Microbiologia industriale

FONTI DI AZOTO

Fondamentale per fare proteine, enzimi, secondo ingrediente in ordine di pesoo

Classifcazione più semplice: organiche e inorganicheo Inorganiche come sali d’ammonio, ammoniaca

gassosa o idrato di ammonio

Organiche: aa singoli, proteine e ureao

Il più delle iolte sono usat sali d’ammonio perché più economici, poi si ia sugli ingredient grezzi che

contengano materiale proteicoo Uno di questo è il corn-steep liquor, un residuo del processo di estrazione

dell’amido dal mais, che contene le proteine che iengono solubilizzate quando le striscioline di pannocchie

iengono messe a bagno e contengono il 20% di azotoo Il corn-steep contene proteine e amminoacidio

L’inconieniente è che è acidoo Quando le pannocchie iengono lasciate a bagno si forma una popolazione di

bateri lattici che producono acido latticoo Abbassa molto il pH del terreno colturale fnaleo

Farine di semi oleaginose: semi di soia e di cotoneo Quest ingredient sono sotoprodotti dall’estrazione

dell’olioo Alcuni iengono usat per produrre antbiotcio

Borlanda di distlleria

Residuo del processo di distllazione dell’etanolo (otenuto con la fermentazione da zuccheri, cereali o

melassi)o È un mix di cellule di lieiito esauste e iegetali esausto È ricco di proteine (25%) e iitamine del

gruppo Bo

Font di vitamine e fattori di crescita

Non bastano font di carbonio e di azoto per fare un terreno colturale, seriono anche iitamine per far star

meglio i MO, aiutano il MO a crescere meglio e fare meglio quello che a noi interessa iendereo

Sono l’estrato di lieiito e l’idrolizzato di caseinao

Estratto di lievito

È otenuto per lisi delle cellule di lieiito che sono ricche di iitamine del gruppo Bo L’estrato si può troiare

in poliere o in pastao È piutosto costoso, circa 150€ al chiloo È troppo caro per fare fonte di azoto quindi si

usa come fatore di crescitao

Idrolizzato di caseina

Residuo del setore lattiero-caseario; può essere otenuto da idrolisi acida ed enzimatca; non tutti gli

organismi lo tolleranoo Si usa per incrementare il ialore nutrizionale del terreno colturale per MO esigent,

come i bateri latticio

Sali o microelement

Sono generalmente magnesio, ferro, rame, zinco, e sono di solito dei cofatori di alcuni enzimio Il magnesio

è un cofatore dei primi enzimi della iia glicolitcao

Agent antschiuma

Sono utlizzat in presenza di MO aerobi dato che possono causare schiuma, un problema enormeo

L’aria che esce dal fermentatore è controllatao

Le carateristche degli agent sono:

 Rapida dispersione all’interno della coltura, non deiono formare aggregat;

 Attiiità importante anche a bassa concentrazione, non si aggiunge un litro ma qualche goccia e

loro azione deie durare il più possibile;

 Non deiono essere tossici per noi e per il MO;

 Termostabili, oiiero sterilizzabili;

 Costo basso

 Non deiono interferire con il processo di recupero del prodoto a fne processoo Quando si scarica

il fermentatore si trascina dell’antschiuma e non deie interferire con la purifcazione del prodotoo

Si diiidono in due categorie: NATURALI E DI ORIGINE SINTETICAo

Naturali

Oli iegetali, soia o girasoleo Inserit abbatono la schiuma, il MO se li può mangiare quindi atacca anche

loro prendendosi il carbonio e dopo un po’ la schiuma risaleo Se si calcola bene quanto carbonio il MO usa,

si può decidere quanto meterne così non c’è schiuma in eccessoo

Origine sintetca

Siliconi o PPG (polipropilenglicol): sono molecole di sintesi deriiat dall’industria del petrolio, costano poco

e hanno un’azione duratura nel tempoo Ce ne basta molto poco e questo dura per tuto il processo senza

fare aggiunte contnuatie, ma a fne processo residua nella colturao

Correttori di pH

Quando si inocula un MO in terreno liquido, il MO esceo Il pH non può scendere a dei ialori incompatbili al

MO stessoo 4 è un limite di pH soto cui non bisogna mai andareo Per controllare il pH si hanno due modi:

aggiungere alla formulazione del terreno colturale, una riceta di ingredient che contengono la riduzioneo

Quest agiscono quando il pH sale con MO secondario e smorzano il brusco cambiamento di pH;

metere un pHmetro che, se segnala la discesa del pH, si possono fare aggiunte esterno di acido o di base

oppure formulare il terreno con degli ingredient acquosio Il CaCO non è solubile a pH neutrio Il calcare si

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toglie con l’aceto, un acidoo Si forma HCO – e ia in soluzioneo Nei processi fermentatii si usa CaCO come

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poliere quando il pH scende e si forma idrogeno carbonato in soluzioneo

Precursori (solo se serie)

Compost addizionat per facilitare il MO a costruire una molecola complessa e si parla di metabolit

secondario Quando si producono degli antbiotci, quest possono aiere una strutura complessa formando

diierse part con il tempoo Se forniamo già la molecola, loro ci metono meno tempo a formare la struturao

