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Fermentación:
una visión industrial
Alejandro López García
Técnico Área Biológica en Ercros S.A.
Biotecnología
“Toda aplicación tecnológica que utiliza sistemas
biológicos y organismos vivos o sus derivados para la
creación o modificación de productos o procesos para
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Levaduras
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“Proceso bioquímico por el que una sustancia orgánica se
transforma en otra más sencilla, llevado a cabo por
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Fermentación
• Fermentación metabólica:
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de cultivo de microorganismos con propósitos industriales”
• Fermentación industrial:
“Proceso bioquímico por el que una sustancia orgánica se
transforma en otra más sencilla, llevado a cabo por
microorganismos sin presencia de oxígeno”
Fermentación
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Fermentación RespiraciónGlucólisis
Ventajas de la Fermentación
 Preservación de los alimentos por la producción
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 Enriquecimiento de la dieta a través del desarrollo de
una diversidad de sabores, aromas y texturas en los
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 Enriquecimiento nutritivo de substratos alimenticios
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y vitaminas.
“Proceso bioquímico por el que una sustancia orgánica se
transforma en otra más sencilla llevado a cabo por
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Fermentación
• Fermentación metabólica:
“El término fermentación se utiliza para describir los procesos
de cultivo de microorganismos con propósitos industriales”
• Fermentación industrial:
Fermentación industrial
 Productos industriales de interés:
 Células propiamente dichas (biomasa)
 Sustancias producidas por las células:
Alimentos y bebidas Fármacos Enzimas
Levadura de panadería
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Fermentación industrial
¿Cómo se fabrican?
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1. Cepa y medio de cultivo
2. Cultivo en el fermentador
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La cepa industrial
 Requisitos del microorganismo industrial:
 Producir la sustancia de interés
 Conservarse en cultivo puro
 Genéticamente estable
 Capacidad de desarrollarse a gran escala
 Rápido crecimiento y fabricación del producto
 Menor riesgo de contaminaciones
 Menor gasto energético
 Susceptible de manipulación genética
 Utilización de medio de cultivo barato y abundante
La cepa industrial
 El microorganismo NO debe :
 Ser peligroso para el hombre,
animales ni plantas
 Liberar toxinas, o si lo hacen ser
capaces de eliminarlas fácilmente
Medio de cultivo industrial
 Requisitos del medio de cultivo:
 Contener los elementos necesarios para la
síntesis celular y formación del producto
 Fácil disposición y en cantidades abundantes
 Bajos costes de transporte
 Económicamente rentable
 Optimizado para la máxima producción
 Permita la recuperación del producto
Suelen utilizarse subproductos nutritivos que provienen
de otras industrias:
 Melazas con alto contenido en azúcares
 Industria azucarera
 Desechos ricos en nitrógeno y factores de crecimiento
 Industria del maíz
 Sueros de leche ricos en lactosa y minerales
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Medio de cultivo industrial
 Caldo de cultivo:
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Medio de cultivo industrial
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 Sector alimenticio
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Crianza biológica
 Sistema estático
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Crianza bajo velo de flor
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 Levaduras de velo de flor
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Saca
Saca
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Rocío
Crianza bajo velo de flor
Crianza biológica
 Levaduras de velo de flor
 Forman el velo de flor
 Autóctonas de la bodega
 Toleran 15.5º alc.
 Consumen compuestos
del mosto fermentado:
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 Glicerol
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 Producen compuestos
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 Sotolón
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Producción de levadura panadera
Pan
Harina Agua
Sal Levadura
Producción de levadura panadera
Melazas
Controlar:
- Entrada de nutrientes
- Temperatura
- Aireación
30.000 kg
Cultivos
discontinuos
Cultivo
semicontinuoMonitorizar:
- Producción de etanol
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industria azucarera
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Laboratorio
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Fábrica
Metabolismo
respiratorio
30 m3
150 m3
LavadoEmpaquetado
Producción de cerveza artesanal
Cerveza
Malta Agua
Lúpulo
Levadura
1 hora
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Producción de cerveza artesanal
Maceración
- Grano molido
- Agua
2 semanas
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Cocción
Filtrado - Malta
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- Condimentos
EnfriamientoFermentación
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Carbonatación
Embotellado
1 hora
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Producción de antibióticos
 Son producidos por bacterias y hongos.
