Presentacion sobre el cultivo de microorganismos a nivel industrial. Incluyendo informacion sobre los sistemas de crecimiento, biorreactores, cultivos industriales de microorganismos, tejidos y celulas, sustratos y reglas de seguridad biologica

1. Quimica
bioindustrial 252
PREPARACION DE MEDIOS DE CULTIVOS INDUSTRIALES

2. El Sistema Industrial
• Necesita ser a gran escala para ser rentable
• Barato y grandes
• Organismos con valor Industrial
• Crecer y sintesizar a gran escala
• Producir esporas u otra manera facil de inocular
• Crecer en medio de cultivo liquido y barato
• Ideal si crecen con desechos de otra industria
• No debe ser patogeno

3. Intro
 Microbiologia Industrial tiene larga historia
 Incas 3,5000
 Papas procesadas con calor y frio
 Europeos siglo XVII
 Ahumado
 Americanos – Revolucion Industrial
 Barcos y almacenes refrigerados
 1840 Nicolas appert esterilizo latas usando autoclave
 Empiezan usar calor en procesos industrials
 30 años despues viene Pasteur

4. Intro
 La industria se tecnifica
 Cadena Logistica
 Empujada por el consumidor
 Comida facil y rapida
 Tecnologia se apoya de naturaleza investigacion
 Basada en Microbiologia y Quimica

5. El Sistema Industrial
Otras
materias
Sistema
Industrial
Tecnologia
Ingenieria
de procesos
Bienes del
equipo
Quimicas de
los alimentos
Legislacion
Analisis de
producto
Control de
calidad
Microbiologia
Viabilidad
economica
Mercado
Costes
Beneficio

6. Materias Primas
 Base de la industria
 Se basan en nutrientes
 H20, carbohidratos, lipidos, vitaminas, minerals, proteinas
 Su extraccion y preservacion son proceso complejo
 El proceso industrial empieza por paro de microorganismos no
deseados
 Empresas incurren grandes costos para preserver materias primas
 5 Operaciones
 Pasteurizacion
 Esteralizacion
 Refrigeracion
 Congelacion
 Secado

7. Escalado de fermentacion
• Transferencia de pequeña escala hasta equipo commercial.
• Procesos biocataliticos raramente son iguales
• Fermentacion y areacion mas faciles en escala pequeña
• Mayoria de procesos son aerobicos
• Escalado es tarea de ingeniero bioquimico
• Conoce
• Transferencia de gases
• Dinamica de fluidos
• Termodinamica

8. Proceso de Escalado
1.Prueba de Matraz
2.Fermentador de Laboratorio
3.Planta piloto
4.Fermentacion commercial
• El proceso es complejo se necesita conocer
• Biologia de organismo
• Geometria y manejo del fermentador

9. Eschema de proceso quimico
Materia
prima
Tratamiento
fisico
Proceso
quimico
Tratamiento
fisico
Producto
Recirculacion

10. Cinetica
 El objetivo de la Cinetica Quımica consiste en explorar
las leyes que rigen el cambio de la composicion de un
sistema en el tiempo y su relacion con las variables que
definen su estado, en particular, con la presion, la
temperatura y la composicion. La velocidad de
reaccion de un sistema reactivo.
Producto
Reactivo
tiempo

11. Clasificacion de reacciones quimicas
 Sistemas monofasicos
 Reacciones homogeneas
 Se conoce equilibrio quimico + cinetica quimica
 Usualmente son gaseosas o con liquidos miscibles
 Sistemas multifasicos
 Reacciones heterogeneas
 Acoplar fenomenos fisicos
 Saber si es de una o mas fases
 Fases:
 Gas – liquid
 Gas – solido
 Liquidoo – solido
 Liquido – inmiscibles
 Pueden ser polifasicas, 3 o mas fases

12. Clasificacion de reacciones quimicas
 Bomba Netzsch
 Uso en sistemas multifasicos
 Mezclar sustancias como jarabes o yogurt

13. Biorreactor
 Un biorreactor es un recipiente o sistema que mantiene un
ambiente biológicamente activo. En el se lleva a cabo un
proceso químico que involucra organismos o
sustancias bioquímicamente activas derivadas de dichos
organismos
 Se clasifican primeramente de acuerdo al modo de
operación: discontinuo, semicontinuo, continuo.
 La operación de un biorreactor puede ser de tres modos distintos:
• Lote (batch) -por lotes o tandas, sin alimentación
• Lote alimentado (fed-batch)- con alimentación de entrada
• Continuo o quimiostato - una línea de entrada o alimentación y
drena una línea de salida

14. Biorreactor
• Contenedor
• Se le llama fermentador
• Variable en tamaño desde 5L hasta 500,000L
• 2 clases
• Anaerobicos
• Son simples, solo eliminar exceso de calor
• Aerobicos
• Complejos, necesitan Sistema de areacion

