Cultura por lotes: definición, principio, proceso, aplicaciones, limitaciones

En la fermentación discontinua, todos los componentes del medio se colocan en el reactor al inicio del cultivo a excepción de los gases atmosféricos, ácidos o bases para el control del pH y agentes antiespumantes..
Hay un cambio constante en las concentraciones de nutrientes a lo largo del tiempo y el sistema permanece inestable.
Los metabolitos microbianos se pueden producir en una etapa primaria o secundaria del período de cultivo microbiano.
La fermentación finaliza cuando se agotan todos los nutrientes o cuando se alcanza la concentración de producto deseada.

El cultivo por lotes tiene las siguientes ventajas de mención:

Menor riesgo de contaminación celular o mutación ya que el período de crecimiento es corto.
Menor inversión de capital que los procesos continuos para el mismo volumen de biorreactor.
Mayor flexibilidad con productos/sistemas biológicos variables.
Mayores niveles de conversión de materias primas, como resultado de un período de crecimiento controlado.

Principio de cultivo por lotes

Un sistema de fermentación por lotes es un sistema cerrado.
En el tiempo t = 0, la solución nutritiva esterilizada en el fermentador se inocula con microorganismos y se permite que la incubación prosiga a una temperatura adecuada y un ambiente gaseoso durante un período apropiado.
Durante toda la fermentación no se añade nada más que oxígeno (en el caso de microorganismos aerobios), un antiespumante, ácido o base para controlar el pH.
La composición del medio, la concentración de biomasa y la concentración de metabolitos generalmente cambian constantemente debido al metabolismo de las células.

Después de la inoculación de una solución nutritiva estéril con microorganismos y cultivo en condiciones fisiológicas, se observan cuatro etapas típicas de crecimiento.

Fase de latencia
Fase de registro
Fase estacionaria
etapa de la muerte

Proceso de cultivo por lotes

Un cultivo por lotes comienza con la esterilización y luego el cultivo estéril se inocula con los microbios (aproximadamente 2-5% del volumen total).
Los porcentajes de nutrientes, vitaminas y células microbianas en la mezcla de reacción y la diferencia de temperatura durante el ciclo de reacción.
La mezcla adecuada los mantiene en concentraciones y temperaturas aceptables.
El proceso se lleva a cabo en condiciones anaeróbicas, burbujeando oxígeno hacia adentro o hacia afuera, mientras que se agregan soluciones ácidas o alcalinas para controlar el pH.
Los antiespumantes se agregan cuando lo indica un sensor de espuma.
El crecimiento del microorganismo puede tener lugar durante días, semanas o meses.
En la fase de latencia se observa poco o ningún crecimiento al inicio de la fermentación, dependiendo de un equilibrio físico-químico entre el microorganismo y el ambiente.
Una vez que las células se han adaptado a las nuevas condiciones de crecimiento, entran en la fase exponencial.
Los metabolitos primarios se producen durante la fase logarítmica o exponencial y su formación disminuye cuando cesa el crecimiento. Por ejemplo, Saccharomices cerevisias produce etanol como su principal metabolito.
A medida que las células entran en la fase estacionaria, se producen metabolitos secundarios. La mayoría de los antibióticos se metabolizan como metabolitos secundarios. Por ejemplo, Penicillium crisógeno produce penicilina como metabolito secundario.
La fermentación termina cuando se alcanza una o más de las siguientes condiciones:
- El crecimiento microbiano se ha detenido debido al agotamiento de los nutrientes o la formación de compuestos tóxicos;
- Después de un período fijo predeterminado;
- Se ha alcanzado la concentración del producto deseado.

Aplicaciones de cultivo por lotes

Es útil para la construcción de biomasa (levadura de panadería) y metabolitos primarios (producción de ácido láctico, ácido cítrico, ácido acético o etanol).
En la industria alimentaria, los ácidos orgánicos se utilizan como conservantes o acidulantes (ácido láctico, ácido cítrico y ácido acético), bebidas alcohólicas (vino, cerveza y licores como brandy, whisky y ron) y edulcorantes (por ejemplo, aspartato) o los aminoácidos Se utilizan como agentes aromatizantes (p. ej., glutamato monosódico) los diversos productos fabricados a partir del cultivo discontinuo.

Limitaciones del cultivo por lotes

Debido al consumo de nutrientes y la acumulación de desechos, los microbios están expuestos a condiciones ambientales en constante cambio en el cultivo por lotes.
Después de alcanzar un punto final, se deben reiniciar los cultivos por lotes. En biorreactores grandes, lleva mucho tiempo vaciar, limpiar y volver a llenar el reactor.
En el cultivo por lotes, la baja productividad es consecuencia del alto tiempo de inactividad (tiempo sin producción que se dedica a limpiar, esterilizar y comenzar otro cultivo por lotes) durante dos lotes consecutivos.
Una acumulación de metabolitos tóxicos a veces puede inhibir el crecimiento celular y la síntesis de productos.

Referencias

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