AT EN TA MENTE, "CASA ABIERTA AL TIE PO"

Caw abhrb al timipo

NIVERSIDAD AUTONÓMA METROPOLITANA

DIVISI~N

DE

CIENCIAS BIOL~GICAS Y DE

LA SALUD

CB

5

7

SECRETARíA ACADÉMICA

A QUIEN CORRESPONDA:

Por medio de la presen

del Departamento de BIOTECNOLOGíA

d e la División de Ciencias Biológicas y de la Salud, asesoró el siguiente Servicio Social:

4 T U L O

se hace constar que el:

Y D r . MARIANO GUTIÉRREZ ROJAS

'

{".

"OPTIMIZACIÓN EN EL CONTROL DE UN PROCESO FERMENTATIVO"

/ALUMNA SANTANA OLGUíN ADRIANA ATRíCULA 95332346

INGENIERÍA BlOQUíMlCA INDUSTRIAL ~ E R I O D O OCTUBRE 4, 1999 A ABRIL 4,2000

1

Se extiende la presente para los fines que al interesado convengan, en la Ciudad de México, Distrito Federal a veintiséis de septiembre del dos mil.

A T E N T A M E N T E , "CASA ABIERTA AL TIE PO"

_Y

f-

M. en C. ARTURO PRECIADO LÓPEL i

-Y

I SECRETARIO ACADÉMICO

UNIDAD IZTAPALAPA

!

Nombre: Adriana Santana Olguín. Matrícula: 95332346

Licenciatura: Ingeniería Bioquimica Industrial.

Titulo del proyecto: OPTlMlZAClON EN EL CONTROL DE UN PROCESO FERMENTATIVO. Registro del Servicio Social: _IB1.04C.39

Fecha de entrega: Junio del 2000. Nombre y adscripción de los asesores:

a) Interno: Dr. Mariano Gutiérrez Rojas. Departamento de Biotecnologia.

Universidad Autónoma Metropolitana

-

Iztapalapa. b) Externos: Ing. Bioquimico. Miguel Angel Gonzalez Zárate.

Jefe del Area de Fermentación

Ing. Quimico. Marco Antonio Morlet Anaya. Subjefe del Area de Fermentación

Resumen:

Los

objetivos planteados para el servicio social fueron:

o

o

.

Tener una noción clara y global de un proceso fermentativo apoyándose en los conocimientos adquiridos durante la licenciatura en Ingenieria Bioquimica Industrial. Conocer los parametros más importantes del proceso, el rango en el cual estas variables normalmente fluctúan y la manera en la cual se logra mantener el control de los mismos. Conocer la manera en que se generan, captura e interpretan los datos estadísticos del proceso fermentativo.

Conocer la importancia del proceso de esterilización en la fermentación as¡ como la manera en que este proceso se realiza en planta.

Resultados:

La produccibn de aminoácidos de manera biotecnológica (empleo de microorganismos sobreproductores del metabolito de interés) se logra primordialmente: a) realizando un monitoreo constante de parámetros tales como temperatura, nutrientes, pH, concentración de

02;

b) minimizando el riesgo de que algún microorganismo diferente al de interés

contamine el proceso (ejemplo, empleando vapor para mantener estériles tuberias que estén en contacto directo con el proceso); c) utilizando tecnologia que permita el control de la fermentación como pueden ser válvulas, filtros, electrodos, medidores de flujo; y d) analizando la información obtenida a io largo de todo el proceso (condiciones iniciales, desarrollo de la fermentación, rendimientos) con la finalidad de establecer las condiciones que permitan la mayor productividad.

Conclusiones:

Sc obtuvo un panorama claro y global de la producción de aminoácidos a nivel industrial

Opürniración en el control de un proceso ferrnentativo.

Introducción.

