Cultivos Microbianos
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 31

Cultivos Microbianos PowerPoint PPT Presentation


  • 124 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Cultivos Microbianos. Dr. Claudio Voget Curso CABBIO, Noviembre 2005. Relaciones entre nutrición, metabolismo y crecimiento. h h h h h h h h h h h h. h h h h h h h h h h h h. h h h h h.

Download Presentation

Cultivos Microbianos

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Cultivos microbianos

Cultivos Microbianos

Dr. Claudio Voget

Curso CABBIO, Noviembre 2005


Relaciones entre nutrici n metabolismo y crecimiento

Relaciones entre nutrición, metabolismo y crecimiento

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

h

Excepto algunos átomos de C de los nucleótidos, la asimilación del C deriva de 8 intermediarios: glucosa-6-P, triosa-P, 3-fosfoglicerato, fosfoenolpiruvato, piruvato, acetil-CoA, oxalacetato, -cetoglutarato.


Conceptos b sicos de cin tica microbiana

P

qp

qO2

O2

µ

S

qS

qCO2

CO2

Conceptos básicos de cinética microbiana

qivelocidad específica de consumo de sustrato o formación de producto

(qimmol/ g biomasa x h )

rivelocidad volumétrica de consumo de sustrato o formación de producto

ri( mmol/ litro x h )

ri= qi *X

X concentración de biomasa

V

estado fisiológico de la célula (flujos metabólicos)

rO2= qO2 * X

Los rendimientos pueden expresarse como cociente de velocidades !


Rendimientos verdaderos y mantenimiento

rx

rsx

rp

rsp

rsm

rx , rp

rs ,rO2

Rendimientos verdaderos y mantenimiento

rs

S

d1 CH2O + α1 NH3 + β1 O2  g1 biomasa + δ1CO2 + w1H2O + Δh1

d2 CH2O + α2 NH3 + β2 O2  s2 producto + δ2 CO2 + w2H2O + Δh2

d3 CH2O + β3 O2  mantenimiento + δ3 CO2 + w3 H2O + Δh3

Rendimientos verdaderos

rN

NH3

rO2

O2

(d1+d2+d3) = d , (α1+ α2) =α , (β1+ β2+ β3) = β , (δ1+ δ2+ δ3) = δ, Si d=1 α=a, β=b, δ= yco2/s

CH2O + a NH3 + b O2yx/s biomasa +yp/s producto + yco2/sCO2 + w H20 + Δh

Rendimientos experimentales


Ecuaci n lineal de consumo de sustrato elcs

Ecuación lineal de consumo de sustrato (ELCS)

rp = 0

ms = 0.05 g glucosa / g biomasa x h

µ (h-1)yx/s / y´x/s

0.050,645

0.10,78

0.30,92


Factores que afectan la velocidad de crecimiento

Factores que afectan la velocidad de crecimiento (µ)

  • Temperatura

  • pH

  • øH2O

  • Composición del medio

Ecuación de Monod µ = f(S)

qs

qi

µ

Sint

Sext

E

membrana celular

S (g/l)

cultivo

restricto

cultivo

irrestricto µ≠ f(S)

Ks = ug a mg/l


Efecto de y el sustrato limitante en la fisiolog a microbiana

Efecto de µ y el sustrato limitante en la fisiología microbiana

Crecimiento de Saccharomyces cereviseae

El metabolismo de S cereviseae es netamente oxidativo hasta una µ de 0.2-0.25 h-1. Por encima de este valor se induce la fermentación alcohólica dando lugar a un metabolismo mixto oxidativo-fermentativo. El rendimiento celular disminuye. La producción aeróbica de etanol en S. cereviseae se denomina Efecto Crabtree

µ < µcrit

µ > µcrit


Efecto de y el sustrato limitante en la fisiolog a microbiana1

Efecto de µ y el sustrato limitante en la fisiología microbiana

Parámetros de crecimiento y actividad β-galactosidasa

Cepa: K. Lactis NRRL 1118, 30 ºC, pH 4.7, Medio definido


Sistemas de cultivo

Sistemas de cultivo

Los procesos fermentativos pueden dividirse básicamente en 2 grandes grupos

  • Fermentaciones líquidas sumergidas (FLS)

    Contenido de agua del medio 90-95 %

  • Fermentaciones en sustrato sólido (FSS)

    El medio son partículas húmedas con ausencia o casi ausencia de agua libre


Reactores empleados en fermentaciones l quidas sumergidas

Reactores empleados en fermentaciones líquidas sumergidas


Fermentaci n en sustrato s lido

Fermentación en sustrato sólido

  • Hay dos formas básicas de cultivos sólidos

  • Cultivos en sustratos naturales (granos, residuos agroindustriales)

  • Cultivos con soportes inertes impregnados con medio nutritivo (inertes: perlita, hemp, bagazo, poliuretano)