 Los antibióticos sólo son efectivos en las
enfermedades bacterianas.
 El primer antibiótico que se descubrió fue la penicilina,
gracias a Alexander Fleming en 1928.
 La penicilina se obtiene del hongo:
 Penicillium notatum.
División Farmacia
Producción de antibióticos
TIPOS DE ANTIBIÓTICOS
Se pueden clasificar según su estructura química:
➢ β-LACTÁMICOS
• Penicilinas : Bencilpenicilina (Penicillium chrysogenum)
• Clavamas : Acido clavulanico (Streptomyces clavuligerus)
• Cefalosporinas : 3ª generacion.cefotaxina (Acremonium-Cephalosporium)
• Monobactamas : Aztreonam (Chromobacterium violaceum)
• Carbapenemas : Imipenem (Streptomyces cattleya)
➢ MACRÓLIDOS: Eritromicina (Streptomyces erythreus)
➢ AMINOGLICÓSIDOS: Estreptomicina (Streptomyces griseus)
➢ TETRACICLINAS: Doxiciclina (Streptomyces)
➢ POLIPEPTÍDICOS: Bacitracina (Bacillus subtilis); polimixina B (Bacillus polymixa)
➢ POLIENOS: Nistatina (Streptomyces noursei)
Anfotericina B (Streptomyces nodosus)
➢ OTROS: Ácido fusídico (Fusidium coccineum)
Producción de antibióticos
Caldo de cultivo
Cultivos
discontinuos
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Planta de Fermentación
15 m3
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semicontinuo
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respiratorio
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Cepa seleccionada
Laboratorio
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Controlar:
- Parámetros
- Entrada de nutrientes
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- Producción del antibiótico
Producción de antibióticos
Extracción
Antibiótico
Recepción del caldo
Separación
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Centrifugación
Floculación
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Purificación
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hongo
Tratamiento con
solventes
Envasado
Garantizar la calidad
del producto:
- Cumplimiento de Normas
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Biomasa rica en azúcares
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Glucosa Etanol
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Fermentacion: una vision industrial

  • 1. Fermentación: una visión industrial Alejandro López García Técnico Área Biológica en Ercros S.A.
  • 2. Biotecnología “Toda aplicación tecnológica que utiliza sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos” Levaduras Bacterias
  • 3. “Proceso bioquímico por el que una sustancia orgánica se transforma en otra más sencilla, llevado a cabo por microorganismos sin presencia de oxígeno” Fermentación • Fermentación metabólica: “El término fermentación se utiliza para describir los procesos de cultivo de microorganismos con propósitos industriales” • Fermentación industrial:
  • 4. “Proceso bioquímico por el que una sustancia orgánica se transforma en otra más sencilla, llevado a cabo por microorganismos sin presencia de oxígeno” Fermentación • Fermentación metabólica: Azúcar Saccharomyces Lactobacillus Microorganismo Etanol + CO2 Ácido láctico Alcohólica Láctica Producto fermentado
  • 5. Metabolismo Fermentativo vs Respiratorio Ácido pirúvico Etanol + Co2 Ácido láctico Ácido acético Ácido propiónico + CO2 Condiciones Anaeróbicas Condiciones Aeróbicas Ciclo de Krebs Cadena respiratoria 36-38 ATP Energía2 ATP Energía Glucosa Fermentación RespiraciónGlucólisis
  • 6. Ventajas de la Fermentación  Preservación de los alimentos por la producción de etanol, ácido láctico, ácido acético, etc.  Enriquecimiento de la dieta a través del desarrollo de una diversidad de sabores, aromas y texturas en los substratos de los alimentos.  Enriquecimiento nutritivo de substratos alimenticios con proteínas, aminoácidos esenciales, ácidos grasos y vitaminas.
