Hispanopedia WikiLa fermentación en estado sólido (FES) es un proceso de fabricación de biomoléculas utilizado en las industrias alimentaria, farmacéutica, cosmética, de combustibles y textil. Estas biomoléculas son principalmente metabolitos generados por microorganismos cultivados en un soporte sólido seleccionado para tal fin. Esta tecnología para el cultivo de microorganismos es una alternativa a la fermentación líquida o sumergida , utilizada predominantemente con fines industriales.
Procesos
Este proceso consiste en depositar un sustrato de cultivo sólido, como arroz o salvado de trigo, sobre placas planas después de inocularlo con microorganismos ; a continuación, el sustrato se deja en una sala con temperatura controlada durante varios días.
La fermentación en estado líquido se realiza en tanques que, a escala industrial, pueden alcanzar de 1001 a 2500 metros cuadrados (10 770 a 26 910 pies cuadrados ) . El cultivo líquido es ideal para el crecimiento de organismos unicelulares como bacterias o levaduras.
Para lograr la fermentación aeróbica líquida, es necesario suministrar oxígeno constantemente al microorganismo, lo cual generalmente se consigue agitando el medio de fermentación. Para controlar con precisión la síntesis de los metabolitos deseados, se requiere regular la temperatura, el oxígeno soluble, la fuerza iónica , el pH y controlar los nutrientes.
Aplicar esta técnica de cultivo a hongos filamentosos presenta dificultades. El hongo se desarrolla en su forma vegetativa, generando hifas o filamentos ramificados multicelulares , mientras que un septo separa las células. Dado que este micelio se desarrolla en un medio líquido, genera una viscosidad considerable en el medio de cultivo, lo que reduce la solubilidad del oxígeno, y la agitación altera la red celular, aumentando la mortalidad celular.
En la naturaleza, los hongos filamentosos crecen en el suelo, descomponiendo compuestos vegetales en condiciones de ventilación natural. Por lo tanto, la fermentación en estado sólido permite el desarrollo óptimo de los hongos filamentosos, facilitando que el micelio se extienda sobre la superficie de los compuestos sólidos, entre los cuales puede circular el aire.
La fermentación en estado sólido utiliza sustratos de cultivo con bajos niveles de agua ( actividad de agua reducida ), lo cual es particularmente apropiado para el moho. Los métodos utilizados para cultivar hongos filamentosos mediante fermentación en estado sólido permiten la mejor reproducción de su entorno natural. El medio está saturado de agua, pero poca de ella fluye libremente. El medio sólido comprende tanto el sustrato como el soporte sólido sobre el cual tiene lugar la fermentación. El sustrato utilizado generalmente se compone de subproductos vegetales como pulpa de remolacha o salvado de trigo. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
Al inicio del proceso de crecimiento, los sustratos y los compuestos de cultivo sólido son compuestos insolubles formados por moléculas muy grandes y bioquímicamente complejas que el hongo fragmentará para obtener los nutrientes esenciales de carbono y nitrógeno. Para desarrollar su sustrato natural, el organismo fúngico despliega todo su potencial genético para producir los metabolitos necesarios para su crecimiento. La composición del medio de cultivo orienta el metabolismo del microorganismo hacia la producción de enzimas que liberan moléculas individuales biodisponibles, como azúcares o aminoácidos, mediante la fragmentación de macromoléculas. Por lo tanto, al seleccionar los componentes del medio de cultivo, es posible guiar a las células hacia la producción del o los metabolitos deseados, principalmente enzimas que transforman polímeros (celulosa, hemicelulosa, pectinas, proteínas) en unidades individuales de manera muy eficiente y rentable.