15. Biorreactor
• Eschema del comportamiento del reactor
Quimica
Trans.
materia
Trans.
calor
Contacto
Ecuacion del modelo:
Salida = f (entrada, cinetica, contacto)
Cinetica
Entrada Salida
Reactor

16. Biorreactor

17. Biorreactor

18. Medios de cultivo
DE LA MICROBIOLOGIA INDUSTRIAL

19. Medios de cultivo.
Son una mezcla de nutrientes que, en
concentraciones adecuadas y en condiciones
físicas óptimas, permiten el crecimiento de los
microorganismos. Son esenciales en el
Laboratorio de Microbiología por lo que un
control en su fabricación, preparación,
conservación y uso, asegura la exactitud,
confiabilidad y reproducibilidad de los
resultados obtenidos.

20. Evolución
La primera noticia de la utilización de medios de cultivo llega del
micólogo Brefeld, que consiguió aislar y cultivar esporas de
hongos en medios sólidos realizados a base de gelatina. Este
sistema no era adecuado para las bacterias (por su menor
tamaño) y no fue hasta el año 1878 cuando Lister popularizó un
método enfocado al cultivo puro basado en diluciones seriadas
en un medio líquido.

21. Clasificación
De acuerdo a la naturaleza de sus constituyentes
 Medios naturales o complejos: constituidos por sustancias complejas de origen animal o
vegetal, las que son usualmente complementadas por la adición de minerales y otras
sustancias.
 Medios definidos o sintéticos: son los medios que tienen una composición química
definida cuali y cuantitativamente. Generalmente se usan en trabajos de investigación.
De acuerdo al uso del medio de cultivo
 Medios de enriquecimiento: son medios líquidos que favorecen el crecimiento de un tipo
de microorganismo en particular.
 Medios diferenciales: son medios que contienen indicadores de productos derivados de
la actividad microbiana de los microorganismos. No contienen ningún tipo de sustancia
con actividad antimicrobiana.
Atendiendo a su estado físico
Líquidos
Semisólidos
Sólidos

22. Preparación
Los medios de cultivo se pueden preparar en el
laboratorio a partir de cada uno de sus constituyentes
básicos, o por simple rehidratación de productos
asequibles comercialmente (medios de cultivo
deshidratados). Generalmente se prefiere el uso de los
medios de cultivo deshidratados porque, además de
simplificar el trabajo, con ellos se tiene mayor
probabilidad de obtener resultados reproducibles.

23. Condiciones generales para el
cultivo
Disponibilidad de nutrientes adecuados
 Un medio de cultivo adecuado para la investigación microbiológica ha
de contener, como mínimo, carbono, nitrógeno, azufre, fósforo y sales
inorgánicas. En muchos casos serán necesarias ciertas vitaminas y otras
sustancia inductoras del crecimiento.
Consistencia adecuada del medio
 Partiendo de un medio líquido podemos modificar su consistencia
añadiendo productos como albúmina, gelatina o agar, con lo que
obtendríamos medios en estado semisólido o sólido.
 Actualmente los medios sólidos son de uso universal, por su versatilidad y
comodidad, pero hay también gran cantidad de medios líquidos cuyo
uso está ampliamente extendido en el laboratorio.
Presencia (o ausencia) de oxígeno y otros gases
 Gran cantidad de bacterias pueden crecer en una atmósfera con tensión
de oxígeno normal. Algunas pueden obtener el oxígeno directamente de
variados sustratos. Pero los microorganismos anaerobios estrictos sólo se
desarrollarán adecuadamente en una atmósfera sin oxígeno ambiental.

24. Condiciones adecuadas de humedad
 Un nivel mínimo de humedad, tanto en el medio como en la atmósfera, es
imprescindible para un buen desarrollo de las células vegetativas microbianas
en los cultivos.
Luz ambiental
 La mayoría de los microorganismos crecen mucho mejor en la oscuridad que en
presencia de luz solar. Hay excepciones evidentes como sería el caso de los
microorganismos fotosintéticos.
pH
 La concentración de iones hidrógeno es muy importante para el crecimiento de
los microorganismos. La mayoría de ellos se desarrollan mejor en medios con un
pH neutro, aunque los hay que requieren medios más o menos ácidos.
Temperatura
 Los microorganismos mesófilos crecen de forma óptima a temperaturas entre 15
y 43 oC. Otros como los psicrófilos crecen a 0 oC y los temófilos a 80 oC o incluso
a temperaturas superiores (hipertemófilos).
Esterilidad del medio
 Todos los medios de cultivo han de estar perfectamente estériles para evitar la
aparición de formas de vida que puedan alterar, enmascarar o incluso impedir
el crecimiento microbiano normal del o de los especimenes inoculados en
dichos medios.

