las células mueren pero no se inactivan sus

enzimas.

Las células se rompen por plasmólisis o

mecánicamente.

Se controla la temperatura para evitar

desnaturalización de proteínas.

Se remueve la pared celular y otros debris por

filtración y centrifugación.

Se concentra el extracto el cual posee:

› 50 a 60% sólidos

› amino ácidos

› péptidos

› vitaminas

› glucosa

Son muy costosas.

Se preparan por hidrólisis enzimática de materiales altos en proteínas como:

› Carne

› Caseína

› Gelatina

› Queratina

› Maní

› Carne de soya

› Semillas de algodón

Estos residuos se utilizan mayormente en la

producción de antibióticos.

Los remanentes de la habichuela soya se

procesan para extraer:

› 50% proteínas

› 8% de compuestos nitrogenosos no proteícos.

› 30% de carbohidratos

› 1% de aceite

Es un producto de la extracción del almidón

del maíz.

Se usó primeramente en la producción de

penicilina en los años 40.

El extracto contiene:

› nitrógeno

› amino ácidos

› vitaminas

› minerales

Es muy importante en el proceso de

fermentación, ya que es el componente principal

del medio.

En algunos casos provee elementos trazas.

También se utiliza para la limpieza.

Deben removerse microorganismos, particulas,

sales, CO4Ca, Fe y Cl.

Para algunas fermentaciones que incluyen cultivo

de células animales y de plantas debe usarse agua

altamente purificada.

El agua es uno de los compuestos del medio que

está incrementando su costo.

Esta debe reciclarse y rehusarse para abaratar

costos.

Los siguientes minerales son generalmente son

suplidos por el agua:

› Co

› Cu

› Fe

› Mn

› Mb

› Zn

Ocasionalmente deben ser añadidos los siguientes:

› Ca

› Mg

› Fósforo

› K

› A

› Cl

› S

Muchas bacterias pueden sintetizar todas la

vitaminas necesarias a partir de elementos básicos.

Otras bacterias, además de levaduras y hongos

filamentosos necesitan suplementos vitamínicos.

La mayoría de las fuentes de C y N contienen

algunas de las vitaminas requeridas.

Factores de crecimiento, amino ácidos, nucleótidos,

ácidos grasos y esteroles son añadidos en forma

pura o en extractos de animales o plantas.

Para la producción de L-isoleucina se añade D-

treonina.

Para producir L-triptófano se añade ácido

antranílico.

Algunas fermentaciones requieren precursores para

la producción de metabolitos secundarios.

Ejemplos añadidos para la producción de penicilina

lo son:

› Aácido fenilacético

› fenilacetamida

Inductores son necesarios en la fermentación llevada a cabo

por microorganismos modificados genéticamente. Esto se

debe a que los genes envueltos en crecimiento se ven

alterados por los genes clonados que están muy activos en

transcripción y traducción.

Los elicitores se obtienen de varios microorganismos y se

añaden al cultivar células vegetales para la producción de

metabolitos secundarios como flavonoides y terpenoides.

Se utilizan para redirigir el metabolismo a un

producto en particular y reducir la formación de

metabolitos intermedios.

Un ejemplo es el bisulfito de sodio que se usa para

la producción de glicerol mediada por S. cerevisiae.

Estos modifican la membrana celular permitiendo

mas fácilmente la liberación de productos

intracelulares al medio de fermentación.

Ejemplos son surfactantes y penicilinas que se

añaden en fermentaciones ácidas como L-ácido

glutámico.

Se suple en forma de aire que contenga un 21% de

oxígeno.

Cuando los requisitos son altos, se suple como

oxígeno puro.

Antes de añadirse se filtra y esteriliza.

La cantidad de O2 varía dependiendo de la fuente de

C.

Son necesarios para reducir la formación de espuma

durante el proceso de fermentación.

La espuma se forma por la unión de las proteínas del

medio a la interfase hallada entre el aire y el medio.

Si esta no se controla, bloquea los filtros y

compromete la condición aséptica.

Modificando la composición del medio

Uso equipo mecánico para romperlo

Adición de antiespumantes químicos.

Debe:

› ser de bajo costo

› tener acción prolongada

› ser térmicamente estable

› Ser no tóxico a microorganismos, ni a humanos

› poseer alta actividad a concentración baja

Waites, M.J.; Morgan, N.L.; Rockey, J.S. & Higton G. (2001). Industrial

Microbiology, an Introduction. Blackwell Science. 288pp.