producciÓn de biomasa proteÍna unicelular
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PRODUCCIÓN DE BIOMASA. PROTEÍNA UNICELULAR
M.C. OCAMPO SUAREZ
INTRODUCCIÓN
El término proteína unicelular ( PUC ) se
emplea para referirse a microorganismos tales
como bacterias, levaduras, algas y hongos
filamentosos, que son empleados para
alimentación humana o animal,
principalmente por su alto contenido en
proteínas.
El hombre ha consumido microorganismos
presentes en alimentos fermentados desde
hace siglos y más recientemente empleo para
consumo animal microorganismos derivados
de la producción de cerveza y de bebidas
alcohólicas
Pero el alto costo de su producción sólo es
competitivo en ciertas circunstancias con
respecto de las proteínas de origen vegetal.
Los microorganismos crecen rápidamente, lo
cual es una de las razones más importantes
para su interés en su producción industrial.
Bacterias de los géneros Methilomonas,
Pseudomonas, Bacillus y Aerobacter tuvieron
en los 60 gran interés debido a su alta
velocidad de duplicación y alto contenido
proteico pero el incremento del costo de los
sustratos (metano, metanol, hidrocarburos...)
han limitado su aplicación.
Sin embargo ciertas especies de levaduras,
como Candida utilis, Saccharomyces
cerevisiae y Kluyveromycees fragilis
(k.marxianus) han sido aceptadas para
alimentación humana y producidas
continuamente desde la Segunda Guerra
Mundial.
En la actualidad se producen comercialmente
los hongos Gliocladium deliquescens,
Paecilomyces varioti y Fusarium graminearum
y las algas Spirulina y Chlorella
En cuanto al sustrato, aunque la atención inicial se centró en hidrocarburos y derivados del petróleo recientemente se ha derivado hacia recursos renovables como residuos agrícolas y subproductos industriales
En muchos casos los sustratos requieren de
un pretratamiento fisico, químico o enzimático
previo a la fermentación. Los residuos
agrícolas forestales, por ejemplo deben ser
hidrolizados a azúcares simples o sometidos a
una deslignificación parcial para que puedan
ser fácilmente accesibles a los
microorganismos.
PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS DE ORGANISMOS UNICELULARESSUSTRATOS.
Los principales sustratos utilizados son:
A. AlcanosB. Alcoholes C. Carbohidratos.
La Candida utilis se obtuvo en ambas guerras
mundiales como suplemento proteico por
fermentación de caldos de sulfito desecho de
plantas de celulosa y por crecimiento en
melazas en Jamaica
En 1974 en Finlandia se desarrollo el proceso
Pekilo para la producción de proteínas de
organismos unicelulares fúngicos para
alimentación animal haciendo crecer
Paecilomyces varioti utilizando como sustrato
caldos de sulfito.
La celulosa de fuentes naturales y restos de
madera como material de partida para la
producción de PUC frecuentemente necesita
de un pretratamiento térmico o químico
combinado con la hidrólisis enzimática.
El suero de leche entera o el desproteizado
son una fuente de carbohidratos que crea
problemas de eliminación, de variaciones
estacionales de suministro y elevado
contenido en agua.
Aunque la mayoría de los organismos no
utilizan lactosa como fuente de carbono, las
levaduras Kluyveromyces fragilis crecen
fácilmente en este carbohidrato por lo que se
han construido plantas utilizándolo para la
producción de PUC.
El proceso Symba diseñado en Suecia para
producir PUC utiliza dos cepas de levaduras;
Saccharomycopsis fibuligera que produce
enzimas para la degradación del almidón y
permite el cocrecimiento de Candida utilis fue
diseñado para aprovechar los deshechos del
procesado de patata
El proceso original de BP ( British Petroleum ) para
producir PUC mediante la fermentación de alcanos
que aunque el coste del sustrato ( ceras
contenidas en el gas-oil) era bajo hubo de cerrar
debido a los inconvenientes de eliminar de las
levaduras producidas los carcinógenos y el mal
olor mediante un exhaustivo proceso de extracción
y además existía cierta tendencia a la
contaminación microbiana
ICI escogió metanol como sustrato para la
producción de PUC para consumo animal,
usando Methilophilus methylotrophus pero
también hubo de cerrar con el aumento del
precio del metanol
Pure Culture Products utilizó etanol como
sustrato y Candida para producir proteínas de
calidad alimentaría hasta que dejo también de
ser rentable.
RENTABILIDAD DE LA PRODUCCIÓN DE PROTEÍNAS UNICELULARES.
La filosofía inicial de ICI y BP era obtener a
bajo costo proteínas de alto valor a partir del
petróleo, para ser añadidas a los alimentos
industriales, como sustitos de aditivos
proteicos importados como la harina de soja
Pero se vio resentida por el incremento del
precio del crudo ( 1973 ) pues el sustrato
suponía de un 40 a un 60% de los costes
totales de fabricación.
La agricultura principal competidor, tiene una
gran capacidad para responder a las
demandas del mercado manteniendo los
precios, y los cultivos convencionales de soja,
cacahuetes, semillas de colza, semillas de
algodón, habas...ricos en proteínas ganaron el
mercado de las proteínas unicelulares
destinadas a la alimentación animal
Así que RHM y Pure Control Products dirigieron
sus productos hacia el mercado de la
alimentación humana. RHM produjo
sucedáneos de carne de alto valor añadido
con alto porcentaje en fibra y un 50% de
proteínas
ELECCIÓN DEL MICROORGANISMO.
Se deben tener en cuenta criterios como:
El sustrato necesario Posibles suplementos del mismo La velocidad de crecimiento Productividad Rendimiento del sustrato E PH La temperatura La aireación,
Morfología del crecimiento en el fermentador, Seguridad y no patogenicidad, Ausencia de productos tóxicos, Facilidad de recuperación de las proteínas de
organismos unicelulares, la composición proteica,
El contenido de RNA ( indeseable para la utilización humana )...
Los hongos tienen la capacidad de degradar
un amplio rango de productos vegetales y son
fáciles de recuperar por filtración, pero son
difíciles de airear en su morfología
filamentosa que optimiza la velocidad de
crecimiento de los mismos.
Por su parte las bacterias crecen muy
rápidamente pero exigen de refrigeración en
el fermentador
Las bacterias y levaduras son más fáciles de
airear pero más difíciles de recuperar que los
hongos, exigiendo técnicas de sedimentación
y centrifugación.
Además aunque las bacterias tienen mayor
contenido proteico que los hongos éstas
tienen un nivel mayo de RNA indeseable
nutricionalmente
DISEÑO DEL FERMENTADOR.
Económicamente el proceso debe realizarse
en el mínimo de fermentadores posibles a
gran escala.
Con objeto de maximizar la productividad es
esencial operar en procesos continuos,
manteniendo velocidades de crecimiento
microbiano elevadas y minimizando el tiempo
de residencia en el reactor
Un parámetro de vital importancia es una
elevada velocidad de transferencia de oxígeno
que implica una elevada productividad y gran
desprendimiento de calor metabólico que
debe ser refrigerado eficazmente.
EL agitado debe efectuarse mecánicamente
con deflectores con mezcladores de turbina y
aireación mediante difusores.