25. Preparacion de Medios de cultivo.

26. ¿QUÉ ES UN SUSTRATO?
UN SUSTRATO ES TODO MATERIAL SÓLIDO
DISTINTO DEL SUELO, NATURAL, DE SÍNTESIS O
RESIDUAL, MINERAL U ORGÁNICO, QUE,
COLOCADO EN UN CONTENEDOR, EN
FORMA PURA O EN MEZCLA

27. otra definición de sustrato.
 Un sustrato es un material mineral u
orgánico, que se utiliza como sostén
de un microorganismo durante su
crecimiento y a nivel agrícola la
producción de la planta.

28. químicas de los
sustratosPH
DEPENDIENDO SU NIVEL DE ACIDO O BÁSICO,
SERÁ LA DISPONIBILIDAD DE NUTRIMENTOS.
CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA
DE ESTA DEPENDERÁ A LA CONCENTRACIÓN
DE SALES QUE SE ENCUENTREN EN EL SUSTRATO
Y FACILIDAD DE ASIMILACIÓN DE NUTRIENTES
QUE TENGA.
CANTIDAD DE CATIONES (CA, MG, NA, NH4, K,
H) QUE PUEDE CONTENER DE SUSTRATO PARA
PODER NUTRIR EL MEDIO DE CULTIVO.

29. Propiedades físicas de los sustratos
 Suficiente suministro de aire. 85% porosidad
total.Macroporos>20% .Elevada porosidad.
Porosidad
Es el espacio que existe entre el mismo sustrato, el cual va estar
ocupado por un ambiente adecuado y agua, la porosidad de
un buen sustrato es de un 20 a un 30% la cual permitirá un
crecimiento adecuado para cualquier organismos.

30. Propiedades físicas de los sustratos
 Densidad
 Es conocer el espacio que ocupa, real y
aparentemente, ya que de forma real
sabemos cuanta porosidad tiene el sustrato
(%) y de forma aparente sabemos el
tamaño de bolsa que necesitamos para
que contenga el sustrato.

31. Propiedades biológicas.
 Cualquier actividad biológica en los
sustratos es claramente perjudicial. Los
microorganismos compiten por oxígeno y
nutrientes.

32. Características de un buen sustrato
 Alta retención de humedad
 Buen drenaje
 Circulación de aire
 Libre de enfermedades
 Estar disponible y a bajo costo
 Materiales reciclables o no contaminantes

33. CARACTERÍSTICAS DEL SUSTRATO
IDEAL
 El mejor medio de cultivo depende de numerosos factores como
son el tipo de materiales.
 Para obtener buenos resultados durante la germinación, el
enraizamiento a nivel vegetal y el crecimiento de microorganismos.

34. TIPOS DE SUSTRATOS
Existen diferentes criterios de clasificación de
los sustratos, basados en el origen de los
materiales, su naturaleza, sus propiedades, su
capacidad de degradación,

35. Según sus propiedades
 Sustratos químicamente inertes. Arena granítica o silícea,
grava, roca volcánica, perlita, arcilla expandida, lana de
roca, etc.
 Sustratos químicamente activos. Turbas rubias y negras,
corteza de pino, vermiculita, materiales ligno-celulósicos,.
Turbas rubias y negras, corteza de pino, vermiculita,
materiales ligno-celulósicos,

36.  Las diferencias entre ambos vienen determinadas por la
capacidad de intercambio catiónico o la capacidad de
almacenamiento de nutrientes por parte del sustrato.

37. Velocidad de descomposición.
 Velocidad de descomposición.
 La velocidad de descomposición es función de la población
microbiana y de las condiciones ambientales en las que se
encuentre el sustrato. Efectos de los productos de descomposición.
 Muchos de los efectos biológicos de los sustratos orgánicos se
atribuyen a los ácidos húmicos y fúlvicos, que son los productos
finales de la degradación biológica.

39. Cultivos industriales
DE CÉLULAS Y TEJIDOS

40. El cultivo celular es el proceso mediante el cual las células,
ya sean células procariotas o eucariotas, pueden cultivarse en
condiciones controladas. En la práctica el término "cultivo
celular" se usa normalmente en referencia al cultivo de
tejidos y de células aisladas de eucariotas pluricelulares,
especialmente células animales.

41. Aislamiento de células
Las células pueden ser aisladas de los tejidos para cultivos in
vitro de muchas maneras. Las células pueden ser purificadas
con facilidad de la sangre, sin embargo sólo los leucocitos
son capaces de crecer en cultivo

42. Las células mononucleares se pueden liberar de los tejidos
blandos mediante hidrólisis enzimática con enzimas como la
colagenasa, tripsina o pronasa, que degradan la matriz
extracelular. Como alternativa se pueden colocar trozos de tejido
en medio de crecimiento, y las células que crecen son aptas para
el cultivo. Este método es el conocido como cultivo de explantos.

