La fermentación sumergida, a diferencia de la fermentación superficial o en estado sólido, hace crecer los microorganismos en un medio nutritivo líquido. Este enfoque permite que las industrias obtengan sus productos en grandes cantidades de manera eficiente, constante y amplia.
En este artículo, examinamos 12 usos fascinantes de la fermentación sumergida.
Entendiendo la fermentación sumergida
A diferencia de la fermentación tradicional en estado sólido, que depende de bajos niveles de humedad, la fermentación líquida ocurre en tanques llenos de líquido o biorreactores.
El ambiente dentro de estos tanques se controla meticulosamente para optimizar el desarrollo y la actividad de los microorganismos. El resultado es una técnica de producción escalable y eficiente que puede satisfacer las demandas de la industria global.
Durante la fermentación, los microbios, como las levaduras, los hongos y las bacterias, crean una serie de sustancias químicas como subproductos al consumir azúcares y otros recursos. Numerosos productos que utilizamos a diario, como el ácido cítrico, los antibióticos y el etanol, se elaboran a partir de estos subproductos.
Los 12 usos de la fermentación sumergida
A pesar de que hoy en día no se conoce mucho sobre la "fermentación sumergida", esta desempeña un papel muy importante en la vida cotidiana. La fermentación de microorganismos en tanques llenos de líquidos se ha convertido en un proceso fundamental para la producción de productos que van desde medicamentos hasta suplementos alimenticios.
La fermentación líquida ha revolucionado la industria manufacturera gracias a la producción de enzimas utilizadas en detergentes y medicamentos, así como de ácido cítrico, que realza el sabor de nuestras bebidas. Aquí encontrará más aplicaciones.
1. Ácido cítrico fabricado
De todos los usos de la fermentación sumergida, la producción de ácido cítrico puede ser uno de los más ampliamente reconocidos. Inicialmente, el ácido cítrico se extraía de frutas cítricas. Pero ahora la fermentación sumergida se utiliza para la producción de más del 99 por ciento de ácido cítricoEl método utiliza Aspergillus niger, un hongo con una eficacia excepcional en la transformación de multitud de azúcares en ácido cítrico en grandes tanques agitados.
El ácido cítrico se utiliza en refrescos, caramelos y productos de limpieza. Su función principal es actuar como conservante y estabilizador, además de ser un agente aromatizante.
La industria de alimentos y bebidas depende en gran medida de la fermentación líquida, ya que el uso de ácido cítrico sigue aumentando a nivel mundial.
2. Enzimas para uso industrial
Dado que aceleran las reacciones biológicas, las enzimas son esenciales en diversos sectores, como el procesamiento de alimentos, los medicamentos, los textiles y los detergentes. Hoy en día, enzimas como la celulosa, la amilasa y la proteasa se pueden producir en grandes cantidades gracias a la fermentación.
Las proteasas, por ejemplo, degradan las proteínas de los detergentes para ropa, mientras que las amilasas mejoran la calidad de la masa horneada.
Las industrias pueden crear enzimas a gran escala cultivando cepas específicas de microbios en tanques agitados que son ricos en nutrientes. Esta estrategia garantiza un suministro constante de enzimas, lo que ayuda a las empresas a desarrollar productos que satisfacen una variedad de demandas de los consumidores, como una mejor eliminación de manchas o productos horneados más suaves.
3. Producción masiva de antibióticos para combatir infecciones
La fermentación sumergida es un componente clave de la industria farmacéutica, especialmente para sintetizar antibacterianos.
Uno de los antibióticos más comunes (penicilina) se obtiene a partir del moho Penicillium chrysogenum. Este moho se cultiva en condiciones sumergidas. Para evitar la contaminación y garantizar la pureza y la potencia de los antibióticos finales, el proceso de fermentación debe realizarse en condiciones estériles.
Gracias a la capacidad de controlar con precisión la temperatura, el pH y los niveles de oxígeno en tanques agitados, la fermentación líquida se ha convertido en el estándar de la industria para la creación de antibióticos de alta calidad. Antibióticos que satisfacen las necesidades de los sistemas de salud de todo el mundo.
4. Aminoácidos para la salud y la nutrición
Los aminoácidos son vitales para la salud humana y animal. Se utilizan en medicamentos, alimentos para animales y suplementos.
La fermentación microbiana puede producir de manera eficiente aminoácidos como el ácido glutámico y la lisina mediante la fermentación sumergida. Los aminoácidos se producen como subproductos del crecimiento de bacterias u hongos en tanques ricos en nutrientes.
Se espera que aumente la demanda de aminoácidos. Alcanzar más de 1.500 millones de TBP en 2030, y la fermentación sumergida proporciona estos compuestos de manera sostenible y rentable. Esta técnica de producción es crucial para las industrias centradas en la nutrición y la salud.
5. Producción de etanol
Los biocombustibles como el etanol son cada vez más populares como fuentes de combustible sostenible. La Saccharomyces cerevisiae y otras levaduras convierten los azúcares en dióxido de carbono y etanol durante la fermentación sumergida. Este método es especialmente útil para crear bioetanol, un sustituto más ecológico de los combustibles fósiles.
La fermentación líquida ofrece una forma escalable de producir etanol eficazmente. Reduce las emisiones de carbono y promueve un futuro más verde, ya que se prevé un rápido crecimiento del mercado mundial de biocombustibles.
6. Producción de vitaminas para suplementos y alimentos fortificados
La producción de vitaminas requiere fermentación sumergida, especialmente para vitaminas del complejo B como la B2 (riboflavina) y la B12. Estas vitaminas son comunes en suplementos dietéticos y alimentos fortificados, ya que son esenciales para el metabolismo, la producción de energía y la salud en general. El cultivo de bacterias y levaduras en fermentación líquida produce grandes cantidades de estas vitaminas.
