Fermentación Microbiana

La fermentación microbiana tiene un sinnúmero de usos y aplicaciones en la industria hoy día. Mediante la fermentación microbiana se ha logrado la elaboración de diferentes productos como lo son: alimentos, vitaminas, bebidas alcohólicas, productos farmacéuticos, químicos, combustibles, enzimas, biomasa, proteínas, entre otros.

Los productos antes mencionados se generan por medio de diferentes tipos de fermentación. La fermentación láctica (queso, yogurt), fermentación alcohólica (vino, cerveza, alcohol, cigarrillos, chocolate, pan y otros) y la fermentación acética (vinagre).

Un ejemplo de esta tecnología es la producción industrial de eritromicina, antibiótico producido por el actinomiceto gram positivo Saccharopolyspora erythraea bajo fermentación aeróbica utilizando aceite de soya como fuente principal de carbono y acido propionico como precursor. La producción de eritromicina es actualmente llevada a cabo en la planta de Abbott en P.R.

La fermentación microbiana también es un medio de producción de vitaminas. Entre el grupo de vitaminas generadas por este medio podemos encontrar las siguientes: acido ascórbico, riboflavinas, beta-caroteno, vitamina B12, acido fólico y la pro vitamina A. Las de mayor importancia a nivel industrial son: riboflavina, beta-caroteno y vitamina B12.

En sus comienzos la vitamina B12 fue obtenida como un subproducto de los estreptomicetos en la producción de estreptomicina. En la actualidad la producción de esta vitamina es llevada a cabo por varias bacterias entre estas: Propionibacterium fredenreichii, Propionibacterium shermani y Pseudomonas denitrificans

La fermentación de riboflavina puede llevarse a cabo mediante bacterias, hongos o levaduras. Entre los organismos utilizados: Emerothecium ashbyii y Ashbya gossypii.

Los rendimientos mas altos en la producción del Beta-caroteno se han obtenido mediante la fermentación del hongo Blakeslea trispora donde se emplean ambas formas sexuales (+ y -). Estas dos formas sexuales no tienen que estar en igual concentración ya que la encargada verdaderamente de la formación de beta-caroteno es la cepa negativa.

Con respecto a las bebidas alcohólicas en la elaboración de vinos también hace uso de esta técnica. El proceso mediante el cual es producido vino es el siguiente

•La elaboración del vino puede tener como materia prima cualquier fruta o vegetal con alto contenido de azúcares pero se asocia a los vinos de calidad con uvas.
•La fermentación de estas uvas es llevada a cabo por levaduras silvestres (presentes de forma natural en las uvas) o por lo general Saccharomyces cerevisiae.
•Luego de fermentado estas levaduras son separadas del vino por sedimentación.
•El vino se añeja.

Como han podido apreciar la técnica de fermentación microbiana es una de gran utilidad en la elaboración de muchos de los productos de nuestro diario vivir.

Referencias:
http://www.jrc.es/pages/iptsreport/vol20/spanish/FOO1S206.htm
http://edicion-micro.usal.es/Web/SEFIN/MI/tema18MI.html
http://www.porquebiotecnologia.com.ar/educacion/cuaderno/ec_53.asp?cuaderno=53#arriba#arriba
http://www.javierhuertas.com/PTMA-04-01.html

