Tema 4 - Medios de cultivo PDF

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Tema 4: Medios de cultivo. 1.- Medios de cultivo en los procesos industriales:   

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Un medio de cultivo es una solución acuosa de una serie de sustancias químicas orgánicas y/o inorgánicas que en condiciones adecuadas permite el crecimiento de microorganismos de interés. Los nutrientes que forman el medio de cultivo se conocen como materias primas. Todos los microorganismos, independientemente del metabolismo, presentan unos requerimientos mínimos: - Agua. - Fuente de energía (generalmente proviene de - Fuente de C en exceso. la fuente de C). - Fuente de N en exceso. - Elementos minerales. - O2 para aerobios. Tipos de medios de cultivo: - Sintéticos: Su composición química se conoce (químicamente definidos). Se emplean para estudios metabólicos (y producción de antibióticos), pues permite la sustitución de los componentes del medio si se ve algún problema con la mezcla. Suelen ser caros al utilizar elementos puros y presentan un rendimiento bajo, pues siempre se requiere de algún metabolito o cofactor que no están presentes. - Complejos: Químicamente indefinidos. Tienen un uso extendido en la industriaPresentan un mayor rendimiento que los sintéticos al tener un mayor crecimiento y producción. Son más baratos, aunque el proceso de recuperación es más difícil. Se pretratan para adecuarlos al cultivo de microorganismos.

2.- Elección de medios de cultivo (screening): 

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Para la elección de un medio de cultivo, se tiene en cuenta: - Rendimiento obtenido en la fermentación. - Productos residuales. - Forma de recuperar el producto final. - El coste del medio. Formulación del medio de cultivo: - Agua. - O2 para aerobios. - Fuente de C. - Sales minerales (macro/micronutrientes). - Fuente de N. - Factores de crecimiento. Condiciones para la elección de una materia prima: - Coste: Razón entre el precio y la cantidad de C utilizable. - Disponibilidad. - Normalización: Previene los cambios de composición del medio según el lote o la empresa. - Precursores: Adición de cofactores como Co. - Factores físico-químicos: pH, fuerza iónica, sustancias tóxicas, inhibidores… - Relación C/N y N/P: Según estas relaciones, se producirá más o menos producto.

3.- Sustratos utilizados como fuente de Nitrógeno: 3.1.- Corn steep liquor:    

Desecho de las industrias de almidón de maíz, que surge de una infusión caliente de maíz con anhídrido sulfuroso y una fermentación láctica. Son líquidos ricos en N y vitaminas (riboflavina, biotina…). El líquido presenta aminoácidos fácilmente asimilables (Ala, Arg, Glu, Thr…). Problemas: - Poco normalizado: Se solventa añadiendo los nutrientes que falten. - Muy ácido: Se le regula el pH.

3.2.- Harina de soja:  

Más complejo que el corn steep liquor¸ por lo que presenta un rendimiento mayor. Su N no es tan asimilable, por lo que se utiliza en la fermentación de antibióticos, al no tener regulación catabólica por ser una mezcla tan compleja.

3,3.- Solubles de destilería:   

Provienen de la destilación del etanol a través de una fermentación de cereales. Se compone de los restos de levaduras y nutrientes del medio de cultivo de la fermentación. Ricos en proteínas y vitaminas del grupo B.

3.4.- Extractos de levadura:   

Provienen de la autolisis o plasmólisis de levaduras de panadería. Excelente fuente de N y de factores de crecimiento (vitaminas del grupo B). Presenta una gran normalización.

3.5.- Otros:    

Peptonas: Hidrolizados de tejidos animales. El N se encuentra en forma amínica entre un 12-14%. Pueden estar muy normalizadas. Se pueden encontrar aguas de mataderos o tejidos tratados con enzimas determinadas, dependiendo de la necesidad. Pharmamedia: Se obtienen a partir de semillas de algodón. Uso para producción de antibióticos. Fuente de N muy compleja, llegando a albergar hasta los 20 aminoácidos esenciales. Sales minerales de amonio: Presentan un rendimiento menor que una fuente de N orgánica. Urea: Fuente de N orgánica que se hidroliza de forma natural a partir de los 40oC.

4.- Sustratos utilizados como fuente de Carbono: 4.1.- Almidón:   

Se pretrata con amilasas (caro) o ácidos para obtener glucosa y dextrinas (trozos de amilopectinas rotas) a partir de la amilosa y las amilopectinas. Es insoluble en agua y forma un engrudo a concentraciones superiores al 2% que dificultan su esterilización. Ha pasado a ser importante para la fermentación de etanol.

4.2.- Glucosa:   

Se esteriliza a parte del resto de componentes del medio para evitar que caramelice. Está presente con distintos grados de pureza. La esterilización se produce a pH = 3.

4.3.- Sacarosa y melazas:    

La sacarosa se puede utilizar en forma líquida o en melazas. La forma líquida se utiliza en países productores de caña de azúcar. Tiene una mayor cantidad de sacarosa y ausencia de tóxicos como el metilfurfural. La forma en melaza se utiliza en países sin caña de azúcar. Proviene de la recristalización de la sacarosa, que se diluye. La melaza de caña de azúcar es rica en biotina y deficiente en vitaminas del grupo B; mientras que la melaza de remolacha es al contrario.

4.5.- Extracto de malta. Harina de cereales:    

Se puede utilizar la cebada como tal o como extracto de malta. El extracto acuoso de la cebada malteada sirve como sustrato para hongos, levaduras y Actinobacterias. El extracto seco de malta contiene un 90-92% de carbohidratos, y se compone de hexosas (glucosa y fructosa), disacáridos (maltosa y sacarosa), trisacáridos (maltotriosa) y dextrina. Los medios con extracto de malta deben ser esterilizados cuidadosamente, pues la reacción de Maillard ocurre cuando se sobrecalienta. Se producen sustratos tóxicos para los microorganismos, producto de la condensación con un color tostado, por la interacción entre los grupos amino y carboxilo de proteínas y azucares.

4.6.- Otros:         

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Líquidos sulfúricos de papeleras: Productos residuales de la industria papelera, que surgen de la extracción de la pulpa de celulosa de la madera, que es tratada con bisulfito. Barato. Celulosa: Se está estudiando por su amplia disponibilidad y bajo coste. Se ha de hidrolizar para utilizarla, dando un jarabe de azucares que se utiliza para la fermentación de etanol. Hidrolizados de madera: Provienen de una hidrólisis ácida fuerte de la madera. Se produce en países ricos en madera. Lípidos: Se emplean grasas tanto animales como vegetales, preferentemente las vegetales al ser líquidas a Ta ambiente. Metano y gas natural: Barato. Se oxida a metanol para que algunos microorganismos puedan utilizarlos. Alcanos y parafinas: Se utilizan en función del precio del petróleo, son metabolizados rápidamente. CO2: Se emplea para algas y cianobacterias. Alcoholes, metanol y etanol: El metanol es el sustrato de fermentación más barato, pero es metabolizado únicamente por pocas bacterias y levaduras. Factores de crecimiento: Los medios de cultivo que se preparan con las materias primas ya vistas, no necesitan la adición de factores de crecimiento porque van en estas fuentes. Algunas veces es necesario añadirlos, la forma más sencilla es mediante un extracto de levaduras. Otras veces es preferible mezclar dos materias primas y se completan los factores de crecimiento, como con la mezcla de melazas de caña (rica en biotina) y de melaza de remolacha (rica en vitamina B). Hoy día las vitaminas son muy baratas gracias a la Microbiología Industrial. En muchas fermentaciones que necesitan vitaminas, lo mejor es adicionarlas, como tales esto facilita mucho la recuperación del producto final. Sales minerales: En medios complejos normalmente no suelen presentar problemas, son suficientes las cantidades que contienen las materias primas complejas para suplir las necesidades. En algunas fermentaciones es necesario añadir K, Mg o P en forma de sales....