Appunti di Microbiologia Industriale prof.Rollini

A GITAZIONE NEI FERMENTATORI

Per evitare la sedimentazione delle cellule, la formazione di gradienti di

concentrazione e favorire il trasporto di ossigeno nei processi aerobici, è

necessario agitare la miscela.

Nelle beute, questo viene fatto attraverso l’uso di appositi agitatori (rotativi o

lineari alternativi).

Nel fermentatore, l’apparato di agitazione è costituito dal motore, dall’albero

e dal girante.

Il range di agitazione oscilla tra 100 e 1000 rotazioni al minuto, in base al

diametro della girante.

In alcuni casi può non esserci il sistema di agitazione meccanico, poiché

l’agitazione viene prodotta dall’aereazione stessa (come nella produzione di

lievito per pane).

S ISTEMI DI CONTROLLO

Ci sono parametri che vanno controllati e regolati e si utilizzano sonde e

apparati elettronici specifici per farlo. solubilità

Nel caso della temperatura, dalla quale dipendono (di ossigeno e

diffusione dei soluti viscosità

nutriliti), , e caratteristiche chimico fisiche

della brodocultura, essa tende naturalmente a salire a causa delle reazioni

esotermiche del metabolismo microbico e la trasformazione dell’energia

meccanica dell’agitatore. La temperatura può essere influenzata tramite

camice esterne, serpentine interne scambiatori esterni.

o

S TERILIZZAZIONE

Il fermentatore e il terreno colturale vengono sterilizzati in tempi diversi, poiché

riduce i tempi morti; il fermentatore è sterilizzato con vapore, il terreno tramite

tecnica discontinua in recipiente separato o in continuo.

Batteri e lieviti crescono in coltura liquida intorbidendola; gli ifomiceti posso

avere ife disperse, aggregati e morfologia a pellet.

Trattamento delle acque reflue

L’inquinamento dell’acqua è l’effetto dello scarico nell’ambiente di sostanze

potenzialmente pericolose per l’ambiente e la salute.

Gli scarichi si possono dividere in:

Acque reflue domestiche (derivanti perlopiù dal metabolismo umano)

 Acque reflue industriali (derivanti da aziende e industrie che operano

 processi, possono essere tossiche o no)

Acque reflue urbane (miscuglio di acque reflue domestiche, industriale e di

 ruscellamento, che si raccolgono tutte insieme nelle reti fognarie)

richiesta

I parametri utilizzati per caratterizzare le acque reflue sono BOD (

biochimica di ossigeno richiesta chimica di ossigeno

) e COD ( ), che identificano

la quantità di ossigeno presente e l’attività dei microrganismi su di esse.

S MALTIMENTO

L’efficienza di un sistema di depurazione dipende dalla velocità delle reazioni

metaboliche, dal tempo di contatto tra le acque e il sistema biologico e la tipologia e

concentrazione dei microrganismi.

Trattamenti primari

Grigliatura (filtra solidi di grosse dimensioni)

 Dissabbiatura (filtra particelle silicee)

 Disoeleatura (filtra sostanze oleose)

 Si fa sedimentare e se ne ricavano i fanghi primari.

Trattamenti secondari

Ossidazione biologica

 Si fa sedimentare di nuovo e si ricavano i fanghi attivi

Trattamenti terziari

Defosfatazione

 Denitrificazione

 Filtrazione

 Clorazione



Alla fine del trattamento, l’acqua è depurata.

I fanghi (primari e secondari) vengono concentrati e sottoposti a digestione

fanghi digeriti biogas

anaerobica da parte di microrganismi, ottenendo e .

Biomasse microbiche

Trovano applicazione:

per il loro contenuto (come fonte proteica non tradizionale

 nell’alimentazione)

per l’estrazione di metaboliti particolari (lipidi, enzimi, vitamine

 etc.)

per la loro attività: su substrati complessi (lievito per pane, inoculanti

 del suolo etc.) e su molecole particolari (biotrasformazioni, insulina).

Le biomasse microbiche devono avere costi contenuti (soprattutto del

substrato) e per questo si basano sull’uso di prodotti di scarto o surplus.

L’utilizzo presenta però dei limiti:

acidi nucleici

il contenuto di , che possono dare problemi metabolici

 la presenza di sostanze tossiche o cancerogene residue del substrato

 la possibile digeribilità limitata

 la possibilità di reazioni allergiche



P :

RODUZIONE DI UNA BIOMASSA MICROBICA

Si parte dall’approvvigionamento dei singoli ingredienti che costituiscono il

terreno colturale e si trattano eventualmente le materie grezze, preparando il

terreno colturale tenendo conto delle fonti di C, N, sali minerali, fattori di

crescita etc.

Successivamente si sterilizzano il terreno e l’impianto, e si comincia la

fermentazione. microrganismi

Al termine del processo, si separa la biomassa dal filtrato (i

unicellulari miceliari

per centrifugazione e quelli per filtrazione).

Infine, si tratta la biomassa e si inizia lo stoccaggio.

B IOMASSE DA BATTERI

Si ottengono ad un range tra 5 e 7 di pH, che le rende sensibili a

contaminazioni.

Hanno un alto contenuto proteico, un buon contenuto amminoacidico (anche se

mancano di aminoacidi solforati), ma anche un alto contenuto di acidi nucleici

(RNA).

Poiché i batteri sono di piccole dimensioni, le biomasse possono presentare

problemi durante la filtrazione.

B IOMASSE DA LIEVITI

Sono molto usate, poiché le biomasse ottenute hanno un buon apporto

proteico, un contenuto medio di acidi nucleici e un buon contenuto di vitamine

del gruppo B.