La producción de aminoacidos en México se realiza mediante un proceso fermentativo en la empresa Fermentaciones Mexicanas S A de C.V con el apoyo de

desde el arlo de 1977 y tiene como objetivo la producción de L-lisina. treonina y triptofano. El término fermentación se refiere a la utilización de células y microorganismos para la generación de un producto útil e involucra normalmente el uso de reactores de ambiente controlado ó bioreactores de manera que se optimice el crecimiento de los

microorganismos logrando así un mayor rendimiento y productividad"'. En los procesos industriales los microorganismos actúan como factores químicos liberando una gran cantidad de un producto único que posteriormente se aisla y purifica.

El suministro de cantidades suficientes de aminoácidos es un problema importante en la nutrición adecuada de un animal o microorganismo, problema que

se

ve incrementado debido a que la proteína de la dieta varía notablemente en _su contenido relativo de aminoácidos; aunado a esta problemática se presenta el hecho de que las proteínas varían

en

su nivel de digestabilidad factor que dehe contemplarse al determinar su valor como suministradores de aminoácidos esenciales(*).

La producción de aminoácidos, mediante este proceso, se basa

en

el empleo de cepas sobreproductoras del metabolito de interés; es por tanto importante no olvidar que si proporciona un ambiente favorable para el microorganismo en el cual cuente con todo los nutrientes necesarios, adecuada temperatura, pH Óptimo y no tenga que competir con otros microorganismos por tales condiciones, el crecimiento microbiano y posterior producción del aminoácido de interes será el deseado. El proceso fermentativo a nivel industrial requiere de un monitoreo y supervisión constante lo cual se logra en gran parte con implementación de tecnología pero además, es importante realizar un correcto análisis e interpretación de resultados obtenidos a lo largo del proceso fermentativo para así tomar decisiones acertadas que permitan el éxito del mismo. Ver anexo.

La experiencia obtenida de la realización de servicio social en la empresa Fermentaciones Mexicanas S.A de C.V radicó principalmente en el conocimiento del proceso fermentativo de producción de L-lisina logrando obtener un panorama general de los principales parámetros a considerar en un proceso de esta naturaleza.

Objetivos generales y específicos.

capital japonés de las compañías. Kiowa Hakko y Sumitomo; esta empresa fue fundada ?!.

Objetivo general.

Tener una noción clara y global de un proceso fermentativo apoyándose en los conocimientos adquiridos durante la licenciatura en Ingeniería Bioquimica Industrial.

Objetivos particulares.

Conocer

los

parametros más importantes del proceso, el rango

en

el cual estas variables normalmente fluctúan y la manera en la cual se logra mantener el control de los mismos.

Conocer la manera en que se generan, captura e interpretan los datos estadisticos del proceso fermentativo.

Conocer la importancia del proceso de esterilización en la fermentación así como la manera

en

que este proceso se realiza

en

planta.

i

I

Metodología utilizada.

Para el correcto desempeño de actividades y alcance de los objetivos fue necesario:

a) Establecer un vinculo con el área de fermentación de manera que se logró comprender el tipo de proceso desempeñado y la manera de realizarlo. Se tubo contacto con el proceso tanto de manera teórica en la captura y análisis de datos propios de proceso como de manera práctica al conocer las principales series de movimientos que se realizan desde el inicio hasta el termino de la fermentación.

b) Conocer la función de los departamentos directamente relacionados con el área de fermentación como son preparación de medios, laboratorio de microbiologia y laboratorio de control de calidad y poder apreciar el tipo de

'

información que cada área puede brindar.

c) Visitar las áreas productivas de la planta que incluye laboratorios de control de calidad, laboratorio de microbiologia. área de preparación de medios, fermentación, extracción L-lisina, extracción treonina y servicios.

Actividades realizadas.

1) Captura, con apoyo del programa Excel, de datos referentes a los componentes y

las cantidades con los cuales se preparan los medios de cultivo para el proceso de producción de L-lisina y treonina. Aunque estos datos se generan en el área de preparación de medios,

el

contar con ellos en el departamento de fermentación permite relacionar medios de cultivo alimentados vs producción del aminoácido obtenido, esto se debe, en gran parte, al hecho de que en la planta continuamente

se planean ligeras modificaciones a los medios de cultivo.