Foto
http://www.alimentacion-sana.com.ar/informaciones/novedades/fermentados.htm

Los microbiólogos definen la fermentación como un proceso donde se utilizan microorganismos para hacer un producto. En Bioprocess Internacional están más interesados en la tecnología recombinante que se utiliza para hacer enzimas y otra clase de productos. En la industria el método más utilizado para fermentar es el batch a pesar de sus limitaciones.
En una fermentación batch se añade una solución rica en nutrientes, se inoculan los microorganismos y no se le añade nada más excepto oxígeno (muchos microorganismos utilizados en procesos biotecnológicos son aerobios) y un antiespuma. Las condiciones en este tipo de fermentador varían por la acumulación de productos de desecho y la multiplicación de los microorganismos.
Luego de la inoculación los microorganismos pasan por cuatro fases, una fase lag que es la etapa donde las bacterias se estan adaptando, las bacterias estan sintetizando lo que necesitan. En esta fase el medio tiene que ser el mismo. La fase log o tropofase es la fase de crecimiento exponencial, las bacterias llevan a cabo fisión binaria (una célula produce dos, dos producen cuatro.. 2n, n: # de generaciones que han ocurrido). En esta fase hay más células reproduciendose que en cualquier otra etapa. En la fase estacionaria se comienzan a terminar los nutrientes y se acumulan desechos, eso hace que el crecimiento disminuya o se detenga. Por último en la fase de muerte los nutrientes y la energía se han terminado y los microorganismos mueren.
El modo de fermentación fed-batch es uno en donde se le añaden nutrientes en pequeñas cantidades a los microorganismos en el proceso de crecimiento. La fermentación de modo continuo es un sistema abierto en donde se le añaden nutrientes a los microorganismos y se retiran desperdicios.
En un turbidostato se controla la biomasa por medio de la medición de turbidez.
En el proceso se pueden añadir vitaminas, minerales, aminoácidos, ácidos grasos y dependiendo del tipo de bacteria, factores de crecimiento. También se le añade un antiburbujas para controlar el exceso de burbujas, se mezcla y se agita para que entre O2, salga CO2 y se mezclen bien los nutrientes. Para un mejor rendimiento esto se hace a una temperatura constante.
Las reacciones químicas y mecánicas (agitación) que ocurren dentro de un fermentador añaden calor al sistema y si este calor añadido no es contrarestado las células pueden morir o dejar de producir, por lo tanto es necesario un sistema de enfriamiento y este debe ser controlado.
Las guías de la WHO World health organization y las reglamentaciones de FDA velan que el producto sea uno seguro. Los procesos de fermentación deben estar controlados por dispositivos computacionales y no computacionales para llevar a prueba la presencia de ácidos nucleicos, controlar el pH, niveles de oxígeno, etc.
Se requieren contenedores para mantener los organismos genéticamente creados guardados. Estos se guardan congelados para evitar que estos se reproduzcan o congelados en seco (liofilización). El proceso de congelar y descongelar puede matar las células por lo que se utilizan crioprotectores como el glicerol.
De este banco de microorganismos congelados se hace un cultivo en platos de agar.
La fermentación pasa por tres fases. Laboratorio (se utilizan platos petri, erlenmeyers, se utilizan técnicas de laboratorio sencillas; escala piloto (se llevan las condiciones óptimas a una escala de 5-200 L); escala industrial, condiciones óptimas se llevan a una escala industrial.

La fermentación microbiana es el uso de microorganismos para generar un producto de consumo humano o utilidad veterinaria, ya sea alterado genéticamente o no. Entre los productos generados se encuentran: bebidas alcohólicas, enzimas, comidas y aditivos de comida, vitaminas, vacunas, antibióticos, etc.
Anteriormente las bacterias habian sido utilizadas para la produccion de vino y antibioticos,cosa que no se ha dejado de hacer. La utilización de la biotecnología en la fermentación microbiana empezó en el 1973 con el gen del African clawed toad que fue insertado en el laboratorio en la bacteria de Escerichia coli; este fue el primer experimento de ingenieria genetica y con esto comenzo la era de la tecnologia de DNA recombinante. El primer medicamento generado mediante la utilizacion de estas dos tecnicas (fermentacion microbiana y DNA recombinante) fue una forma de insulina.
La fermentación microbiana es el método mas aplicado en la biotecnología. La ventaja de la fermentación microbiana es que al utilizar bacterias y levaduras estas crecen rápidamente en un medio a bajo costo, ofrecen una alta expresión de los niveles de la proteína que deseamos obtener, de las cuales ellos a veces secretan en el medio y esto hace mas fácil la purificación. También estos microorganismos pueden resistir fuertes tratamientos comparados con las células animales. Sin embargo, existen ciertas limitaciones en la utilizacion de bacterias y hongos para procesos industriales ya que no llevan a cabo procesos post-translacionales como lo es la glicosilacion (bacterias) y muchas veces estos organismos liberan proteasas junto con la proteina de interes, tambien puede haber presencia de endotoxinas en el caso de las bacterias y muchas veces las bacterias forman cuerpos de inclusion lo que dificulta la tarea de recolectar el producto.
Entre los principales microorganismos utilizados se encuentran: E. coli y B. subtilis. E. coli es el organismo más común como fuente de producción de proteína recombinante ya que se conoce su mapa genético. B. subtilis ha sido utilizado principalmente por su gran tendencia de secretar proteínas en su ambiente. La fermentación de bacterias y hongos ofrecen la opción más económica y algunos criterios la convierten en la respuesta mas obvia.