procesos fermentativos: produccion de proteína unicelular o biomasa

procesos fermentativos: produccion de proteína unicelular o biomasa

PRACTICA N° 02:
PROCESOS FERMENTATIVOS: PRODUCCION DE PROTEÍNA
UNICELULAR O BIOMASA
Capacidades a lograr:
1. Conoce y aplica técnicas de siembra, cultivo y cuantificación del
proceso fermentativo para producción de proteína unicelular.
GENERALIDADES
Los microorganismos no tienen un ciclo de vida obligatorio, como otras formas
de vida superiores. Cuando se les coloca en un medio nutricionalmente ideal o
completo, la célula microbiana crece más y se divide para formar dos células,
esto continúa con la producción de una población de células.
Este crecimiento celular está basado en la habilidad de cepas para multiplicar
el número de individuos viables (no considerando las células muertas o
agonizantes) por lo que es importante el empleo de métodos de conteo de
colonias y del número más probable.
Aunque hay varias técnicas en uso para la estimación de las densidades y
concentraciones celulares, no hay ningún método único que determine la masa
y la cantidad en una sola operación.
Entre los procedimientos ejecutados tenemos:

Recuento microscópico en cámara de Neubauer
En este método se coloca un volumen conocido de cultivo y el recuento se
hace por microscopía y se puede calcular la cantidad de microorganismos por
mililitro.

Recuento en placa
Este método consiste en sembrar una alícuota diluida del medio de cultivo en
una placa con medio de cultivo sólido, se incuba y cada célula viable va a
formar una colonia.

