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PROCESOS DE FERMENTACIÓN INDUSTRIAL - Coggle Diagram
PROCESOS DE FERMENTACIÓN INDUSTRIAL
La mayoría de las fermentaciones industriales utilizan bacterias, levaduras y hogos. Algunos usan algas, plantas o células animales.
Tipos de biorreactores
Operación a gran escala
Selección y desarrollo cultural
Historia
La fermentación era más arte que ciencia hasta la mitad del siglo XIX. La noción de que los microbios eran responsables de las fermentaciones no se introdujo hasta 1857 con Louis Pasteur.
La primera fermentación aséptica fue la fermentación de acetona-butanol con el objetivo de producir butanol como precursor del butanodiol para la fabricación de caucho sintético.
Explotación
Selección
Los cultivos candidatos deben producir o tener el potencial metabólico para producir, el producto deseado.
El aislamiento exitoso de cultivos útiles requiere una combinación de varios métodos de enriquecimiento y selectivos.
Un sistema de almacenamiento y catalogación de aislados potencialmente útiles es crucial para que no se pierdan cultivos comercialmente viables. Después de la detección inicial, hay muchos aislados potenciales.
Atributos importantes
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Desarrollo de procesos y ampliación
El desarrollo de procesos se superpone al desarrollo de la cultura. El propósito del desarrollo y ampliación de procesos es formular medios, optimizar las condiciones de cultivo y determinar los parámetros bioquímicos utilizados para diseñar biorreactores a gran escala
Desarrollo de la fermentación
Las primeras etapas del desarrollo del proceso se realizan en frascos de coctelera y se examinan los posibles componentes de los medios.
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Desarrollo y optimización de medios
El desarrollo de un medio económico adecuado es un equilibrio entres los requisitos nutricionales del microorganismo y el costo y las disponibilidad de los componentes del medio.
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El objetivo de la modificación genética es eliminar o reducir las vías metabólicas no deseadas, mejorar las vías deseadas, modificar la especificidad del sustrato o del producto, o reducir la inhibición de la retroalimentación del producto.
Las técnicas de ingeniería genética se han utilizado para mejorar las cepas. Las herramientas disponibles para los genetistas son:
La genética clásica (ingeniería pregenética),clonación de genes, la mutagénesis dirigida, la evolución dirigida y el análisis del flujo metabólico.
Cuando un proceso se lleva a cabo con éxito a la producción, la mejora de la cultura está en curso para mejorar la rentabilidad y mantener una ventaja competitiva.
El punto de partida para la fermentación a gran escala es en el laboratorio de inóculo. Sin un inóculo la fermentación es un fracaso.
Se utilizan métodos para almacenar cultivos en condiciones que conservan tanto la estabilidad genética como la viabilidad.
se usa para almacenar
Palos de agar o slants de agar simple a temperatura ambiente o bajo refrigeración
Los cultivos se pueden almacenar casi indefinidamente a temperatura ambiente a largo plazo y como cultivos de respaldo en caso de catástrofes.
Modos de funcionamiento
Monitoreo y control
Esterilización y control de contaminación
Servicios públicos
Las plantas de fermentación también producen un volumen considerable de residuos, la mayoría de los que requieren tratamiento por instalaciones de alcantarillado.
Agua de enfriamiento
Electricidad
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Tratamiento de aguas residuales
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Después de la esterilización los fermentos deben enfriarse antes de que puedan ser inoculados. El agua se enfría mediante compresores, que a su vez se enfrían con agua de las torres de refrigeración.
La contaminación de un proceso de fermentación puede reducir la productividad y el rendimiento, o arruinar el lote por completo.
La esterilización es el proceso de eliminar todos los organismos viables de equipos y materiales.
Para una planta de fermentación se requiere
Esterilización del equipo (vasos de fermentación, tuberías de inoculación, alimentación y cosecha, y filtros de aire.
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La prueba de contaminación es pequeña. A menudo no se detecta hasta que se ha convertido en un problema grave.
1.- La fermentación se controla mejor utilizando la medición en línea y en tiempo real de pH, Oxígeno, masa celular, concentración del sustrato, estado metabólico y los caudales de nutrientes.
2.- Los datos se aplican a un modelo preciso.
3.- Se pueden medir los parámetros físicos (temperatura, presión, entrada de potencia, velocidad del impulsor, gas y flujo de líquido)
4.- Se pueden medir el entorno químico (pH, Do y gases de escape). Así como composición del caldo, sustrato producto y concentración de amoníaco.
5.- La espuma se controla mediante la medición de un agente antiespumante líquido que se añade cuando la capa de espuma entra en contacto con una sonda.
Lote alimentado
Lote
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Todos los ingredientes necesarios para la fermentación con excepción de los productos químicos de control de pH se agregan al fermento antes de la inoculación.
Ventaja
Simplicidad de operación y menor riesgo de contaminación
Lote continuo
El medio de partida y el inoculo se añaden al fermento, Después de que el cultivo haya crecido, el fermento se alimenta con nutrientes y el caldo se retira al mismo ritmo, manteniendo un volumen constante de caldo en el fermento.
Ventaja
Maximiza el uso del recipiente y es especialmente bueno para fermentaciones que tardan mucho tiempo en alcanzar una alta productividad.
Comienza con algunos de los nutrientes en el fermentor de la inoculación.
Ventaja
Capacidad de agregar grandes cantidades de nutrientes al fermento agregándolos gradualmente y la capacidad de controlar la tasa de adición de nutrientes.
La selección de un diseño de reactor para un proceso depende de muchos factores
Factores
Trasferencia de masas.
La mezcla
La sensibilidad al cizallamiento
La viscosidad del caldo
La demanda de oxígeno
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Categorías de diseños de biorreactores
Reactores accionados mecánicamente y agitados neumáticamente.
Tanque agitado más comúnmente
Reactores de elevación aérea