Definiciones fermentación

Definiciones clave en el crecimiento microbiano:

1. Biomasa ($X$):

   • Es la concentración de células microbianas viables en el cultivo (ej: bacterias, levaduras, hongos).

   • Se mide en gramos de células por litro ($g\mathrm{/}L$) o como densidad óptica (DO).

   • Variación durante el crecimiento:

     • Fase de latencia: No hay aumento (las células se adaptan al medio).

     • Fase exponencial: Aumenta rápidamente ($X=X_0\cdot e^{\mu t}$).

     • Fase estacionaria: Se estabiliza (nutrientes limitantes o acumulación de tóxicos).

     • Fase de muerte: Disminuye por lisis celular.

2. Sustrato ($S$):

   • Es el nutriente limitante (ej: glucosa, lactosa) que consumen los microorganismos para crecer y producir energía.

   • Variación durante el crecimiento:

     • Se consume rápidamente en la fase exponencial (alta demanda para crecimiento).

     • En la fase estacionaria, su concentración es casi nula (limitación).

     • En fermentaciones, su agotamiento puede detener la producción de metabolitos.

3. Metabolitos ($P$):

   • Son compuestos producidos por las células, como:

     • Primarios (asociados al crecimiento: etanol, ácido láctico).

     • Secundarios (no asociados al crecimiento: antibióticos, toxinas).

   • Variación durante el crecimiento:

     • Tipo I (asociados): Se producen en paralelo al crecimiento (ej: etanol en levaduras).

     • Tipo II (mixtos): Aparecen en ambas fases (ej: ácido cítrico).

     • Tipo III (no asociados): Se sintetizan en fase estacionaria (ej: penicilina).

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Relación entre ellos:

• Ecuación de Monod: $\mu =\frac{{\mu }_m\cdot S}{K_S+S}$ explica cómo $\mu$ (y por tanto el crecimiento $X$) depende de $S$.

• Rendimientos:

  • $Y_{X\mathrm{/}S}$: Gramos de biomasa producidos por gramo de sustrato consumido.

  • $Y_{P\mathrm{/}S}$: Gramos de metabolito por gramo de sustrato.

Ejemplo gráfico (batch):

• Al inicio: $S$ alto, $X$ baja, $P$ bajo.

• Fase exponencial: $S$ disminuye, $X$ aumenta, $P$ aumenta (si es Tipo I/II).

• Fase estacionaria: $S\approx 0$, $X$ constante, $P$ puede seguir aumentando (Tipo III).