2) Captura en una hoja formulada de Excel de datos generados en las etapas de 1' semilla, 2 semilla y fermentador tanto de L-lisina y treonina referentes a las condiciones bajo las cuales se desarrolló la fermentación (pH. temperatura, azucares, contaminación) y el tanque en el cual se realizó. En primera instancia, la captura de estos datos permite tener un historial del desarrollo de cada lote generado en planta, de manera adicional se obtienen promedios (semanales) para cada parámetro y etapa y asi se puede conocer las condiciones prevalecientes, aquellas que permiten un mejor desarrollo del proceso asi~ como detectar tanques en los cuaies la^ fermentación presenta continuos problemas, por ejemplo, de contaminación. Ver anexo.

3)

Captura en Excel de datos referentes a las caracteristicas de los caldos

fermentados procedentes del laboratorio de microbiologia que indican, en caso de existir. el tipo de microorganismo contaminante y edad (hora) de la fermentación en la que esta se detecta. De laboratorio de control de calidad se obtenian datos de concentración de azucares y del aminoácido de interés. De gran importancia son los datos de contaminación ya que es caso de que esta se presente habrá una competencia por nutrientes y en algunos casos consumo del aminoácido por io que es necesario determinar el momento en el que se debe parar la fermentación. Ver anexo.

4) Actualización de datos referentes al consumo de soluciones quimicas empleadas en los procesos de limpieza previa a la esterilización de los tanques (soluciones de HNOJ y NaOH), así como de las cantidades de antiespurnante empleado en cada fenentador. Esta recopilación de datos tiene como objetivo el contar con un estimado del consumo que se hace de estas sustancias en planta.

Y

~~

+

c

c

Enjuagar minuciosamente

el

tanque con agua a presión para retirar todo ‘residuo.

Drenar el tanque y posteriormente verifcar que no exiten fugas al interior del tanque.

En caso de existir a l g h tipo de residuo que no se halla podido eliminar con agua,

se

realiza un lavado quimico para lo cual

se

llena aproximadamente~el 20% del tanque con una solución al 3% P N de ácido nitrico. Se cierra

el

tanque

y mantiene a 80°C por 6 horas.

Una vez terminada esta etapa, descargar el tanque y proceder a la esteriiización del mismo.

Cerrar el tanque, verificar que los drenos del tanque esten cerrados y que todas las valvulas de alimentacion esten abiertas.

Llenar un 30% del tanque con agua caliente y subir la temperatura hasta alcanzar los 125°C manteniendola asi por unas 4 Ó 5 horas.

Proceder al enfriamiento del mismo para lo cual se inyecta poco a poco aire esteril. Cuando el agua esta más fria (90-100°C)

se

drena del tanque. A la par

se regulan los drenos.

Una vez que

se

cumplio este proceso se puede proceder a la carga del medio de cultivo.

c

c

c

c

c

.

Proceso - d e esterilización de medios ~ de ~ [Verificar que la presión del &que

sea

de O Kg/cdy proceder a abrir

el

tanque.1

cultivo.

1

Esterilizar adicionando vapor

I

La esterilización de el medio de cultivo destinado para cosecha continua suele realizarse en tubos de retención en

los

cuales pasa

el

medio de cultivo

Proceso de inoculación y transferencias de medios de cultivo.

a tanque semilla se le somete

Condiciones de pH, temperatura, nutrientes,

O2

y presión bajo las cuales se realiza en proceso fermentativo así como la forma en la cual se logra su contrbi. Ver anexo.

Una vez que

se

determinó que la fermentación no puede continuar por más tiempo (generalmente por contaminación ó agotamiento de nutrientes) se procede a enviar el caldo fermentado

( C F )

al área de extracción para lo cual

se

coordina con esta área el movimiento.

