Domande e risposte d'esame di Microbiologia Industriale

Domande di microbiologia industriale

1. Differenza tra resa di conversione e resa di fermentazione

Si intende resa di conversione Y il rapporto tra la quantità in grammi di prodotto formato e la quantità di substrato consumato in grammi: tanto più è elevato il valore della Y, tanto maggiore è il substrato trasformato in prodotto.

Si intende invece resa di fermentazione i grammi di prodotto formato per litro di brodo coltura usato. Per quanto riguarda la resa di conversione, il valore per i substrati carboidratici si aggira intorno a 0,5; più alto invece per i prodotti in stato ridotto, come la paraffina, circa 1. La resa di fermentazione invece ha valori nell'ordine del 20-40 g, ma può raggiungere i 60 g nel caso venga utilizzato S. Cerevisiae (lievito per la panificazione).

Per i prodotti complessi, ovvero quelli non isolabili e costituiti dall’insieme del substrato formato contenente gli stessi m.o. responsabili della modificazione, non è possibile individuare né Y né resa di fermentazione.

2. Terreni colturali sintetici e complessi

Il terreno colturale deve fornire al m.o. tutte le sostanze nutritive necessarie alla sua crescita, produzione di energia e alla biosintesi dei metaboliti desiderati. Deve contenere fonti di carbonio, di azoto, sali inorganici, vitamine, fattori di crescita e altri precursori.

Il terreno colturale può essere di due tipi: sintetico o complesso.

• Sintetico è un terreno chimicamente puro, di cui si conosce la composizione, generalmente usato nei laboratori, di facile standardizzazione sia qualitativa che quantitativa, che però fornisce una crescita microbica e una produzione di metaboliti limitata. Costo elevato, bassa resa.
• Il terreno complesso, di cui non si conosce in maniera dettagliata la composizione chimica, è invece composto da materie prime grezze, utilizzato generalmente a livello industriale e su larga scala, ha una limitata standardizzazione sia qualitativa che quantitativa; il suo costo è più economico e ha una crescita microbica e produzione di metaboliti elevata (resa elevata).

3. Fonti di carbonio di impiego industriale

Le fonti di carbonio possono essere classificate in fonti rinnovabili (di origine naturale) o non rinnovabili (di origine petrolchimica, come alcoli a corta catena). Le fonti di carbonio possono essere inoltre di tipo carboidratico o non carboidratico.

• Quelli di tipo carboidratico si suddividono in forma grezza e in forma pura.
  • In forma pura sono un esempio i monosaccaridi come il glucosio, disaccaridi come il lattosio o saccarosio, oligosaccaridi (malto destrine), polisaccaridi (ottenuti generalmente dal mais) come la cellulosa, l’amido. L’amido si può differenziare per grado di solubilità, ottenuto da mais o patata. Le destrine, sono ottenute invece per idrolisi dell’amido, sono solubili. Viene utilizzata anche la cellulosa, composta da molti polimeri, ottenuta da residui agricoli o industriali.
  • In forma grezza, sono per lo più residui di processi industriali alimentari, come il melasso di barbabietola o canna da zucchero, il corn molasse, il liscivio solfitico, orzo maltizzato e siero di latte.
  • Il melasso è un sottoprodotto dell’industria saccarifera ed è il residuo della cristallizzazione del saccarosio ottenibile dalla lavorazione o della barbabietola o della canna da zucchero. Si presentano viscosi, di colore bruno.
  • Il corn molasse è il residuo costituito dalle acque madri ottenute dal processo di produzione del glucosio da amido di mais, caratterizzato da un elevato contenuto in zuccheri (50-60%) e aspetto negativo alta concentrazione in sali.
  • L'high-test molasse è uno sciroppo a composizione controllata, purificato e concentrato, ottenuto per evaporazione del succo di canna, sottoposto a parziale inversione tramite invertasi, contenente il 15-35% di saccarosio e il 40-60% di zucchero invertito.
  • Il liscivio solfitico è il residuo di produzione della cellulosa dal legname, contiene il 20% di zuccheri fermentabili (esosi e pentosi).
  • L'estratto di malto, ottenuto da maltizzazione dell’orzo, è ottimo per muffe e lieviti.
  • Il siero di latte, sottoprodotto dell’industria latto-casearia, contiene lattosio (4-5%).
• Quelli di tipo non carboidratico, sono generalmente costituiti da fonti non rinnovabili, in forma liquida o gassosa, di costo contenuto, come idrocarburi gassosi, alcoli, polialcoli, alcani e oli.
• L'idrocarburo gassoso principale è il metano, costituente del gas naturale, non lascia residui nelle colture, ad alto grado di purezza ma inutilizzabile da molte specie microbiche. Vi sono anche gli alcoli, come il metanolo o l’etanolo e i polialcoli, come glicerolo, mannitolo e sorbitolo.
• Tra gli alcani ci sono le paraffine, sostanze costituite da carbonio e idrogeno. Gli oli, ottenuti da vegetali (soia, lino, mais e girasole) o animali (olio di lardo o fegato di merluzzo), invece usati in associazione con altre fonti di carbonio, sono anche buoni agenti antischiuma.

4. Fonti di azoto di impiego industriale

Le fonti di azoto possono essere classificate in inorganiche e organiche. Le fonti inorganiche sono i sali d’ammonio, ammoniaca gassosa, idrato d’ammonio. Quelle organiche invece amminoacidi, proteine e urea. A livello industriale possono essere usate materie prime grezze come corn steep liquor, farina di semi di soia, di cotone e borlande di distilleria.

• Il corn steep liquor è un sottoprodotto del processo di estrazione dell’amido dal mais, con composizione molto variabile e fonte di sostanze azotate, minerali e vitamine. È ottenuto dopo un processo in cui il mais viene immerso in acqua a pH 4 a 50°C in presenza di anidride solforosa e si instaura fermentazione lattica naturale; il mais viene poi separato dalla fase acquosa che viene poi concentrata con un peso secco pari al 40-50% ottenendo il Corn Steep Liquor.
• Farina di semi di soia è il residuo dell’estrazione dell’olio con solventi, molto proteica (50%) utilizzata come mangime per animale o nei terreni di coltura.
• Farina di semi di cotone utilizzata per processi con m.o. fungini.
• Borlande di distilleria sono i residui del processo di distillazione dell’etanolo (da zuccheri, cereali, melassi), è ricco di proteine e vitamine B.

5. Fattori di crescita di impiego industriale

Sono ingredienti di costo elevato e non utilizzabili come fonti di azoto. I principali sono estratto di lievito e idrolizzato di caseina.

• L'estratto di lievito si trova o in polvere o in pasta ed è ampiamente utilizzato.