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FONTI DI VITAMINE
Ingredienti particolari di costo relativamente elevato, non impiegabili come fonti di azoto, facilitano alcuni processi di sviluppo microbico.
Estratto di lievito
Da cellule di lievito lisate
In polvere o pasta, ottenuto per lisi delle cellule di lievito. Costi elevati, non può essere utilizzato come fonte di azoto.
Ricco di fattori di crescita. Impiegato in quantità moderata.
Idrolizzato di caseina
Ottenuto per idrolisi acida o enzimatica. Costi variabili. Impiegato per microrganismi esigenti.
Azoto totale 8-13%; Azoto amminico 6-7%; NaCl: idrolizzato acido 38%, enzimatico 3%; Ceneri: i. acido 40%; i. enzimatico 6%
Minerali
Generalmente l'acqua contiene sufficienti livelli di minerali ad es. rame, ferro, cobalto, manganese, zinco, molibdeno. L'acqua di rete contiene dei sali minerali che alcune aziende cercano di aggiustare per i processi alimentari e soprattutto per coltura di alcuni microrganismi.
Per specifiche esigenze, possono essere impiegati specifici sali (solfato...)
di rame, solfatodi magnesio)
Agenti antischiuma
Le schiume vengono prodotte dalle miscelazioni di, per esempio, melasso con acquaetc.
Caratteristiche dell'antischiuma ideale!
- rapida dispersione all'interno della coltura
- buona attività anche a bassa concentrazione e attività prolungata nel tempo
- non tossico
- buona termostabilità, che non sia termolabile, si possa avere la capacità di sterilizzarlo.
- costi contenuti
- compatibile con i processi fermentativi (fase di recupero, trasferimento di ossigeno, etc.)
Gli antischiuma disponibili sul mercato possiedono solo in parte le caratteristiche sopraesposte -> compromesso in funzione delle esigenze.
Le schiume vengono prodotte dalle miscelazioni di, per esempio, melasso con acquaetc. 2
Antischiuma naturali
Oli naturali
- Origine vegetale (ad es. soia)
- Completamente metabolizzabili -> non residuano a fine fermentazione
Può essere una fonte di carbonio per il MO quindi la schiuma può
- Sistemi tamponanti
- Acidi/basi
Addizionati alla formulazione del terreno colturale per mantenere il pH a valoriprefissati
In fermentazioni tendenti all'alcalinità -> sali inorganici quali fosfati
In fermentazioni tendenti all'acidità -> carbonato di calcio.
Aggiunta di acido (ad es. acido solforico) o di base (idrato d'ammonio) in risposta adun segnale di modificazione del pH,
Rispetto al valore di set point impostato. Precursori si usano quando abbiamo bisogno di far costruire al mo delle molecole complesse. Si possono aggiungere parti delle molecole così da favorire il nostro mo a costruire la molecola.
Sostanze che, aggiunte al terreno di coltura, sono incorporate dal microrganismo nel prodotto aumentandone le rese.
Ad esempio:
- acido fenilacetico viene incorporato nella molecola della penicillina G
- cobalto nella produzione di vitamina B12
- cloro nella produzione di clorotetraciclina
Acqua
A livello industriale —> acqua di fonte. L'acqua distillata serve soltanto per sterilizzare.
Ingrediente importante in relazione a:
- volumi necessari per la preparazione del terreno colturale
- termostatazione
- qualità e contenuto di singoli oligoelementi (fattori importanti agli effetti delle rese di fermentazione)
Poiché a livello industriale sono necessari grossi volumi, ove possibile, si ricorre al riciclo/reimpiego dell'acqua.
- Tipologia di mo: lievito, muffa, fungo, G+/G-
- Necessità di ossigeno: Aerobio o anaerobio. Aggiunta dell'aria.
- Substrato: solido, liquido, gassoso
- Sterilità: Assoluta o assente
- Dimensione: Laboratorio (Colture liquide in beuta fino a 10 l), pilota (in fermentatori piccoli fino a 100 l), produzione (per volumi > 100 l). Scale up = trasferire il processo da scala di laboratorio a scala di produzione.
- Tecnologia: Batch, fed-batch, continua
Definizioni:
- Terreno colturale: contiene tutti i nutrienti necessari allo sviluppo microbico.
- Inoculo: sospensione contenente i microrganismi da impiegare in un processo. —> incubazione—> Brodocoltura: coltura liquida —> Biomassa: cellule—> Filtrato colturale: fase liquida ottenibile per separazione della biomassa dalla coltura
Colture in liquido - in laboratorio
Basso strato:
terreno colturale 1/10 volume beuta. Grande superficie, più contatto con l'aria, ottima per organismi aerobi. A fine incubazione ci saranno le cellule disposte a film superficiale. Per migliorare gli scambi di ossigeno, possiamo addizionare una agitazione. Le beute in agitazione portano un rientro nel vetro della beuta, chiamato frangiflutto in modo che ci sia un ambiente turbolento. Gli agitatori o sono in box a temperatura controllata o in temperatura ambiente, aperti. ES: muffe.
Alto strato: terreno colturale 1/2 volume beuta. piccola superficie, meno contatto con l'aria, ottima per organismi anaerobi. A fine incubazione ci saranno le cellule depositate sul fondo. ES: batteri lattici.
1MICROBIOLOGIA INDUSTRIALE 05
Colture in larga scala
Upstream
Down stream!!!!
Il fermentatore Contenitore generalmente cilindrico in cui avviene un processo su scala industriale o pilota. Il reattore è un cilindro ad asse verticale. Solitamente l'altezza è almeno il doppio del diametro.
Il reattore è munito da un certo numero di entrate e uscite da una serie di valvole che si aprono e si chiudono a disposizione. Il reattore non viene riempito per tutta la capacità ma il volume utile è circa 2/3 del volume totale. Lo spazio vuoto in testata si chiama testata o cupola. I processi che prevedono l'impiego dei microrganismi sono condotti in fermentatore (o bioreattore). Reattore cilindrico, ad asse verticale, munito di un certo numero di entrate ed uscite provviste di valvole. Il volume utile è circa 2/3 della capacità totale. Lo spazio non occupato costituisce la testata (o cupola). L'aria entra sempre dal basso (A) e colpisce un dispositivo bucherellato (B) in cui l'aria esce sotto forma di bolle e le bolle risalgono dal basso verso l'alto. Sotto forma di bolle si ha lo scambio dei gas. L'aria che insuffliamo esce nella parte alta, dallo sfiato (G). Non entrano contaminanti. Il fermentatore viene mantenuto.essere fatto tramite un tubo di scarico (G) collegato alla valvola di scarico. Inoltre, sul fondo del fermentatore è presente un sistema di agitazione (D) che permette di mescolare il contenuto durante il processo di fermentazione. Il fermentatore è generalmente realizzato in acciaio inossidabile per garantire la massima igiene e resistenza alla corrosione. È dotato di un sistema di controllo della temperatura (E) che permette di mantenere costante la temperatura all'interno del fermentatore durante tutto il processo di fermentazione. In conclusione, il fermentatore è un componente essenziale nel processo di produzione di birra. Grazie alla sua struttura e alle sue caratteristiche, permette di ottenere una fermentazione ottimale e di produrre una birra di alta qualità.Essere utilizzato anche per i prelievi per controllare il processoFino a volumi ridotti il fermentatore può essere costruito in vertro pyrex. Quando inizia adaumentare il volume, si costruiscono tank in alluminio.
!!! Aerazione
I fermentatori più semplici sono quelli che non necessitano della linea dell'aria.I processi in condizione di anaerobiosi vengono allestiti in fermentatori privi dei sistemi diaerazione e sovente anche di agitazione
Nei processi aerobi fondamentale è il trasferimento di ossigeno dalla fase gassosa (aria), allafase liquida contenente le cellule (brodocoltura)
- fermentatori generalmente dotati di sistemi di aerazione e di agitazione
- immissione di aria tramite un dispositivo di distribuzione (sparger) (utilizziamo l'aria sterilizzata per i mo anche se loro si cibano soltanto di O2 puro.) L'aria deve essere insuflatain bolle molto piccole. L'aria viene immessa nel fermentatore attraverso lo sparger.
L'agitazione
ha anche la funzione rendere miscela gas-liquido-solido. Evitare la formazione di zone ad elevata e/o limitata ossigenazione - gradienti di concentrazione di cellule o dimetaboliti 3MICROBIOLOGIA INDUSTRIALE 05!!!!
Linea dell'aria
L'aria entra nel fermentatore dopo essere compressa tramite un compressore. L'aria atmosferica quindi viene compressa e immagazzinata ad una pressione di 2 atm. L'aria deve passare un deoleatore per eliminare le tracce di olio che potrebbero essersi inserite nell'aria con il processo di compressione. Successivamente viene deumidificata perché si potrebbero avere delle gocce di condensa nell'aria che possono veicolare i mo. L'aria poi viene sterilizzata facendola passare in filtri che intrappolano anche i più piccoli mo presenti in natura. Il filtro è una parte costosa quindi si cerca di mantenere in funzione il più possibile la linea produttiva. Infatti abbiamo una serie di filtri, filtro e prefiltro.
L'aria subisce un prefiltrazione eliminando le parti più grosse mentre il secondo filtro è sanificante, sterilizzante. Una volta che il filtro è esausto e non più efficiente viene spostato come prefiltro, mentre il filtro rimane sempre sterile. Dal secondo filtro l'aria esce sterile e quindi può essere immessa nel fermentatore. Un flussimetro ne regola la portata. Se il mo è anaerobio, ometto il sistema o lo mantengo spento. Se il mo è aerobio, bisogna inserire almeno da 0,2 a 2 litri di aria ogni litro di coltura al minuto. Generalmente i mo aerobi.
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