Appunti di Microbiologia Industriale

Perché abbiamo la necessità di produrre delle biomasse microbiche?

Queste possono essere prodotte perché:

• Hanno un contenuto che ci interessa, per esempio il contenuto in vitamine, nell'alimentazione umana e animale. Infatti alcune biomasse vengono utilizzate per formulare dei mangimi poiché sono molto ricche di proteine.
• Estrarre da queste biomasse qualcosa come un enzima.
• Per la loro attività, tipico per il lievito per panificazione; colture starter del settore alimentare.

Le biomasse microbiche sono generalmente vendute a dei prezzi non molto elevati (non sono un prodotto su cui c'è un ricavo incredibile). Quindi le biomasse microbiche hanno un costo di produzione che può essere molto importante rispetto al prodotto finito. A volte il costo di produzione può rappresentare fino al 50% dei costi dal substrato, quindi scegliere il substrato economico è importante.

Limiti d'uso delle biomasse microbiche

Le biomasse microbiche hanno dei limiti d’uso:

• Gli acidi nucleici sono presenti in elevate concentrazioni, e se ingerite nell’uomo possono dare origine ad accumulo di acidi urici provocando la gotta. Quindi ci devono essere dei trattamenti termici che consentono la loro riduzione prima del confezionamento del prodotto finito a base di biomassa.
• Possono essere prodotte su substrati che possono avere residui di sostanze tossiche.
• Alcune biomasse contengono dei composti che non sono digeribili dall’uomo, ad esempio la chitina presente nei funghi.
• Potrebbe essere presente una reazione allergica dopo il consumo di biomasse di origine microbica.

Processo di produzione delle biomasse microbiche

Per produrre biomasse microbiche si seguono questi passaggi:

1. Devo avere da un lato dell’impianto un serbatoio di stoccaggio di tutti gli ingredienti (uno per la fonte di carbonio, azoto, ecc.).
2. Devo avere un serbatoio di preparazione del terreno colturale.
3. Sterilizzo il terreno.
4. Porto nel fermentatore.
5. Faccio andare il processo con il microrganismo che voglio far riprodurre.
6. A fine processo avrò una coltura con dentro la biomassa e una parte liquida da scartare. Ci sarà quindi un metodo per separarle. Poi le cellule vengono essiccate o comunque preparate in una forma abbastanza stabile.
7. Si stocca il prodotto nelle celle.
8. Vendita del prodotto.

Biomasse innovative: da microalghe

Le microalghe sono organismi fotosintetici e possono essere coltivate a volte con un reattore chiuso, ma possono essere utilizzate delle vasche e messe all’aperto. La biomassa da alghe ha un elevato contenuto proteico e di provitamina A, precursore di alcune vitamine.

Da proteine da funghi

Il Quorn è una biomassa derivata da una muffa, Fusarium venenatum, strutturata in modo che le ife si strutturino come se fossero le fibre della carne. Questa biomassa viene poi formata a dare, ad esempio, hamburger, nuggets o carne trita.

Come si fa il Quorn?

Il Quorn si fa in un fermentatore Air Lift. Il bioreattore è così strutturato:

• È molto alto, mediamente 50 m, e si possono ottenere 230 tonnellate di coltura.
• Noi abbiamo un terreno liquido e l’inoculo della muffa: l’aria viene introdotta dal basso e le bolle spingono l’aria e quindi anche la coltura in alto per poi ridiscendere la coltura nel braccio laterale e dal basso viene ripresa dalle bolle d’aria per poi riprendere il circolo. Questo circolo può fare in modo che questa coltura venga protratta fino a 7 settimane fino ad arrivare a 1500 tonnellate di Fusarium.
• La temperatura viene mantenuta da un sistema di raffreddamento.
• A fine processo la coltura viene scaricata, si separa la biomassa dalla parte liquida per filtrazione, per poi essere scaldata in modo che le ife diventino insolubili per essere strutturate come le fibre muscolari della carne.

Produzione di lievito per panificazione

Il pane si fa da moltissimi anni, già nei millenni a.C. La produzione di cellule di lievito non era dedicata con un processo fermentativo ad hoc, ma semplicemente si teneva un po’ di impasto delle produzioni precedenti e usarlo per quelle dopo. C’è stato un lasso di tempo in cui per lievitare si usava il residuo di lievito del processo di produzione della birra, però il gusto era amaro poiché nella birra c’è il luppolo, e c’erano anche delle variabilità nelle performance fermentative. Si è deciso così di utilizzare il lievito residuo della produzione di etanolo, fino alla messa a punto del processo di produzione di cellule di lievito per panificazione.

La cellula di Saccharomyces cerevisiae è dotata di due tipi di metabolismi (si fa la glicolisi e quando si arriva al piruvato, il microrganismo può utilizzarlo in due modi):

• L’acido piruvico non prende la via del ciclo di Krebs, ma viene prima de-carbossilato diventando etanolo.
• L’acido piruvico diventa acetil-coA ed entra nel ciclo di Krebs producendo tanta biomassa.

Nella produzione di lievito da pane dobbiamo produrre tante cellule, ma poi dobbiamo venderle al panettiere che usa le cellule per fare una lievitazione o per fermentare un mosto, quindi metabolismo fermentativo. Dobbiamo quindi creare una biomassa in grado di fermentare.

Effetto Crabtree

In presenza di ossigeno, il Saccharomyces può sia fare il processo ossidativo che fermentare. Il fatto di fare una via o l’altra dipende da quanto substrato è presente.