Se presiona ligeramente el tanque y se pone en funcionamiento una bomba que envía el C.F a extracción.

Cuando se finalizo de enviar el C.F se para la bomba y se aplica presión para desplazar el resto del C.F contenido en la tuberia.

+

4

~~~ ~

Se procede a lavar el fermentador para su posterior esterilización.

Toma de muestras en todos los niveles fermentativos (tanque semilla y

fermentador) para su análisis en el laboratorio de microbiologia y de control de control de calidad.

Solicitar al laboratorio de microbiologia el frasco para la toma de muestra previamente esterilizado. Rotularlo.

Cerrar la válvula del vapor que mantiene esterilizada

$.

la toma de muestra.

L

1

Abrir la valvula de condensados para que permitir que estos salgan. Abrir la válvula que conecta directamente con el fermentador y estar al

pendiente de cuando salga

el

caldo fermentado.

4

. ~~~ ~

Dejar tirar un poco del C.F.(500 mi) y despues tomar la muestra para lo cual se debe abrir rapidamente el frasco esteril, llenarlo y cerrarlo inmediatamente. El movimiento debe ser rápido para evitar contaminación. . .

+

Cerrar'la válvula que conecta con

el

fermentador. abrir la del vapor y regular la de los condensados.

7) Visitas a los siguientes departamentos de la planta: Laboratorio de control de calidad.

Laboratorio de microbiologia.

Area de preparación de medios de cultivo. Area de extracción L-lisina.

Objetivos y metas alcanzadas.

Los objetivos anteriormente expuestos fueron alcanzados de manera satisfactoria ya que al final del servicio social se pudo contar con una concepción global de un proceso fermentativo a nivel industrial as¡ como de la manera en la que se logra su control, tarnbibn fue posible conocer las' principales áreas de produccion que conforman la empresa.

Pudo valerse de los conocimientos adquiridos durante la licenciatura para un pronto y mejor desenvolvimiento en la empresa.

Resultados y conclusiones.

El tener contacto con la industria permitió conocer un proceso de carácter biotecnológico. definir los parámetros más importantes que deben monitorearse cuando se desarrolla un proceso fermentativo. tener contacto con tecnologia que permite el control de tal proceso, conocer la manera en que puede realizarse el registro de datos generados en cada etapa de fermentación y métodos del procesamiento de tal información para identificar de manera oportuna condiciones que permitan un mejoramiento del proceso. De manera adicional ser participe de la dinámica de un ambiente de trabajo.

Se pudo obtener un panorama global y claro de la producción de aminoácidos por medio de un proceso fermentativo y la manera en la cual se le da seguimiento a tal proceso.

Criterios de evaluación.

El brindado por los asesores que fueron:

-3 Actitud. 5. Toma de decisión.

+:* Aptitud. f. Disciplina.

5. Disponibilidad. e:+ Desempeño.

f. Razonamiento lógico.

+

Organización.

5. Relaciones humanas.

+

Evaluación de objetivos

+

Adaptabilidad. f. Lealtad.

.:.

Iniciativa.

El personal al evaluar la experiencia obtenida.

Bibliografia. .~

(1) httv://www.itas.to.ac.sa/biotech/ferment.htm. Fermentation Technology.

(2) West J.W. Purdue University. 1951

(3) Kirk-Othmer. Encyclopedia of Chemical Technology. Edit. Wiley-Interscience.

(4) Baley 3" ed. Vol 2.

E.

James et. ai. Biochemical Engineering Fundamentals. Edit. Mac Graw-Hill International. 2" ed. 1986.

(5) Scrimshaw S. Nervin et. a/. Amino Acid Fortification of Protein Foods. Edit. The MIT Press Cambridge Massachusetts. 1969.

Fermentation.

ANEXO

Resumen.

La producción de aminoácidos empleando microorganismos sobreproductores

muy buenos rendimientos además de emplear como principal materia prima subproductos de industrias tales como la azucarera (fuente de melazas), sin embargo un proceso de esta naturaleza enfrenta como principal limitante la contaminación por microorganismos indeseados. Actualmente en México

se

produce L-lisina. L-treonina y triptofano mediante un proceso fermentativo y aunque los aminoácidos son destinados para