  • 7. “Proceso bioquímico por el que una sustancia orgánica se transforma en otra más sencilla llevado a cabo por microorganismos sin presencia de oxígeno” Fermentación • Fermentación metabólica: “El término fermentación se utiliza para describir los procesos de cultivo de microorganismos con propósitos industriales” • Fermentación industrial:
  • 8. Fermentación industrial  Productos industriales de interés:  Células propiamente dichas (biomasa)  Sustancias producidas por las células: Alimentos y bebidas Fármacos Enzimas Levadura de panadería Por inoculación: Producción de metabolitos: Aditivos
  • 9. Fermentación industrial ¿Cómo se fabrican? ¿Cómo se realiza la fermentación? 1. Cepa y medio de cultivo 2. Cultivo en el fermentador 3. Extracción del producto fermentado
  • 10. La cepa industrial  Requisitos del microorganismo industrial:  Producir la sustancia de interés  Conservarse en cultivo puro  Genéticamente estable  Capacidad de desarrollarse a gran escala  Rápido crecimiento y fabricación del producto  Menor riesgo de contaminaciones  Menor gasto energético  Susceptible de manipulación genética  Utilización de medio de cultivo barato y abundante
  • 11. La cepa industrial  El microorganismo NO debe :  Ser peligroso para el hombre, animales ni plantas  Liberar toxinas, o si lo hacen ser capaces de eliminarlas fácilmente
  • 12. Medio de cultivo industrial  Requisitos del medio de cultivo:  Contener los elementos necesarios para la síntesis celular y formación del producto  Fácil disposición y en cantidades abundantes  Bajos costes de transporte  Económicamente rentable  Optimizado para la máxima producción  Permita la recuperación del producto
  • 13. Suelen utilizarse subproductos nutritivos que provienen de otras industrias:  Melazas con alto contenido en azúcares  Industria azucarera  Desechos ricos en nitrógeno y factores de crecimiento  Industria del maíz  Sueros de leche ricos en lactosa y minerales  Industria láctea Medio de cultivo industrial
  • 14.  Caldo de cultivo:  Sustrato líquido que contiene todos los nutrientes necesarios para el crecimiento y desarrollo de la cepa  Económicamente rentable  Máxima producción Medio de cultivo industrial Cepa Carbono Nitrógeno Fósforo Minerales Factores de crecimiento Agua Oxígeno (aeróbios) Biomasa celular Formación del producto Condiciones de cultivo
  • 15. Fermentador  Necesario para controlar las condiciones del cultivo
  • 16. Fermentador industrial • Depósito de acero inoxidable • Sistema de control • Temperatura • pH • Concentración de O2 • Presión • Adicción de nutrientes • Análisis del producto
  • 17. Procesos industriales  Sector alimenticio  Elaboración del vino tipo Fino  Producción de biomasa de levadura panadera  Elaboración de cerveza artesanal  Sector farmacéutico  Producción de antibióticos  Sector energético/medioambiente  Producción de bioetanol como biocombustible
  • 18. Elaboración de vino tipo Fino Mosto de primera yema Mosto de segunda yema Mosto de prensas Mosto fermentado 12° alc. 15.5° alc. Mosto fermentado Fermentación Saccharomyces cerevisiae Pie de cuba Alcohol de prensas Encabezado Crianza biológica Prensado
  • 19. Crianza biológica  Sistema estático  Sistema dinámico Sobretablas Criaderas y soleras Crianza bajo velo de flor Solera 1ª Criadera 2ª Criadera Criaderas
  • 20. Crianza biológica  Levaduras de velo de flor  Forman el velo de flor  Autóctonas de la bodega  Toleran 15.5º alc. Crianza bajo velo de flor