43. Mantenimiento de células en cultivo.
Las células se cultivan y mantienen a una apropiada temperatura y
mezcla de gases (habitualmente, 37°C, 5% CO2 y 95% O2) en un
incubador celular. Las condiciones de cultivo varían ampliamente
para cada tipo celular, y la variación de las condiciones para un
tipo celular concreto, puede dar lugar a la expresión de diferentes
fenotipos.

44. Además de la temperatura y la mezcla de gases, el factor más
comúnmente variado en los sistemas de cultivo es el medio de
crecimiento para cultivo celular. Las recetas para los medios de
crecimiento pueden variar en pH, concentración de glucosa,
factores de crecimiento y la presencia de otros componentes
nutritivos.

45. Los factores de crecimiento usados para suplementar a los
medios derivan a menudo de sangre animal, como el suero
bovino. Estos ingredientes derivados de la sangre plantean
una potencial contaminación con virus o priones de los
productos farmacéuticos derivados.

46. Aplicaciones del cultivo celular
El cultivo masivo de líneas celulares animales es fundamental para
la manufactura de vacunas virales y diversos productos
biotecnológicos. Los productos biológicos producidos mediante la
tecnología del ADN recombinante en cultivo celular incluyen
enzimas, hormonas sintéticas, inmunobiológicos (anticuerpos
monoclonales, interleucinas, linfoquinas y agentes
anticancerígenos).

60. ELIMINACIÓN DEL MATERIAL
CONTAMINADO
BIOSEGURIDAD INDUSTRIAL

61. Bioseguridad Industrial
 En los laboratorios, la
descontaminación y la
eliminación
 de desechos son
operaciones estrechamente
 relacionadas. En el trabajo
cotidiano, algunos
materiales
 contaminados son
destruidos, mientras que la
mayor parte de la cristalería,
los instrumentos y la ropa del
laboratorio vuelve a
utilizarse.
 El principio básico es que
todo el material que ha
estado en contacto
 con microorganismos
(potencialmente infeccioso)
 ha de ser descontaminado,
esterilizado en autoclave o
incinerado.
 Un residuo infeccioso puede
definirse como aquel
 material capaz de producir
una infección, y en el
laboratorio
 de microbiología los mismos
son generados
 cada vez que se realiza un
ensayo microbiológico de
 rutina, porque el material
empleado ha entrado en
 contacto con
microorganismos. Su
manipulación debe
 ser realizada con mucho
cuidado, para evitar la
 contaminación del
ambiente y del personal
que trabaja en el
laboratorio. (Bioseguridad)

62. ELIMINACIÓN DEL MATERIAL
CONTAMINADO
 • Todo el material
contaminado (vidrio,
metálico, etc.) deberá ser
colocado en
 recipientes irrompibles y
resistentes al calor, ubicados
en el área de trabajo. Si
 el material es desechable
debe ser colocado
directamente en las bolsas
rojas
 de desechos biológicos para
posteriormente ser
esterilizados y descartados.
 • No se debe retirar el
material contaminado una
vez que ha sido colocado en
 los recipientes destinados a
su recolección, pues ello
puede ocasionar accidentes
 por cortaduras, pinchazos o
contacto directo con
material contaminado.
 • No se debe transferir el
material de un recipiente a
otro.
 • Las pipetas deben
descartarse dentro de
recipientes plásticos
especiales que
 contengan en el fondo una
solución desinfectante.
 • Los materiales punzantes
deben descartarse en
recipientes especiales a
prueba de perforaciones. En
el caso de las agujas nunca
se les debe colocar
directamente
 el protector plástico.
 • Las láminas porta-objetos,
así como los cubre-objetos,
se deben descartar
recipientes
 plásticos especiales que
contengan en el fondo una
solución desinfectante.
 • Todos los recipientes que
contienen material
contaminado deberán
trasladarse
 al área de esterilización,
lavado y preparación en
carros diseñados para
transporter material.

63. ELIMINACIÓN DEL MATERIAL
CONTAMINADO
 • No se deben dejar por
ningún motivo, recipientes
con material contaminado
en
 los pasillos o en lugares que
no correspondan al área de
trabajo o esterilización.
 • Todo material reutilizable
contaminado deberá seguir
la siguiente secuencia de
 tratamiento:
 1. Esterilización
 La esterilización por calor
húmedo (autoclave) es uno
de los métodos
 más empleados para la
descontaminación de
medios de cultivo y
 cualquier material que
contiene sustancias que se
pueden adherir al
 emplear la esterilización por
calor seco (horno).
 2. Lavado
 3. Secado
 4. Preparación
 5. Esterilización
 6. Almacenamiento
 • Todo material no
reutilizable contaminado
deberá seguir la siguiente
secuencia
 de tratamiento:
