FERMENTACIÓN EN ESTADO SÓLIDO

Transcripción

1 FERMENTACIÓN EN ESTADO SÓLIDO Proceso microbiológico que ocurre en la superficie de materiales sólidos que tienen la propiedad de absorber y contener agua, con o sin nutrientes solubles. (Vinegra-Gonzalez, 1997) Actividad del H2O ~ 0,30-0,8 1 Historia de la FES Los procesos de FES existen de manera natural desde el comienzo de la vida. Se emplearon de manera artesanal para la elaboración de alimentos en el Sudeste Asiático, África y América Central. (Vinegra-Gonzalez, 1997) Aumenta el contenido proteico Mejorar la conservación Cambios de características físicas: color, olor y sabor 2 1

2 Historia de la FES Hongos filamentosos PROCESO KOJI TAKA Amilasa (A. oryzae) Alimentos KOJI SHOYU MISO Bebidas SAKE QUESO ROCKEFORT Leche de Oveja ~ 1000 años (Penicillum roqueforti, 1930 ) 3 SOPORTES FES: SÓLIDOS INERTES SÓLIDOS NATURALES (SUSTRATOS) 4 2

3 SOPORTES FES SÓLIDOS INERTES VERMICULITA PERLITA (silicato) AMBERLITA (resina de intercambio iónico) PLASTICOS y ESPUMAS SINTÉTICAS (alta resistencia mecánica y bajo costo) 5 SOPORTES FES - MAIZ - ARROZ - BAGAZO DE CAÑA DE AZÚCAR - HARINA DE TRIGO Y MAÍZ - CASCARA DE ARROZ RESIDUOS ALIMENTARIOS DE: BANANA REMOLACHA PAPA TÉ COCO MANZANA CITRICOS RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS SÓLIDOS NATURALES (SUSTRATOS) CEREALES RESIDUOS AGRÍCOLAS O INDUSTRIALES SOPORTE + NUTRIENTE 6 3

4 VARIABLES QUE CONDICIONAN LA FES Contenido de agua Temperatura Aireación y agitación ph Transferencia de masa Inóculo 7 Contenido de agua % de humedad = 30-80% % H = a w. 100 = p/p. 100 PRODUCCIÓN DE PRODUCTO: naturaleza del sustrato tipo de producto final CRECIMIENTO DE BIOMASA requerimientos del µorganismo 8 4

5 Contenido de agua 9 Alto %H: Puede disminuir la porosidad: baja la difusión de oxígeno. Aumenta el riesgo de contaminación bacteriana. Incrementa la formación de micelio aéreo Bajos %H: Puede demorar el crecimiento. Afecta la actividad, la estabilidad y la especificidad de las Enzimas, tanto intra como extracelulares Solución: empleo de humidificadores o adición de agua estéril 10 5

6 Temperatura Variable «CRITICA» FACTORES NEGATIVOS DEL AUMENTO DE LA TEMPERATURA: 1. Deshidratación del medio sólido ( aw ). 2. La actividad metabólica se desacelera o se detiene (afecta proteínas, membranas, reacciones químicas, etc.) 3. Desvío del metabolismo como medio de defensa. Q No se aprecia a escala de laboratorio pero se incrementa notoriamente en el escalado Solución: aporte externo de energía para disipar el calor 11 ph Condiciona la estabilidad del producto Sustratos sólidos suelen ser buffers. Soportes inertes: se deben humectar con buffer estéril. Es difícil de controlar si la fuente de N es NH 4 + Cambios bruscos de ph 12 6

7 Transferencia de masa O 2 CO 2 INTERPARTICULAR % ESPACIOS HUECOS > 30% Volumen Transferencia de gases Geometría del sustrato y/o el soporte % H Naturaleza química del sustrato/soporte 13 Transferencia de masa INTRAPARTICULAR TAMAÑO Y FORMA DEL PORO Limitaciones Nutricionales Vdif Difusión de los nutrientes hasta el micelio. Difusión de las E extraceluares para la digestión externa del sustrato La acción de los microorganismo modifica la estructura de las partículas 14 7

8 Aireación FES: microorganismos aerobios Se debe suministrar O 2 y remover el CO 2 Más fácil de airear que los cultivos líquidos Q metabólico Agitación Para mejorar la aireación Poco relacionada a la homogenización 15 Inóculo Tipo de inóculo Modo de Inóculación MICELIO Ej: 1cm 2 de agar CONIDIOS/ESPORAS Ej: 10 6 conidios/ml Rápida colonización probabilidad de contaminación costos Requiere adaptación 16 8

9 DISEÑOS DE FERMENTADORES PARA FES 1- Fermentadores de tambor rotatorio Recipiente cilíndrico (vidrio o acero) Capacidad de giro para agitación Posee dispositivo de aireación CONTINUO Y BACH Crecimiento rápido Fácil limpieza y esterilización Alta dificultad de escalado Difícil control de T 17 DISEÑOS DE FERMENTADORES PARA FES 1- Fermentadores de tambor rotatorio 18 9

10 DISEÑOS DE FERMENTADORES PARA FES 2- Fermentadores de bandeja ESCALA LABORATORIO 19 DISEÑOS DE FERMENTADORES PARA FES 2- Fermentadores de bandeja ESCALA LABORATORIO 20 10

11 DISEÑOS DE FERMENTADORES PARA FES ESCALA PILOTO 21 DISEÑOS DE FERMENTADORES PARA FES ESCALA INDUSTRIAL 22 11

12 DISEÑOS DE FERMENTADORES PARA FES 2- Fermentadores de bandeja ESCALA INDUSTRIAL 23 OTROS DISEÑOS DE FERMENTADORES PARA FES ESCALA LABORATORIO 24 12

13 ESCALADO DE FES Criterios de similaridad: Similitud geométrica, dinámica, térmica y bioquímica 25 VENTAJAS DE LA FES 26 13

14 VENTAJAS DE LA FES 27 VENTAJAS DE LA FES 28 14

15 DESVENTAJAS DE LA FES 29 PROCESO GENERAL DE UNA FES Selección del microorganismo Preparación del sustrato/soporte: Salvado de trigo, arroz, etc Esterilización del sustrato/soporte Esperar el tiempo de fermentación Inoculación Ajuste de las condiciones de humedad Extracción del producto 30 15

16 APLICACIÓN GENERALES DE LA FE EN PROCESOS Producción de metabolitos microbianos Biopulpeo Industria del papel Biorremediación Fermentaciones Alimentarias: Proceso Koji 31 OBTENCIÓN INDUSTRIAL DE PRODUCTOS POR FES Antibióticos Micotoxinas Xilanasas Celulasas Amilasas Pectinasas Hidrolasas Fúngicas Ác. cítrico Ác. gálico Otros Ácidos orgánicos (Ác. kójico) 32 16