Aplicación general de microorganismos en la industria

QUI-490 Diseño de reactores

Sección 01 Asunto Biorreactores Tema Microorganismos a nivel industrial Estudiantes Susan A. Estévez P. 13-1488 Martin Sturla R. 13-0988

Profesor Ing. Porfirio Alcántara

Lunes, 23 de noviembre de 2015 Santo Domingo, Distrito Nacional, República Dominicana.

Contenido Microorganismos ..................................................................................................................................... 3 Microorganismos a nivel industrial ..................................................................................................... 3 1.- Levaduras ............................................................................................................................................. 3 2.- Hongos filamentosos ........................................................................................................................... 4 3.- Bacterias .............................................................................................................................................. 4 Tabla con los principales microorganismos utilizados en todas las industrias: ........................................ 5 Biorreactor ................................................................................................................................................. 6 Fermentación ............................................................................................................................................ 6 Características de los Biorreactores y fermentadores .............................................................................. 7 Fermentador de Flujo Discontinuo ........................................................................................................... 7 Fermentador de Flujo continuo ................................................................................................................ 7 Bibliografía................................................................................................................................................. 7

Microorganismos Los microorganismos son aquellos seres vivos más diminutos que únicamente pueden ser apreciados a través de un microscopio. En este extenso grupo podemos incluir a los virus, las bacterias, levaduras y mohos que pululan por el planeta tierra.

Microorganismos a nivel industrial Un microorganismo de uso industrial debe producir la sustancia de interés; debe estar disponible en cultivo puro; debe ser genéticamente estable y debe crecer en cultivos a gran escala. Otra característica importante es que el microorganismo industrial crezca rápidamente y produzca el producto deseado en un corto período de tiempo. El microorganismo debe también crecer en un relativamente barato medio de cultivo disponible en grandes cantidades. Además, un microorganismo industrial no debe ser patógeno para el hombre o para los animales o plantas. Todos los microorganismos utilizados pertenecen a cepas industriales. Estas cepas de microorganismos suelen ser objeto de patente. Muchas de estas cepas están modificadas genéticamente, con el fin de mejorar su producción y aumentar las ganancias de la industria. En la mayoría de los procesos biotecnológicos de producción de alimentos los microorganismos transforman la materia prima en un proceso metabólico denominado fermentación.

1.- Levaduras

Las levaduras se vienen utilizando desde hace miles de años para la fabricación de pan y bebidas alcohólicas. La levadura que sin duda fué la primera y aún hoy en día sigue siendo la más utilizada por el hombre es Saccharomyces cerevisiae de la que se emplean diferentes cepas para la fabricación de cerveza, vino, sake, pan y alcoholes industriales. Kluyveromyces fragilises una especie fermentadora de la lactosa que se explota en pequeña escala para la producción de alcohol a partir del suero de la leche. Yarrowia lipolytica es una fuente industrial de ácido cítrico. Trichosporum cutaneum desempeña un importante papel en los sistemas de digestión aeróbica de aguas residuales debido a su enorme capacidad de oxidación de compuestos orgánicos, incluídos algunos que son tóxicos para otras levaduras y hongos, como los derivados fenólicos.

2.- Hongos filamentosos

Los hongos tienen una gran importancia económica, no tan sólo por su utilidad, sino también por el daño que pueden causar. Los hongos son responsables de la degradación de gran parte de la materia orgánica de la Tierra, una actividad enormemente beneficiosa ya que permite el reciclaje de la materia viva. Por otro lado, los hongos causan gran cantidad de enfermedades en plantas y animales y pueden destruir alimentos y materiales de los que depende el hombre. Los efectos perjudiciales de los hongos están contrarrestados por su utilización industrial. Los hongos son la base de muchas fermentaciones como la combinación de soja, habichuelas, arroz y cebada que dan lugar a los alimentos orientales miso, shoyu y tempeh. Los hongos son también la fuente de muchos enzimas comerciales (amilasas, proteasas, pectinasas), ácidos orgánicos (cítrico, láctico), antibióticos (penicilina), quesos especiales (Camembert, Roquefort) y, evidentemente, de las setas.

3.- Bacterias Entre las especies bacterianas de interés industrial están las bacterias del ácido acético, Gluconobacter y Acetobacter que pueden convertir el etanol en ácido acético. El género Bacillus es productor de antibióticos (gramicidina, bacitracina, polimixina), proteasas e insecticidas. Del género Clostridium cabe destacar Clostridium acetobutylicum que puede fermentar los azúcares originando acetona y butanol. Las bacterias del ácido láctico incluyen, entre otras, las especies de los géneros Streptococcus y Lactobacillus que producen yogur. Corynebacterium glutamicum es una importante fuente industrial de lisina. El olor característico a tierra mojada se debe a compuestos volátiles (geosmina) producidos por Streptomyces aunque su principal importancia radica en la producción de antibióticos como anfotericina B, kanamicina, neomicina, estreptomicina.

