Terreni colturali e materie prime

Le biomasse possono essere utilizzate integralmente per

l’alimentazione umana o animale o dopo

estrazione come fonte di diverse

macromolecole quali enzimi, lipidi, RNA. Le biomasse possono

essere utilizzate in forma vitale per la loro attivita’ su substrati complessi o ambienti particolari.

1) Biomasse

microbiche

Contenuto

Attivita’

2) Metaboliti

secondari

primari

Sono essenziali per la vita e la riproduzione della cellula: acidi organici, aminoacidi e loro intermedi, carboidrati,

vitamine, nucleotidi, lipidi, proteine etc.

Non sono essenziali per lo sviluppo e la riproduzione della cellula (spesso

prodotti di biosintesi a partire dai metaboliti primari). Molecole ad

attivita’ antimicrobica, immunomodulanti, antitumorali, inibitori dell’attivita’ proteasica

Il terreno colturale deve fornire al microrganismo tutte le sostanze nutritive necessarie alla crescita, alla produzione

di energia,e alla biosintesi dei metaboliti desiderati.

I nutriliti (fonti di carbonio, azoto, Sali inorganici, vitamine, fattori di crescita

ed eventuali precursori) devono essere nel giusto

rapporto!

Le condizioni utilizzate nella crescita industriale

possono essere lontane da quelle fisiologiche

Il primo requisito è che la composizione del terreno di coltura sia tale da fornire al microrganismo tutti gli elementi chimici

che si ritrovano nella biomassa finale

Il secondo requisito di un terreno di coltura per la produzione industriale è il suo costo contenuto

Gli altri criteri che guidano nella scelta sono legati all’influenza sul processo fermentativo infatti il terreno dovrebbe garantire:

o  la massima resa di prodotto o di biomassa per grammo di

substrato

o  la minima produzione di prodotti indesiderati,

o  dovrebbe limitare i problemi legati alla sterilizzazione

o  dovrebbe essere adatto alle caratteristiche del fermentatore

Terreni

Sintetici

:

Complessi:

grezze, utilizzato su larga scala.

Caratteristiche

:

generalmente assente, facile purificazione dei prodotti, scarsa capacita’ tamponante,

assenza di precursori, costi elevati.

Caratteristiche

:

componenti non sempre definiti, riformulazione non sempre possibile, schiuma generalmente presente, buona

capacita’ tamponante, possibile presenza di

precursori, elevate rese, costi contenuti, complessa

purificazione dei prodotti.

N.B. I terreni industriali generalmente utilizzati sono

Fonti di carbonio

v  Origine naturale (carboidratiche e non). v  Origine petrolchimica (non carboidratiche).

Carboidrati in forma pura

Monosaccaridi (glucosio) Disaccaridi (saccarosio, lattosio) Oligosaccaridi (maltodestrine) Polisaccaridi (amido, cellulosa)

Ormai sono disponibili sciroppi di glucosio ottenuti per idrolisi di amido. I carboidrati in forma pura sono molto costosi!!!

Carboidrati in forma grezza

Melasso:

e’ un sottoprodotto dell’industria

saccarifera, che proviene dalle acque di

cristallizzazione del saccarosio ottenuto per

estrazione da barbabietola in Europa e da canna da

zucchero in America. La sua composizione e’

variabile in funzione di diversi parametri tra cui

l’andamento stagionale. I melassi si presentano

come sostanze viscose, di colore bruno, e

differiscono tra di loro per il contenuto di saccarosio.

I melassi contengono polimeri azotati, acido

pantotenico, inositolo e biotina.

Con il termine melasso vengono spesso identificati altri sottoprodotti o residui di processi estrattivi per l’ottenimento di zuccheri diversi dal

saccarosio.

Corn molasse o hydrol, sottoprodotto del processo di produzione del

glucosio da amido di mais. 50-60 % di zuccheri, limitato contenuto di proteine ed elevata concentrazione di sali

Liscivio solfitico, residuo del processo di produzione della cellulosa dal

legname. 20 % di zuccheri fermentabili, esosi e pentosi. Esosi per

S.cerevisiae, pentosi per C. utilis

Cellulosa. Proveniente da numerosi residui agricoli e industriali.

Prevalentemente impiegati in coltura solida o semi-solida per la produzione di funghi a carpoforo.

Estratto di malto. Ottenuto da orzo sottoposto a

maltizzazione. Frazione zuccherina costituita da maltosio, esosi, trisaccaridi, destrine e pentosani. Tra

gli aa. la prolina rappresenta il 50 %.

