14 Terreni di coltura e loro componenti

Substrati per le fermentazioni industriali

Per ottenere un prodotto di interesse industriale, sintetizzato mediante il metabolismo dei microrganismi, come già ricordato molte volte, bisogna inoculare un ceppo microbico all'interno di un substrato che fornisca a quel ceppo microbico i nutrienti necessari per sopravvivere e portare, quindi, alla sintesi di quei prodotti che vengono utilizzati vantaggiosamente dall'uomo in vari ambiti. Alcuni microrganismi sono fotosintetici, cioè ottengono l'energia dalla luce, mentre altri, la maggior parte, la ottengono dal substrato nutritivo che è a loro disposizione.

Terreni di coltura

Il substrato più frequentemente utilizzato per la crescita dei microrganismi è il terreno di coltura. Il terreno colturale deve fornire al microrganismo tutte le sostanze nutritive necessarie alla crescita, alla produzione di energia e alla biosintesi dei metaboliti desiderati. Deve quindi contenere opportune fonti di carbonio e di azoto, nonché sali inorganici, vitamine o altri fattori di crescita ed eventuali precursori. Tutti questi componenti prendono il nome di nutriliti. La composizione di un terreno colturale, in funzione del microrganismo impiegato, può essere più o meno semplice o complessa.

In base alla costituzione chimica, quindi, i terreni possono essere distinti in:

• Terreni minimi (o anche detti terreni generici o terreni di base) che sono utilizzati per la crescita dei soli batteri autotrofi e sono composti solo da elementi essenziali, come fosforo, azoto, carbonio (anidride carbonica) e zolfo, i quali componenti sono presenti come sali inorganici e vengono utilizzati dai batteri autotrofi per sintetizzare autonomamente le sostanze nutritive di cui hanno bisogno.
• Terreni sintetici (o anche detti terreni definiti), ovvero terreni dei quali si conosce la formulazione chimica di ogni ingrediente.
• Terreni complessi ovvero terreni di cui è ignota l'esatta composizione chimica delle sostanze nutritive. I terreni complessi risultano di estrema utilità in quanto permettono di crescere contemporaneamente specie con esigenze nutrizionali molto diverse fra loro o specie le cui esigenze nutrizionali non sono ancora ben conosciute. Questi terreni solitamente contengono materie prime in forma grezza, quali farine di origine vegetale o animale, acqua di macerazione del mais, melasso ecc. Gli ingredienti in forma grezza possono richiedere pretrattamenti, per esempio l'idrolisi (come nel caso dell'amido, o anche nel caso della cellulosa ecc.), prima di essere impiegati per la preparazione del terreno. I terreni complessi presentano il vantaggio di essere più economici di quelli sintetici.

In base allo stato fisico, i terreni di coltura possono essere distinti in:

• Terreni di coltura liquidi (in cui i componenti sono sciolti in acqua e sterilizzati)
• Terreni di coltura solidi (che possono essere naturalmente solidi come, ad esempio, la patata che può essere utilizzata come terreno di coltura o possono essere resi solidi i terreni liquidi grazie all'aggiunta di agar agar all'1,5%). Nell'ambito dei terreni solidi, in realtà, si può fare una distinzione tra terreni solidi propriamente detti (cioè quelli che sono di per sé solidi) e terreni solidificabili (cioè, come detto, terreni solidi ottenuti per aggiunta di agar a terreni liquidi). I terreni solidi sono ormai in disuso; i terreni solidificabili sono per lo più utilizzati per la conta cellulare (ad esempio, per la conta delle unità formanti colonie).

In base alla funzione, i terreni possono essere distinti in:

• Terreni di arricchimento (o anche detti elettivi) che permettono la crescita cellulare di un determinato ceppo microbico.
• Terreni selettivi, che contengono sostanze batteriostatiche che inibiscono o rallentano la crescita di specifiche cellule mentre sono indifferenti per la crescita di altre. Tra le sostanze batteriostatiche aggiunte nei terreni selettivi si annoverano l'actidione e l'acido ascorbico (entrambi inibiscono la crescita dei funghi). La selettività può essere ottenuta anche tramite fattori ambientali come temperatura, pH ecc.

Una cosa molto importante da fare è cercare di mantenere il pH del terreno entro certi valori desiderati. Il monitoraggio del valore del pH può essere effettuato addizionando il terreno di composti come il rosso fenolo, un indicatore di pH che...