Comparación a nivel de microescala entre FLS y FSS


Tipos de reactores empleados en fermentaciones en sustrato s lido

Tipos de reactores empleados en fermentaciones en sustrato sólido


Comparaci n entre fss y fermentaci n l quida sumergida

Comparación entre FSS y fermentación líquida sumergida


Operaci n de reactores

Y, Fgs

Co, Fo,

VL

C

VG

Y

C, FS

Yo, Fgo

Operación de reactores

Ecuaciones de

balance

interfase G-L

Fase líquida

Fase gaseosa


Cultivo batch

Fase exponencial

Cultivo Batch

  • Es el cultivo mas simple

  • Volumen constante

  • Cerrado para fase líquida Fo = Fs = 0

  • Composición inicial del medio determina el curso del cultivo

inóculo


Cultivo batch1

Cultivo Batch

ó

Balance para biomasa

estacionaria

desaceleración

m (pendiente) =µmax

exponencial

Lag


Velocidades de crecimiento de microorganismos y c lulas

Velocidades de crecimiento de microorganismos y células


Fase de desaceleraci n y estacionaria

Fase de desaceleración y estacionaria

  • Puede deberse a inhibición por producto, agotamiento de nutrientes, limitación por oxígeno

  • En medios complejos la fase de desaceleración es mas extendida en comparación con medios definidos.

  • La característica de la biomasa al final del batch puede ser controlada con la composición inicial del medio (el cultivo puede limitarse en C, N, P, etc)

  • En la fase estacionaria, los microorganismos suelen adaptarse a la falta de nutrientes (condición de starvation): supervivencia prolongada, incremento en la resistencia a condiciones de stress (salino, térmico, oxidativo, osmótico), etc. Hay expresión diferencial de genes al entrar al estado estacionario

  • Algunas células pierden la capacidad de reproducirse, pero se mantienen viables (viables no cultivables)


Desventajas del cultivo batch

Desventajas del cultivo batch

  • Dificultad de controlar el µ, excepto variando la composición del medio o las condiciones de proceso

  • Altas concentraciones de nutrientes pueden inhibir el crecimiento debido al aumento de la presión osmótica del medio o toxicidad de nutrientes

  • Alta demanda de oxígeno puede generar una limitación debido a una insuficiente capacidad del reactor para transferir O2 al medio

  • Inconvenientes para remover calor

  • Tiempos muertos entre procesos disminuye la productividad. Pie de cuba


Cultivo continuo

Cio

rebalse

Ci

medio

fresco

Fo

bomba

reservorio

BIOREACTOR

Cultivo continuo

El tipo básico es el quimiostato, que consiste en una suspensión celular perfectamente mezclada a la cual se adiciona medio fresco a una velocidad constante y se retira cultivo a igual velocidad, de este modo el VL es cte. La composición del medio que se alimenta se diseña según que sustrato es el limitante

Fo, Ci


Cultivo continuo1

Cultivo continuo

X

transitorio

estacionario

s

inicio alimentación


Cultivo continuo2

en e.e

Cultivo continuo


Cultivo continuo3

Cultivo continuo

Balance de biomasa

Balance de sustrato

Balance de producto


Cultivo continuo4

Cultivo continuo

Balance de sustrato con mantenimiento (rp= 0)


Cultivo continuo5

Cultivo continuo

µmax = 1.0 h-1

Y´x/s= 0,5 gX /gS

ms = 0,05 gS/gX h

Ks = 5 mg/l

S0 = 2,0 g/l


Aplicaciones del cultivo continuo

Aplicaciones del cultivo continuo

  • Estudios fisiológicos. Se puede discriminar el efecto de la velocidad de crecimiento y de las condiciones de cultivo en la fisiología celular.

  • Varío la composición del medio y parámetros del cultivo a µ =cte

  • Varío µ manteniendo cte el resto de los parámetros

  • Muestreo estadístico en el estado estacionario

Inconvenientes del sistema continuo

  • Inestabilidad genética de la cepa, pérdida de plásmidos

  • Contaminación

  • Imposibilidad de establecer estado estacionario


Cultivo batch alimentado b a

Vf

Vo

C(t)

F(t)

V(t)

C(t)

bomba

reservorio

BIOREACTOR

Vr = Vf - Vo

Cultivo batch alimentado (B.A)

  • Es un cultivo que se alimenta con medio fresco. El volumen varía con el tiempo pues no se retira cultivo. Dos tipos de B.A

  • Controlado por alimentación: el cultivo sigue el curso que le dicta la alimentación

  • Con alimentación controlada: el estado del cultivo ( captado por sensores ) controla la alimentación


Cultivo b a

Cultivo B. A

Balance de biomasa

Balance de producto

Balance de sustrato


Cultivo b a1

Cultivo B. A


Cultivo b a2

Cultivo B. A


Cultivo b a3

Cultivo B. A

El objetivo del BA es básicamente controlar el µ

  • Limitar la demanda de O2 del cultivo

  • Obtener altas concentraciones de X evitando el efecto osmótico y tóxico de nutrientes

  • Incrementar el qp (metabolitos secundarios, proteínas recombinantes) para maximizar el Yp/s.

  • Maximizar el crecimiento celular (efecto Crabtree en levaduras)


  • Login