  • 21.  Sistema estático  Sistema dinámico Sobretablas Criaderas y soleras Solera 1ª Criadera 2ª Criadera Criaderas Crianza biológica Saca Rocío Saca Saca Rocío Rocío Crianza bajo velo de flor
  • 22. Crianza biológica  Levaduras de velo de flor  Forman el velo de flor  Autóctonas de la bodega  Toleran 15.5º alc.  Consumen compuestos del mosto fermentado:  Etanol  Glicerol  Ácido acético  Aminoácidos  Producen compuestos aromáticos:  Acetaldehído  Sotolón Crianza bajo velo de flor
  • 23. Producción de levadura panadera Pan Harina Agua Sal Levadura
  • 24. Producción de levadura panadera Melazas Controlar: - Entrada de nutrientes - Temperatura - Aireación 30.000 kg Cultivos discontinuos Cultivo semicontinuoMonitorizar: - Producción de etanol Subproducto de la industria azucarera 106 células 100 g Laboratorio 400 kgEscalado Fábrica Metabolismo respiratorio 30 m3 150 m3 LavadoEmpaquetado
  • 25. Producción de cerveza artesanal Cerveza Malta Agua Lúpulo Levadura
  • 26. 1 hora 100 ºC Producción de cerveza artesanal Maceración - Grano molido - Agua 2 semanas 10-26 ºC Cocción Filtrado - Malta - Lúpulo - Condimentos EnfriamientoFermentación - Mosto - Levadura Clarificación Carbonatación Embotellado 1 hora 67 ºC
  • 27. Producción de antibióticos  Son producidos por bacterias y hongos.  Los antibióticos sólo son efectivos en las enfermedades bacterianas.  El primer antibiótico que se descubrió fue la penicilina, gracias a Alexander Fleming en 1928.  La penicilina se obtiene del hongo:  Penicillium notatum. División Farmacia
  • 28. Producción de antibióticos TIPOS DE ANTIBIÓTICOS Se pueden clasificar según su estructura química: ➢ β-LACTÁMICOS • Penicilinas : Bencilpenicilina (Penicillium chrysogenum) • Clavamas : Acido clavulanico (Streptomyces clavuligerus) • Cefalosporinas : 3ª generacion.cefotaxina (Acremonium-Cephalosporium) • Monobactamas : Aztreonam (Chromobacterium violaceum) • Carbapenemas : Imipenem (Streptomyces cattleya) ➢ MACRÓLIDOS: Eritromicina (Streptomyces erythreus) ➢ AMINOGLICÓSIDOS: Estreptomicina (Streptomyces griseus) ➢ TETRACICLINAS: Doxiciclina (Streptomyces) ➢ POLIPEPTÍDICOS: Bacitracina (Bacillus subtilis); polimixina B (Bacillus polymixa) ➢ POLIENOS: Nistatina (Streptomyces noursei) Anfotericina B (Streptomyces nodosus) ➢ OTROS: Ácido fusídico (Fusidium coccineum)
  • 29. Producción de antibióticos Caldo de cultivo Cultivos discontinuos Escalado Planta de Fermentación 15 m3 Cultivo semicontinuo Metabolismo respiratorio 120 m3 Extracción Cepa seleccionada Laboratorio Primeros inóculos Controlar: - Parámetros - Entrada de nutrientes - Asepsia - Producción del antibiótico
  • 30. Producción de antibióticos Extracción Antibiótico Recepción del caldo Separación Filtración Centrifugación Floculación Decantación Purificación Micelio del hongo Tratamiento con solventes Envasado Garantizar la calidad del producto: - Cumplimiento de Normas - Limpieza de equipos - Gestión de residuos Líquidos Producto
  • 32. Producción de bioetanol Biomasa rica en azúcares Azucareras Maíz Restos vegetales Caldo de cultivo fermentable Tratamiento Glucosa Etanol Levaduras Fermentación ProcesadoDestilación Celulosa Hemicelulosa Lignina Hidrólisis enzimática
  • 33. Producción de bioetanol Restos vegetales Lignina Celulosa Hemicelulosa Pretratamiento Cóctel de enzimas Hidrólisis enzimática Fermentación Hongos filamentosos