I lieviti hanno una buona velocità di crescita (inferiore a quella batterica però),

e si sviluppano in un range tra 3,5 e 5 di pH, che riduce i rischi di

contaminazione.

Essendo i lieviti di dimensioni maggiori, le biomasse non presentano grossi

problemi di filtrazione.

B IOMASSE DA MUFFE

Le muffe si sviluppano più lentamente di batteri e lieviti, in un range tra 3,5 e 8

di pH.

Le biomasse ottenute hanno un buon contenuto proteico, un alto contenuto di

acidi nucleici e contengono chitina, poco digeribile.

micotossine

Alcune muffe producono , quindi bisogna fare attenzione alla

scelta del ceppo da usare.

Funghi

La prima struttura specificatamente dedicata alla produzione dei funghi, è stata

fatta in Pennsylvania nel 1894 (anche se il suo consumo e parziale coltivazione

sono molto antiche).

I funghi non hanno clorofilla, e utilizzano prodotti della degradazione vegetale

per nutrirsi.

Sono direttamente edibili (a differenza delle masse microbiche), hanno un

contenuto di acqua del 90% ma contengono tutti gli aminoacidi essenziali e

vitamine del gruppo B.

Il carpoforo è l’insieme di gambo, cappello, tubuli o lamelle e costituiscono il

corpo fruttifero fungino. l’Agaricus bisporus,

La Cina è il più grande produttore (64%); i più coltivati sono

Lentinula edodes, Pleurotus ostreatus Flammulina velutipes.

e Delle 250 000

specie fungine, 200 sono edibili e solo 20 sono prodotte su larga scala.

Lentinula edodes (shiitake, fungo cinese)

La Cina ne è il maggior produttore; sono coltivati con metodo tradizionale su

tronchi (quercia) bagnati e inoculati in fori poi sigillati con cera, oppure con

metodo moderno su tocchi pressati di segatura e paglia di riso.

Pleurotus ostreatus

Sviluppo su paglia di grano, segatura e residui in sacchi tagliati.

Flammulina velutipes

Sviluppano su segatura e paglia di riso in giare con un buco superiore e un

collare. L’inoculo viene messo solo sopra, raggiunti i 14 cm di altezza si

rimuove il collare e si raccolgono.

Agaricus Bisporus (Champignon)

Agaricus

La produzione di funghi è tra le più lunghe, dai 75 ai 90 giorni. Il

processo è diviso in:

Prima fase: fermentazione e pastorizzazione del substrato

 Seconda fase: inoculo, incubazione e preparazione alla raccolta

 Terza fase: raccolta e svuotamento delle stanze



P RIMA FASE

Il substrato è fatto da stallatico di cavallo, paglia di lettiera, deiezioni di galline

ovaiole, farina di soia o cotone e ammonio solfato.

Viene posto all’aperto, bagnato e rivoltato, poi posto in stive, mescolate e

ricomposte ogni due giorni (per consentire ossigenazione).

fermentazione

Si instaura la per autoriscaldamento a circa 80 °C (nella parte

più interna) che inattiva le larve di insetti e parte dei contaminanti.

Il substrato matura ad opera della flora mesofila e termofila, e alla fine risulta

bruno e filaccioso. pastorizzazione

Il compost è poi trasferito in celle dove avviene la a 60 ° C

insuflaggio di aria;

per viene poi mantenuto a 50 °C per 10 giorni e alla fine di

questa fase l’ammoniaca è stata completamente consumata (perché essa non

favorisce la crescita dell’Agaricus) e si ottiene un pH tra 6,5 e 7.

S ECONDA FASE

Il compost viene trasferito con un nastro trasportatore in un’altra cella, e nel

spore pre-germinate

mentre avviene l’inoculo di su semi precotti di

frumento, miglio o segale.

Viene incubato a 25 °C per 12-15 giorni; inizialmente il micelio (apparato

vegetativo del fungo, le “radici”) si sviluppa nutrendosi del seme, e via via

espandendosi sul compost.

Esso viene poi pressato e trasferito in celle predisposte in strutture a castello

(prima in legno, ora in ferro zincato) e ricoperto di terriccio e torba (che

trattiene l’umidità).

Lo sviluppo del fungo avviene sul terriccio, poiché le ife emergono in cerca di

nutriliti

ossigeno, utilizzando il compost come fonte di ; quando il 60/70% delle

ife sono in superficie, si effettua uno shock termico (da 25 a 16 °C), l’umidità

relativa viene abbassata all’80% e viene aumentato l’ossigeno. Le ife si

raggrumano a formare un pallino, primordio del carpoforo, che raggiungerà la

piena maturità dopo 10 giorni.

T ERZA FASE

A sviluppo ultimato, i funghi sono raccolti per torsione; bisogna integrare nel

terreno la quantità di acqua persa con i funghi raccolti, 2 L di acqua per ogni kg

di funghi raccolti.

La seconda e la terza raccolta seguono la prima a distanza di una settimana

dall’altra.

Il ciclo riproduttivo si protrae per 75/90 giorni, con una resa di 20-25 kg di

funghi per 100 kg di compost.

Quando la cella non è in grado di garantire un’adeguata produzione, viene

scaricata, lavata, sterilizzata e preparata per il successivo riempimento.

Lievito per panificazione

Le prime tracce dell’esistenza risalgono ai Babilonesi e agli Egizi (2600-3000

a.C.).

In tempi più recenti si è utilizzato il lievito che residua dal processo della birra;

questo dava però un sapore amaro, e per questo è stato usato il lievito che

residua dalla produzione di etanolo, fino ad arrivare alla specifica produzione di

lievito per panificazione (Olanda, 1