I precursori sono compost che sono incorporat dal MO nel prodoto fnaleo La iitamina B12 è l’unica

prodota da MOo Ogni molecola di B12 ha una molecola di cobalto, e se iiene fornita la iitamina si forma

più in fretao

Acqua

A liiello di laboratorio, si usa acqua distllatao A liiello industriale costa troppo quindi si usa l’acqua di rete o

di fonteo Si sceglie perché costa meno e perché potrebbe contenere già microelement che si troiano nel

terreno colturali e non ianno aggiunt dopoo

Va bene per tant processi ma non per tuttio Es: nella birra l’acqua è fondamentale e la presenza di minerali

deie essere ialutata e nel caso corretao L’acqua di fonte di utlizza quasi sempre e ia controllata in alcuni

processio A liiello industriale è uno degli ingredient più utlizzat; gli impiant fanno un uso di acqua

mostruoso perché serie poter disciogliere gli ingredient del terreno colturale, sterilizzare l’impianto soto

forma di iapore e a mantenere la temperatura del reatore, oiiero la termostatazioneo

Per sterilizzare l’impianto si usa sempre l’acqua distllata per eiitare il deposito dei sali, per laiare e per il

terreno e termostatare si usa l’acqua di fonteo

FERMENTATORE

Cosa bisogna conoscere dei MO e degli impianto

1) Tipo di MOo Bateri e lieiit sono unicellulari, mufe e funghi sono MO flamentosi; non hanno

un’enttà singola e si siiluppano per allungamento delle ifeo Si possono usare anche cellule

proienient da iegetali o animalio

2) Richiesta di ossigenoo Dal punto di iista del costo è meglio l’impianto senza aerazioneo Se è aerobio,

il fermentatore deie aiere determinate carateristcheo

3) Scegliere gli ingredient del terreno colturaleo Gassosi o liquidi (melassi) o solidi (parafne)o Sistema

per far entrare gli ingredient singolarmente e miscelarlio

4) Il processo deie essere o meno in condizioni di sterilitào Non deie essere per forza sterileo Se il

bioreatore deie andare in condizioni di sterilità, bisogna mantenerlo sterile in tuto il processoo

Quando si fa la birra, i fermentatori sono pulit, sanifcat e detersi ma non sterilizzat perché sono

molto selettiii e crescerà solo il MO desideratoo

5) Capacità dei bioreatorio Categoria di laboratorio doie si hanno fermentatori fno a 10L; una scala

intermedi che si chiama scala pilota e i reatori hanno dimensioni di 10/100L e la scala più grande è

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quella di produzione, di 3000 m o

Quando si ha il terreno di coltura si opera l’inoculo, una coltura che il MO cresciuto che serie per far partre

il processoo Si inserisce nel fermentatore un mix di liquidi e celluleo Una iolta che i MO hanno raggiunto la

crescita si forma il BRODOCOLTURA: coltura liquidao Nel corso del processo il MO cresce consumando gli

ingredient del terreno colturaleo Quando il processo termina, si spegne tuto e si scarica il fermentare

aprendo il rubineto e la brodocoltura esceo Separazione: da una parte concentro le cellule, BIOMASSA, e

dall’altra rimane il liquido che si chiama FILTRATO COLTURALEo

Colture liquide

Il primo step per l’allestmento preiede l’impiego di beute: contenitori di ietro di forma tronco-conicao

Queste beute contengono il terreno colturale che si prepara, si sterilizzano in autoclaie, poi si inocula il

MOo Si possono allestre colture in basso strato o in alto stratoo

In basso strato quando il terreno colturale liquido occupa 1/10 del iolume della beutao Lo strato è bassoo

Si allestsce una coltura in alto strato quando si inserisce la metà del iolume della beuta con il terreno

colturaleo

Questo mi permete di aiere una diiersa solubilità dell’ossigenoo Una beuta preparata a basso strato ha

una superfcie a contato con l’aria maggiore del secondo, quindi adatti a MO aerobio La beuta si può

agitareo

Quelle ad alto strato si usano per i MO anaerobi e si siiluppano sul fondo, doie c’è meno ossigeno in

assolutoo La beuta migliora lo siiluppo degli aerobi rispeto alla proietao

Alcune beute hanno il FRANGIFLUTTO, oiiero una distanza dal ietro della beuta (come un becco) che serie

per migliorare la turbolenza delle colture agitateo

A liiello industriale, punt di stoccaggio delle materie prime, il serbatoio dell’acqua, la riceta da preparare e

il terreno colturale da preparare in un serbatoio grandeo Sono miscelat per la preparazione del terreno, il

brodo che ne risulta è inserito nel fermentatore di produzioneo Se serie l’aria ci sarà una bombola e parte il

processo fermentatioo I processi dal terreno colturale a quello fermentatio si chiamano UP-STREAMo Da

quando si scarica la coltura, le fasi prendono il nome di DOWN-STREAMo

Come è fatto un fermentatore o bioreattore

Contenitore generalmente cilindrico ad asse iertcale, più alto

che largoo Dotato di entrate ed uscite proiiiste di ialiole,

ossia sistemi di regolazione di apertura e chiusurao Il

fermentatore non si riempie mai tuto, ma ha un liiello

massimo di riempimento che corrisponde ai due terzi della

sua capacitào La parte alta si chiama testata o cupola che deie

essere lasciata iuota perché si sa che un po’ di schiuma si

siiluppa sempre e si lascia spazio per un limitato iolume di

schiumao L’aria entra sempre dal basso, iiene distribuita

atraierso un sistema che si chiama sparger da cui esce con

piccole bolle che iengono disperse nel fermentatore; arriia in

cima, le bolle d’aria perdono l’ossigeno (presente per il 20%) e si arricchiscono di anidride carbonica

prodota dai MO aerobio Tutti i reatori, se hanno un ingresso dell’aria, deiono aiere sulla testata uno sfato

dell’aria esaustao Lo sfato G è un punto critco, deie essere monitorata la pressione per non aiere

problemio La ialiola dello sfato non iiene lasciata totalmente aperta, ma iiene solo parzialmente ridota

(strozzata un pochino) la fuoriusc