Peso Seco
Consiste en secar volúmenes conocidos de cultivo hasta obtener un
peso constante.
Además de otros métodos como Turbidimetría (recuento basado en
absorbancias) y el Número Más Probable (con base en estimaciones
estadísticas). Estos métodos permiten una estimación aproximada del número
de células.
El crecimiento microbiano tiene las fases:
a) Fase Lag o fase de adaptación. El microorganismo restituye su
capacidad de desarrollar. Es importante resaltar que las cepas
productoras provienen de cultivos preservados, donde su metabolismo
es casi nulo.
b) Fase Log o exponencial, donde se produce la replicación microbiana
y depende principalmente del suministro adecuado y suficiente de
nutrientes que permita el desarrollo. Aquí se producen los metabolitos
primarios.
c) Fase estacionaria, donde se detiene la replicación y las células
consumen la energía para sus funciones vitales. Aquí se producen los
metabolitos secundarios.
d) Fase de muerte celular, donde las células terminan su ciclo de vida.
La reproducción y ciclo de vida celular decrece hasta detenerse.
Para la producción de biomasa la fase exponencial debe ser corta y llegar
rápidamente a la fase estacionaria donde se detiene el proceso. Es decir, lograr
la máxima cantidad de células en el menor tiempo posible. Si se requieren
metabolitos primarios, la fase Log debe ser de mayor tiempo. Pero si se
requiere producir metabolitos secundarios, la fase estacionaria es el objetivo.
La composición química de los medios de cultivo influye en el comportamiento
de la curva de desarrollo o crecimiento microbiano (figura 1):
Figura 1. Curva de Crecimiento Microbiano
Si el cultivo tiene todas las fuentes de nutrientes (carbono, nitrógeno, azufre,
minerales) el proceso tiene comportamiento exponencial; acá se producen los
metabolitos primarios. Pero si se limita un ingrediente, fuente de nitrógeno por
ejemplo, se logra la fase estacionaria y es en esta fase donde se manejan los
ingredientes para producir los metabolitos secundarios.
La producción de biomasa es de importancia como alternativas de proteína
como la unicelular SCP o "biomasa". Este término "proteína de origen
unicelular" es aceptado para denominar de esa forma a células de bacterias,
hongos y algas usadas como una fuente de proteína. Esta opción tiene ven
tajas sobre otras proteínas ya que se obtiene de sustratos relativamente
baratos, con alto rendimiento y de calidad nutricional. Además está sujeta a
control lo que hace posible que su fabricación sea maximizada.
Algunas ventajas de la proteína de microorganismos cultivada en biorreactores
o sistemas similares, sobre la similar de plantas y animales se indican como
sigue:
1. Los
microorganismos
tienen
tiempos
de
generación
cortos
e
incrementan rápidamente su masa; las bacterias y levaduras bajo
condiciones de laboratorio alcanzan tiempos de generación entre un 0.52h o de 1-3h.
2. Los microorganismos poseen una concentración de proteína elevada
entre un 10-50%.
3. La SCP es de alta digestibilidad no es tóxica y de buen sabor.
4. La producción de SCP se basa en sustratos relativamente baratos y
abundantes como la celulosa, el AA o el petróleo, etc.
5. La producción de SCP se logra con relativa facilidad en un cultivo
controlado independientemente de factores ambientales.
PORCENTAJE PROMEDIO DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA PROXIMAL DE
LA PROTEÍNA UNICELULAR EN BASE A SU PESO SECO.
COMPUESTOS
ORGÁNICOS (%)
HONGOS
FILAMENTOSOS
ALGAS
LEVADURAS
BACTERIAS
Proteína
5-8
7.5 - 10
7.5 - 8.5
11.5 - 50
Lípidos
2-8
7.0 - 20
2.0 - 6.0
1.5 - 3.0
Cenizas
9 - 14
8.0 - 10
5.0 - 9.5
3.0 - 7.0
Ácidos nucleicos
7
3.0 - 8
6.0 - 12
8.0 - 16.0
En la presente actividad práctica vamos a desarrollar el método de obtención
de PROTEINA UNICELULAR o BIOMASA:
EXPERIENCIA PRÁCTICA.
Materiales, Reactivos y Equipos
Levadura de panificación (húmeda)
Algodón copón
Glucosa
Papel blanco
Fosfato de Amonio DiHidrogenado
Pabilo
Sulfato de Magnesio
Mechero de alcohol
Fosfato potasico dihidrogenado
Autoclave
NaCl (q.p.)
Incubadora
Agar Estracto de Malta
Estufa
Agua destilada
Matraz Erlenmeyer 500 ml
Pipetas 10 mL
Espátulas
Varillas de agitación
Termómetro 0 - 50°C
Vasos de precipitación 100 ml
Mechero de alcohol
Pizeta
PROCEDIMIENTOS.
1. Medio de Cultivo
Glucosa 20 g/L
Minerales 0,5 g/L
Fosfato de potasio dihidrog. 1 g/L
Agua destilada c.s.p. 1 L
Fosfato de amonio di hidrogenado 1 g/L
Sulfato de Magnesio 0,5 g/L
Preparar 500 ml del medio de cultivo en matraz Erlenmeyer, tapar con
algodón, sellar con papel e hilo y llevar a autoclave a 121° C por 20 min.
3. Una vez frio el medio de cultivo, inocular la levadura (5% del volumen
del medio de cultivo) en condiciones estériles: lejos de polvo, viento, con
apoyo de mecheros; esto con la finalidad de eliminar la contaminación.
La levadura debe estar rehabilitada por 12 horas en agar Extracto
de Malta (fuente rica en nutrientes de alta calidad).
Incubar a 30°C.
4. Observar y registrar el desarrollo microbiano. Dependiendo de la cepa
inoculada, el proceso puede durar desde uno a más días. Luego filtrar el
contenido y secar el filtrado en estufa a 60°C hasta peso constante.
5. Reporte los gramos de biomasa resultante.
CUESTIONARIO:
1. ¿Qué es la PROTEINA UNICELULAR y cuál es su importancia?
2. ¿En qué fase de desarrollo microbiano obtenemos la biomasa y cómo
logramos mantenerla y evitar que el desarrollo avance a la siguiente
fase?
3. ¿Cuál es la razón de inocular previamente la levadura en Agar Nutritivo
y que fase de desarrollo microbiano tiene esta etapa?
4. Los microorganismos requieren de fuente de carbono, nitrógeno, azufre,
minerales, etc. Identifique cuáles son las fuentes en la presente práctica.
Grafique en orden secuencial el procedimiento descrito, indicando cada etapa
del proceso.