En comparación con los procesos de fermentación sumergida, la fermentación en estado sólido es más rentable: recipientes más pequeños, menor consumo de agua, menores costos de tratamiento de aguas residuales y menor consumo de energía (no es necesario calentar el agua, bajo aporte de energía mecánica debido a la agitación continua). [ 4 ] [ 5 ]
El cultivo en sustratos heterogéneos requiere experiencia para mantener condiciones de crecimiento óptimas. El control del flujo de aire es fundamental, ya que influye en la temperatura, el suministro de oxígeno y la humedad. Para mantener un contenido de humedad suficiente para el crecimiento de hongos filamentosos, se utiliza aire saturado de agua, lo que puede requerir la adición de agua. En la mayoría de los casos, la fermentación en estado sólido no requiere un ambiente completamente estéril, ya que la esterilización inicial del sustrato de fermentación, junto con la rápida colonización del mismo por el microorganismo fúngico, limita el desarrollo de la flora autóctona. [ 4 ]
Usos
Producción tradicional de alimentos
Tradicionalmente, la fermentación en estado sólido (FES) se ha utilizado en países asiáticos para producir koji a partir de arroz, empleado en la elaboración de bebidas alcohólicas como el sake , o koji a partir de semillas de soja, con el que se elaboran salsas como la salsa de soja y otros alimentos. En los países occidentales, la FES se emplea en el proceso tradicional de elaboración de muchos alimentos. Algunos ejemplos son los productos de panadería fermentados, como el pan, o la maduración del queso. La FES también se utiliza ampliamente para preparar materias primas como el chocolate y el café; por ejemplo, la fermentación del cacao y la eliminación de la cáscara del grano de café son procesos de FES que se llevan a cabo en condiciones tropicales naturales.
Producción de enzimas
Enzimas y complejos enzimáticos capaces de descomponer macromoléculas difíciles de transformar, como la celulosa, las hemicelulosas, la pectina y las proteínas. La fermentación en estado sólido es idónea para la producción de diversos complejos enzimáticos compuestos por múltiples enzimas. [ 2 ] [ 6 ] [ 4 ] Los compuestos enzimáticos generados por la fermentación en estado sólido encuentran aplicaciones en todos los sectores donde se requiere digestibilidad, solubilidad o viscosidad.
Por este motivo, las enzimas SSF se utilizan ampliamente en las siguientes industrias:
- transformación de frutas y verduras ( pectinasas )
- horneado ( hemicelulas )
- Alimentación animal (hemicelulasas y celulasas )
- bioetanol (celulasas y hemicelulasas)
- elaboración de cerveza y destilación (hemicelulasas)
Perspectiva
La fermentación líquida, sumergida y en estado sólido son técnicas ancestrales utilizadas para la conservación y la elaboración de alimentos. Durante la segunda mitad del siglo XX, la fermentación líquida se desarrolló a escala industrial para la fabricación de metabolitos vitales como los antibióticos.
Los cambios económicos y la creciente conciencia ambiental generan nuevas perspectivas para la fermentación en estado sólido. Esta técnica agrega valor a los subproductos agrícolas insolubles gracias a su mayor eficiencia energética y menor consumo de agua.
La renovación de la fermentación en estado sólido (FES) es ahora posible gracias a empresas de ingeniería, principalmente asiáticas, que han desarrollado una nueva generación de equipos. Fujiwara fabrica recipientes capaces de transformar superficies de sustrato de hasta 400 metros cuadrados (4300 pies cuadrados ) para la producción de salsa de soja o sake. Otras empresas utilizan la fermentación en estado sólido para la producción de complejos enzimáticos. En Francia, Lyven fabrica pectinasas y hemicelulasas a partir de pulpa de remolacha y salvado de trigo desde 1980. La empresa (ahora parte del Grupo Soufflet) participa en un programa global de I+D centrado en la tecnología de FES.
Véase también
Notas
Referencias
- Biesebeke, R.; Ruijter, G.; Rahardjo, YSP; Hoogschagen, MJ; Heerikhuisen, M.; Levin, A; van Driel, KGA; Schutyser, AMI; Dijksterhuis, J.; Zhu, Y.; Weber, FJ; de Vos, WM; van den Hondel, KAMJJ; Rinzema, A.; Punt, PJ (marzo de 2002). "Aspergillus oryzae en fermentaciones en estado sólido y sumergidas Informe de avance de un proyecto multidisciplinario" . Investigación de levaduras FEMS . 2 (2): 245– 248. doi : 10.1111/j.1567-1364.2002.tb00089.x . PMID 12702312 .
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- Singhania, RR; Patel, AK; Soccol, CR; Pandey, A. (abril de 2009). "Avances recientes en la fermentación en estado sólido". Biochemical Engineering Journal . 44 (1): 13– 18. doi : 10.1016/j.bej.2008.10.019 .
Enlaces externos
- "Edición" . Lyven.com . Consultado el 4 de noviembre de 2012 .
- «Fermentación en medio sólido | AGROSEN» . Agrogroup.unblog.fr. 28 de abril de 2007 . Consultado el 4 de noviembre de 2012 .
- "株式会社フジワラテクノアート – " " Fujiwara-jp.com . Consultado el 4 de noviembre de 2012 .
- «Grupo Soufflet» . Soufflet.com . Consultado el 4 de noviembre de 2012 .
- Fermentación