Siero di latte. Sottoprodotto del settore lattiero-caseario.

C’_{e il problema dell}’_{incidenza dei costi di stoccaggio e}

trasporto!.

Amido e maltodestrine. Amido da mais e patata,

solitamente trattato in fermentatore con α-amilasi.

Maltodestrine ottenute per idrolisi acida o enzimatica dell’_amido.

Fonti di carbonio non carboidratiche

Fonte

Caratteristiche

Idrocarburi gassosi

Alcoli a catena corta

Polialcoli

Alcani Oli

Metano: utilizzato da un limitato numero di specie microbiche

Solubili e volatili, il metanolo solitamente fornito in feed.

Etanolo.

Glicerolo, mannitolo e sorbitolo

Paraffine: utilizzate come miscele C12:C18

Vegetali (cotone, soia, lino). Animali (lardo)

Fonti di azoto

Materie prime grezze

Acqua di macerazione o corn steep liquor

:

Sottoprodotto del processo di estrazione dell’amido

dal mais. Il costo e’

abbastanza contenuto e

rappresenta una fonte di sostanze azotate, minerali e

vitamine, in particolare del gruppo B. E’

caratterizzato da una composizione sia qualitativa che

quantitativa abbastanza variabile! A causa del grado di

acidita’ , ai terreni contenenti corn steep liquor si

aggiunge generalmente carbonato di calcio. Contiene

riboflavina, niacina, acido pantotenico, biotina e

piridossina.

Farina di semi di soia: la farina di soia degrassata

presenta un contenuto medio di proteine del 50 %.

Farina di semi di cotone: tipo Proflo

_e

Pharmamedia

.

Borlande di distilleria: provenienti dal processo di

distillazione dell’etanolo, contengono vitamine

(niacina e inositolo) e colina in notevole

quantita’.

Fonti di vitamine e fattori di crescita

generalmente presenti nelle materie prime grezze.

Estratto di lievito:

S. cerevisiae, K. marxianus, C. utilis.

Contiene amminoacidi, vitamine, glucosio e carboidrati di riserva del

lievito (glicogeno e trealosio). Peptoni: Ottenuti per idrolisi acida o enzimatica di materiale ad alto contenuto proteico. Idrolizzato di caseina:

Ottenuti per via chimica o enzimatica. Minerali: di solito sono gia’ contenuti nell’acqua e nei terreni utilizzati per le fermentazioni industriali.

Agenti antischiuma

Gli agenti antischiuma agiscono riducendo la tensione superficiale con conseguentemente abbattimento della schiuma

Quali sono le caratteristiche principali di un agente antischiuma???

- Rapida dispersione all’interno della coltura

- Buona attivita’ a bassa concentrazione - Attivita’ prolungata nel tempo

-  Atossicita’

-  Buona termostabilita’

-  Costi contenuti

-  Compatibilita’ con i processi

fermentativi.

Oli  vegetali

Antischiuma   sintetici  (siliconi  e   polipropilenglicole)

Altri fattori importanti nella

composizione di un terreno

colturale

Requisiti base dei terreni di coltura

Il primo requisito è che la composizione del terreno di coltura sia tale da fornire al microrganismo tutti gli elementi chimici che si ritrovano nella biomassa finale

Il secondo requisito di un terreno di coltura per la produzione industriale è il suo costo contenuto

Gli altri criteri che guidano nella scelta sono legati all’influenza sul processo fermentativo infatti il terreno dovrebbe garantire:

o  la massima resa di prodotto o di biomassa per grammo di substrato

o  la minima produzione di prodotti indesiderati,

o  dovrebbe limitare i problemi legati alla sterilizzazione

o  dovrebbe essere adatto alle caratteristiche del fermentatore

Full factorial search

Prove in cui una variabile indipendente (concentrazione di nutriente, pH, temperatura ecc..) viene fatta variare mentre si lasciano costanti gli altri parametri, quindi la procedura va ripetuta per tutte le variabili

Numero di prove=

x

n

x è il numero di livelli (valore che si vuole valutare per ogni variabile)

Full factorial search

Numero di prove=

x

n

Tre nutrienti a due concentrazioni: 2

_{8 prove}

Sei nutrienti a tre concentrazioni : 3

₌₇₂₉

prove !!!!!!!!!

Il numero di combinazioni aumenta all’aumentare

delle variabili in maniera esponenziale!!!!!!!

Coltura sommersa (aerobi):

processo condotto in condizioni di aerazione e agitazione.

Coltura stazionaria (anaerobi e

aerobi): processo non aerato, a volte sottoposto a blanda agitazione