el

enriquecimiento de alimento de animales monogastricos, con un mayor refinamiento el producto podria ser empleado para consumo humano.

El presente trabajo esta enfocado a brindar un' panorama general de los principales parametros a considerar en un proceso fermentativo de producción de L-lisina.

Metodologia.

Desde 1956

los

métodos de producción de aminoácidos han cambiado notablemente siendo uno de los más importantes

el

realizado por Kinoshita y col. quienes utilizaron por primera vez a Corynebacterium glutamicum para producir ácido L- glutamico y L-Li~ina'~'; la k i n a ha sido producida por fermentación principalmente por Corea y Japón desde 1980 y para ello se ha empleado C. glutamicum y Brevibacteriurn flavum'"', al primero de ellos

se

le

han hecho modificaciones genéticas (mutaciones) con

el

fin de obtener cepas superproductoras.

Respecto a los requerimientos nutrkionales de este microorganismo se sabe que requiere de melazas, hidrolizado de soya, ciclohexanol, anhidrido de amonio. nutrientes y otros q ~ i m i c o s ~ ~ ~ , además se ha podido comprobar que un medio rico en biotina tal como melazas de caria puede ser fácilmente empleado como una buena fuente de carbono.

El proceso fermentativo de producción de k i n a contempla una serie de etapas cuyo control y buen manejo permite lograr una producción satisfactoria del aminoacido de interés.

El proceso inicia en

el

laboratorio donde las condiciones asepticas son básicas para que

el

cultivo se mantenga puro, aquí se realiza la proliferación del microorganismo la Cual genera una suspención que constituye del 1 al 20% del volumen del fermentador; esto involucra una serie de pasos para lograr el escalamiento.~El punto inicial es una cepa la cual debe mantenerse cuidadosamente, la estrategia usual para lograr una máxima estabilidad genética es minimizar la actividad metabólica durante el almacenamiento de la cepa por lo que los microorganismos generalmente son mantenidos liofilizando una suspensión liquida de células o a través de suspensiones secas de esporas o cél~las'~). El siguiente paso

es

la suspensión de las células en un líquido estéril, una gota de esta suspensión es transferida a un tubo con agar y medio nutritivo estéril. Después de la incubación para obtener suficiente crecimiento las células son nuevamente suspendidas en un matraz con un medio nutritivo liquido estéril, posteriormente el contenido del matraz será transferido a un primer fermentador (tanque semilla) el cual deberá contar con una adecuada agitación y aireación para promover el adecuado transporte de gases y nutrientes a y desde el microorganismo, análogo a esta última etapa son realizados pasos sucesivos con

el

fin de incrementar el volumen de proceso fermentativo, un esquema que ilustra lo anterior se puede apreciar en la Figl(3'. Adicionalmente cada fermentador tiene instrumentación y sistemas de control que permiten controlar o

modificar las condiciones del reactor con la finalidad de maximizar el crecimiento del cultivo o la producción del metabolito de interés, entre tales aditamentos pueden considerarse válvulas, electrodos, medidores de flujo, intercambiadores de calor, etc;

además los fermentadores son construidos de acero inoxidable para evitar problemas de corrosión y contaminación debido a iones metálicos no deseados.

Una vez que el proceko de fermentación ha iniciado ha de tenerse especial cuidado en el control de los siguientes parámetros: pH, temperatura, presión, aireación, azúcares y contaminación. Su control se realiza con base en un ma,%uai debidamente documentado de tiempos y movimientos del cual el personal que labora ha de tener conocimiento, as¡ las acciones rutinarias del proceso pueden ser fácilmente solucionadas por los operadores con apoyo, de ser necesario, de los supervisores. En tos casos en los cuales se trate de situaciones no comunes, la decisión la han de tomar en conjunto supervisores y jefes de área.

El valor de pH varía dependiendo de la etapa del proceso ferrnentativo en el que se encuentre (de 6.0 a

&O),

pero por lo general su valor se mantiene en la neutralidad. El control de este parámetro suele realizarse con el empleo de soluciones amoniacales y su medición se realiza con la ayuda de electrodos.

La temperatura en el proceso fermentativo debe mantenerse alrededor de los 25 a

34°C

y su regulación se realiza por'medb de chaquetas o serpentines implementados en el reactor o por la inyección de vapor estéril. El monitoreo de la temperatura es mediante el uso de termopar.

Puesto que el microorganismo requiere una adecuada aireación para mantenerse en actividad, hay variaciones en la temperatura a través de todo el periodo fermentativo y debido a los procesos de esterilización y enfriamiento, el control de la presión toma importancia; además, en muchas ocasiones las transferencias de los medios de cultivo se logra mediante el presionamiento del tanque origen y la creación de vacio en el tanque destino. El principal aditamento que existe en los tanques para controlar la presión son las válvulas de seguridad que evitan el riesgo de un sobrepresionamiento del tanque lo que puede provocar el rompimiento de tuberías y válvulas; el rango de presión que normalmente se observan en el proceso varia de O a 2.0 Kg/cm2.

Cuando se trabaja con un microorganismo aerobio, como es el caso, es necesario alimentar un flujo de aire estéril lo cual se logra esterilizándolo con la ayuda de filtros como pueden ser los filtros Pall.

La cantidad de azucares alimentados es determinado considerando los siguientes puntos: a)pureza de los azucares; b)edad

del

cultivo; c)naturaleza de los azucares (monosacaridos, disacaridos o polisacaridos); d)rendimientos; con base en estos factores

~~ se crea un perfil de alimentación que permita el mayor rendimiento posible. Una vez que se ha definido el ritmo de alimentacion debe monitorearse el consÚmo real de azucares y verificar que no exista acumulación de los mismos, para ello suelen realizarse de manera periódica paros de la alimentación (slop) y los resultados pueden interpretarse de la siguiente manera: si se corta la alimentación y el pH permanece constante quiere decir que no hay un consumo apreciable de azucares (el consumo de azucares produce disminución en el pH); sin embargo si el pH se incrementa (puesto que hay consumo de

los azucares presentes y alimentación de solución amoniacal para restablecimiento de pH) significa que hay consumo de azucares; también puede presentarse la posibilidad de 'que se tarde algunos minutos en notarse el incremento del pH. lo cual significa que si hay consumo de azucares pero que este es lento as¡ que la opción más razonable será disminuir el flujo de alimentación. Puesto que el contar con azucares disponibles para el metabolismo microbiano es de gran importancia (se logran mayores rendimientos y el microorganismo no tiene que invertir energia en sintetizar enzimas), en ocasiones se realiza hidrólisis de los azucares que van a estar presentes en el medio de cultivo para asegurar que estos se presenten como monómeros y por lo tanto incrementar el aprovechamiento de los mismos.

'..

Cabe mencionar que ha nivel industrial las mediciones de estos parámetros se realiza de dos maneras: 1) mediante el muestre0 periódico (cada 4 horas aproximadamente) e 2) implementando equipo que brinda un registro permanente del

instala el equipo que medirá el parámetro de interés, un electrodo por ejemplo, y el equipo convertirá la señal eléctrica en una imagen gráfica.

Retomando

los

parámetros anteriormente expuestos, cuando la fermentación sale fuera de control el resultado inmediato es la inhibición del crecimiento microbiano o disminución en la producción del aminoácido.

Un factor importante a controlar en un proceso de esta naturaleza es la

contaminación la cual puede originarse a partir de un incorrecto manejo de válvulas, deficiente asepsia de tanques y/o tuberías o por el empleo de materia prima no estéril. Puesto que la contarninación de un lote a nivel industrial provoca la perdida de grandes capitales resulta importante un buen control y monitoreo del proceso ferrnentativo a este respecto; entre algunas de las medidas que se emplean a nivel industrial están: toma de muestras de caldo fermentado de manera periodica, revision de las condiciones en las que se encuentran tanques, tuberias y válvulas y una correcta serie de movimientos al realizar procesos de transferencia e inoculación (Fig. 2).

comportamiento de la fermentación mediante una representación gráfica, para ello se .1

c

i

i

Vapor

8 ‘

Y

Trampa

8”

P

Trampa

Fig2. Configuración de válvulas y tuberla involucradas en la inoculación aséptica

de un fenentador a gran escala. Secuencia de operaciones: (1) cdocarse en la secuón de tuberia AB; (2) esterilizar la conexión con vapor de 15 Ib/in2 por 20 min con válvulas

D

a J abiertas; la válvula C permanece cerrada; los condensados son colectados en las trampas de vapor de la rama H e I: (3) fenentador templado con

aire estéril bajo presión con válvulas _C. G. H, I , J cerradas y válvulas

D.

E,

F

abiertas: medio estéril inunda la conexión: (4) incremento de la presión en el tanque semilla a 10 Ib/in2; (5) transferir el inoculo abriendo la vAlvula C; (6) colocar sello de

vapor en la conexión tanque semilla

-

fermentador cerrando C y

F

y abriendo G y J;

Una vez que

se

ha determinado que un lote se encuentra contaminado,

es

necesario evaluar las condiciones en las que

se

encuentra el proceso y tomar decisiones así, por ejemplo,

si

un tanque semilla esta contaminado con seguridad será desechado ya que no representa una gran perdida económica y su empleo en la siguiente etapa (fermentador) seria totalmente errónea; por otra parte Si la contaminación se presenta en el fermentador

es

necesario hacer un seguimiento mas constante del proceso de manera que

se

continue la fermentación mientras que la concentración del aminoácido producido sea aceptable (80-100 glL como mínimo). Los contaminantes más comunes son bacilos esporulados y cocos.

Es

importante hacer notar que en un proceso fermentativo se debe ser prudente al momento de determinar si

se

requiere o no un movimiento que conlleve la entrada o

salida de materia al reactor ya que cada uno de ello representa un riesgo de contaminaclón.

Una opción para combatir la contaminación podria ser es

el,

empleo de un antibiótico, sin embargo esta posibilidad aún se encuentra en investigación ya que enfrenta problemáticas como selectividad del confaminante, producción a larga plazo de cepas resistentes, costos, etc.

De manera adicional todo el sistema debe estar' arreglado para permitir la esterilización independiente de sus componentes, esto quiere decir que todas las válvulas en el sistema deben de ser mantenidas limpias y estériles y especificamente todas las conexiones al fermentador deben estar inundadas de vapor,

el

mantenimiento de una presión positiva al sistema asegura que las fugas (salidas) sean más rápidas que las entradas y de esta manera reducir

el

riesgo de contaminación. Para mantener la condición de esterilidad

es

necesario seguir una correcta metodología al realizar procesos de transferencia ya que si se realizar un correcto movimiento se logra minimizar

el

riesgo de contaminación; un ejemplo de tal secuencia de eventos puede apreciarse en la figura 2'4).

Típicamente

solo

el 70 a 80 % del volumen del reactor

es

llenado con medio de cultivo, la porción superior del tanque es ocupada por gas. La acción combinada de aireación y agitación del liquido promueve la presencia de otro factor a considerar: la formación de espuma en la superficie del liquido, especialmente si el medio contiene altas cantidades de peptidos. La espuma limita la transferencia de masa y gas desde

el

caldo hasta el espacio superior forrando a la espuma fuera del bioreactor y contaminando

el

. ,

sistema cuando la .espuma sale del reactor y posteriormente retorna 81 mismo. Para espumas persistentes, son adicionados .agentes químicos llamados antiespumantes los

cuales desestabilizan la espuma y reducen la tensión superficial.

El proceso en la etapa de fermentador puede realizarse mediante cultivo en lotes o

en continuo, la diferencia radica en que al primero se le suministra desde el inicio el medio de cultivo que

el

microorganismo ha de consumir y

el

criterio para descarga del mismo (termino de la fermentación) es la disminución en la concentración de los azucares

o

por contaminación en una edad temprana. De tratarse de un proceso continuo es importante monitorear la adición y consumo de azucares, pH, concentración del aminoácido y contaminación a fin de determinar el momento en que es necesario finalizar la fermentación, en caso de que

el

fermentador no presente contaminación el criterio para descargarlo será la disminución en la producción de aminoácido, de ser as¡ esta etapa puede durar hasta

200-280

horas.

Resultados.

Con

el

apoyo de tecnologia es posible obtener mediciones rápidas y confiables que permitan el seguimiento del proceso fermentativo, tales mediciones pueden ser lecturas generadas a partir de una muestra tomada periódicamente para determinar pH. concentración de azúcar o de aminoácido. El registro del comportamiento del proceso femedativo también puede ser gráfico y aplicable a aquellos parámetros que resulta necesario su control permanente como por ejemplo flujos de alimentación de aire o medio de cultivo, presión, pH. temperatura, etc; este tipo de registro resulta útil sobre todo en la etapa final del proceso (nivel fermentador) puesto que se trata de grandes volúmenes de medio de cultivo y periodos largos de tiempo (sobre todo en los procesos continuos).

Cuando en el proceso fermentativo se mantiene un monitoreo constante del mismo y se tiene cuidado en toda la serie de movimientos que se realizan, se logra disminuir en gran medida el riesgo de contaminación, la importancia de tal disminución de riesgo radica principalmente en que los contaminantes además de competir por los nutrientes presentes en el medio en ocasiones también consumen el producto de interés es decir el aminoácido provocando de esta. manera una gran perdida económica.

Discusión.

El monitoreo periódico y la adecuada supervisión de un proceso fermentativo son de gran importancia para el control del mismo pero a la par es necesario realizar una correcta interpretación de todos los datos obtenidos a lo largo de la fermentación ya que solo así tales registros cobraran importancia,

En un proceso fermentativo en el cual se emplea un microorganismo para la generación de un producto, es importante ser cuidadosos y prudentes en las series de movimientos a realizar ya que cada uno de ellos implica un riesgo de contaminación por algún microorganismo extraño que compite con el de interés por los nutrientes y aunque algunos de ellos no causan un dano inmediato o dramatic0 en el proceso ya sea porque su ritmo de crecimiento es lento o por presentarse en una edad avanzada del proceso, existen contaminaciones que una vez que se detectan es necesario tomar medidas rápidas para evitar mayores perdidas económicas ya que además de agotar nutrientes consumen el aminoácido presente en el medio.

Conclusión.

Si el microorganismo tiene a su disposición todo los nutrientes que

requiere',^

las condiciones necesarias para su desarrollo y no tiene que competir con otros microorganismos por los mismos el rendimiento, reflejado directamente en la producción del aminoácido de interés, se vera favorecido.

El monitoreo constante, una correcta interpretación de resultados y una acertada toma de decisiones resulta básico para llevar a buen término un proceso de esta naturaleza.

Bibliografia

(1)

p

Fermentation Technology

.

(2) West J.W. Purdue University. 1951.

(3) Kirk-Othmer. Encyclopedia of Chemical Technology. Edit. Wiley-Interscience. (4) Baley E. James et. a/. Biochemical Engineering Fundamentals. Edit. Mac (5) Scrimshaw

S.

Nervin et. a/. Amino Acid Fortification of Protein Foods. Edit. The

3" ed. Vol 2.

Graw-Hill International.

2"

ed. 1986.