Tabla con los principales microorganismos utilizados en todas las industrias: Bebidas alcohólicas Etanol Ácido láctico Productos lácticos

Ácido acético Ácido cítrico Ácido propiónico Aminoácidos Antibióticos

Alcaloides Pigmentos Polisacáridos Bioplásticos Vitaminas Transformación de esteroides Depuración de aguas residuales Depuración de materia orgánica semisólida Biodegradación de xenobióticos Biosensores Bioensayos Tests mutagénicos Microorganismos unicelulares

Esporas bacterianas Biomasa fúngica Enzimas Hormonas Otras proteínas

Vinos Cervezas Etanol industrial Leches fermentadas Quesos Embutidos Vegtales fermentados Vinagre Quesos emmental L – Glutámico L – Lisina β – lactámicos Tetraciclinas Peptídicos Aminoglicósidos Ergotamina Astaxantina Dextrano Xantano Polihidroxialcanatos B12 Riboflavina

Fangos activos Biodigestión anaerobia

Biodegradación de hidrocarburos Análisis de glucosa Tests de Toxicidad ambiental Test de Ames Levadura de panificación Proteína unicelular bacteriana Proteína unicelular de levaduras Microalgas

Bioinsecticidas Proteína unicelular fúngica Cultivo de setas Amilasas Proteasas Insulina humana Interferón humano

Saccharomyces

Lactobacillus Bacterias lácticas

Acetobacter Aspergillus Propionibacterium Corynebacterium Penicilium Streptomyces Bacillus Streptomyces Claviceps Phaffia Leuconostoc Xanthomonas Alcaligenes Pseudomonas Ashbya Floriduras Streptomyces Bacterias aerobias Protozoos Bacterias anaeróbicas Arqueas Metanógenes Pseudomonas Aspergillus Photobacterium Salmonela Saccharomyces Methylophilus Candida Chlorella Scenedesmus Spirulina Bacillus Paecilomyces Morchella Aspergillus Bacillus Escherichia Escherichia

Biorreactor Los biorreactores son los medios de cultivo optimizados empleados para la producción de sustancias a gran escala. Existen biorreactores de muchos tipos, casi tantos como reacciones que se quieren llevar a cabo. Dependiendo del cultivo biológico que quiere llevare a cabo pueden dividirse en los que son para organismos aerobios, anaerobios o aerobios facultativos. En cada uno de ellos el sistema de aireación o aislamiento variará.

Fermentación Las fermentaciones se realizan en tanques especiales, llamados fermentadores, si se cultivan cepas microbianas, o biorreactores, si se trata de células vegetales o animales. El fermentador es un tanque en el que se pone en contacto la cepa microbiana con la materia prima que se va a fermentar. Pueden ser fermentadores de flujo continuo o discontinuo. En los de flujo continuo, como por ejemplo, en la elaboración de vinagre, el producto es retirado constantemente. En los fermentadores de flujo discontinuo, que es el sistema más utilizado, debe cargarse de materia prima. Seguidamente, es transformada y después se retira el producto del tanque de fermentación. Por ello, la acción fermentativa de los microorganismos se interrumpe en los momentos de llenado y vaciado del tanque. Los fermentadores pueden ser de distintos tipos, como por ejemplo: 

Fermentador de tanque agitado



Fermentador de ciclo



Fermentador air-lift



Fermentador de lecho fijo

Los sistemas con los que trabajan los Biorreactores y los fermentadores se pueden clasificar de dos distintas maneras: 

Aeróbicos



Anaeróbicos

Características de los Biorreactores y fermentadores

Los Biorreactores comúnmente tienen las siguientes características: 

El diseño de los Biorreactores es cilíndrico



Los Biorreactores varían de tamaños milimétricos hasta llegar a los metros cúbicos



La mayoría de los Biorreactores son de acero inoxidable.



Los Biorreactores mantienen condiciones ambientales en un mismo estado



Mantienen las células de un cultivo uniformemente distribuidas



Los Biorreactores previenen la sedimentación y la floculación

Usos y aplicaciones de los Biorreactores y fermentadores Los Biorreactores generalmente son utilizados para el cultivo de las células Los Biorreactores ayudan a acelerar los cultivos celulares Los Biorreactores son útiles en ingenierías de tejidos.

Fermentador de Flujo Discontinuo

Fermentador de Flujo continuo

Bibliografía -

Definicionabccom. (2015). Definición ABC. Recuperado 23 el Noviembre, 2015, desde http://www.definicionabc.com/salud/microorganismos.php

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Blogspotcom. (2015). Blogspotcom. Recuperado 23 el Noviembre, 2015, desde http://biotecindustrial.blogspot.com/ Blogspotcom. (2015). Blogspotcom. Recuperado 23 el Noviembre, 2015, desdehttp://analisismicrobiologicos.blogspot.com/2012/06/descripcionde-microorganismos-usados.html Cnicemeces. (2015). Cnicemeces. Recuperado 23 el Noviembre, 2015, desde http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/2bachillerato/biotec/contenidos8 .htm