Cultivos Microbianos
Download
1 / 31

Cultivos Microbianos - PowerPoint PPT Presentation


  • 194 Views
  • Uploaded on

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.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Cultivos Microbianos' - janina


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

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

0.05 0,645

0.1 0,78

0.3 0,92


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



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




Operaci n de reactores

Y, F sólidogs

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 sólido

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 sólido

ó

Balance para biomasa

estacionaria

desaceleración

m (pendiente) =µmax

exponencial

Lag



Fase de desaceleraci n y estacionaria
Fase de desaceleración y estacionaria sólido

  • 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 sólido

  • 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 sólido

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 sólido

X

transitorio

estacionario

s

inicio alimentación


Cultivo continuo2

en e.e sólido

Cultivo continuo


Cultivo continuo3
Cultivo continuo sólido

Balance de biomasa

Balance de sustrato

Balance de producto


Cultivo continuo4
Cultivo continuo sólido

Balance de sustrato con mantenimiento (rp= 0)


Cultivo continuo5
Cultivo continuo sólido

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 sólido

  • 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 sólido

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 sólido

Balance de biomasa

Balance de producto

Balance de sustrato


Cultivo b a1
Cultivo B. A sólido


Cultivo b a2
Cultivo B. A sólido


Cultivo b a3
Cultivo B. A sólido

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)


ad