La fermentación sumergida cumple con los estándares de las industrias alimentaria y farmacéutica, ofreciendo alta pureza y calidad constante. Como resultado, la fermentación líquida se ha consolidado como una fuente de vitaminas fiable y eficaz en la industria del bienestar.
7. Producción de ácidos orgánicos
Fermentación sumergida Produce otros ácidos orgánicos además del ácido cítrico. Este proceso también produce ácidos acético, láctico y glucónico. Estos ácidos tienen numerosos usos en plásticos biodegradables, medicamentos y conservación de alimentos.
Por ejemplo, el ácido glucónico se utiliza en suplementos de calcio. El ácido láctico se utiliza ampliamente en la industria alimentaria para la conservación. Como una opción más ecológica que la síntesis química convencional, la fermentación líquida permite la producción a gran escala de estos ácidos.
8. Agentes aromatizantes para la industria alimentaria
El desarrollo de compuestos de sabor naturales es otra función vital de la fermentación sumergida. Por ejemplo, los ésteres aportan matices florales o frutales a los alimentos y bebidas. Las industrias pueden producir estos sabores de forma sostenible y bajo control sin aditivos artificiales empleando microorganismos de fermentación específicos.
Estos agentes aromatizantes naturales ayudan al mercado mundial de aromas y fragancias a satisfacer la demanda de los consumidores de productos más limpios y con sabores naturales. Estos sabores deseados se pueden producir de manera constante y escalable mediante la fermentación sumergida.
9. Biopesticidas para una agricultura ecológica
Los biopesticidas se han convertido en un sustituto más seguro de los pesticidas químicos a medida que los agricultores hacen la transición a métodos agrícolas sostenibles. Los biopesticidas elaborados a partir de bacterias, hongos u otros microorganismos que combaten naturalmente las plagas se producen mediante fermentación sumergida. La agricultura ecológica se ve apoyada por estos biopesticidas, que son eficientes pero menos dañinos para el medio ambiente.
Estos pesticidas microbianos pueden ampliarse para satisfacer las demandas agrícolas mediante la fermentación sumergida. Esto respalda las prácticas agrícolas sostenibles y reduce el impacto ambiental de los pesticidas químicos convencionales.
10. Complementos alimenticios para animales para un ganado más sano
La salud es una preocupación vital en la ganadería. Para mantener la salud animal, la fermentación sumergida ofrece suplementos alimenticios para animales enriquecidos con nutrientes. Estos suplementos incluyen probióticos y son ricos en aminoácidos esenciales que ayudan al crecimiento del ganado, refuerzan su sistema inmunológico y favorecen la digestión.
Estos aditivos para piensos fermentados ayudan a reducir el uso de antibióticos o incluso a eliminarlos por completo, lo que los convierte en una mejor práctica para producir alimentos nutritivos para los animales. La regulación de las condiciones de la fermentación líquida garantiza la estabilidad de la calidad, la seguridad y la eficacia de estos suplementos.
11. Fabricación de bioplásticos para materiales de embalaje
En comparación con los plásticos tradicionales derivados del petróleo que contaminan el medio ambiente, los bioplásticos ofrecen una gran posibilidad de sustitución.
Mediante la fermentación líquida, se fomentan bacterias que sintetizan materiales como los PHA para producir bioplásticos. Estos biopolímeros pueden procesarse en diversas formas, como productos médicos y materiales de embalaje.
La fermentación sumergida es fundamental para aumentar la producción de manera sostenible, ya que el consumo de bioplásticos aumenta a un ritmo de más del 20 por ciento anual. Este proceso satisface el deseo de los consumidores de tener productos atractivos y respetuosos con el medio ambiente y, a la vez, promueve el cambio continuo hacia envases sostenibles.
12. Tratamiento de residuos y producción de biogás
La fermentación sumergida es útil en la producción de etanol a partir de residuos agrícolas y en la producción de biogás.
El metano también se captura a partir de la fermentación de desechos orgánicos mediante bacterias en las instalaciones de tratamiento de residuos. Este gas ayuda a la producción de combustible o electricidad, lo que contribuye a una economía sostenible.
La fermentación líquida es eficaz en la gestión de residuos y la producción de energía porque metaboliza los residuos en productos que conservan energía y reducen las emisiones de gases de efecto invernadero.
¿Por qué elegir la fermentación sumergida en lugar de otros tipos?
En comparación con otros tipos de fermentación En cuanto a sus aplicaciones, la fermentación sumergida es superior debido a su eficiencia, capacidad de expansión y regulación. Si bien existen técnicas como la fermentación superficial o en estado sólido, la fermentación sumergida está ganando popularidad en todas las industrias por las siguientes razones:
1. Mayor productividad
Al emplear la fermentación sumergida para el desarrollo de una masa celular de alta densidad, muchas industrias han logrado mayores rendimientos.
A diferencia de la fermentación en estado sólido, en la fermentación sumergida las bacterias en el medio líquido se desarrollan más rápidamente. Esto se debe a que tienen un suministro regular de nutrientes, lo que aumenta la producción. Por ejemplo, la fermentación sumergida puede producir al menos un 50 por ciento más de ácido cítrico que muchas técnicas convencionales.
2. Control ambiental preciso
Al ser un proceso submarino, se pueden controlar fácilmente los parámetros de la fermentación sumergida, como el pH, la temperatura, el nivel de oxígeno y la concentración de nutrientes. Esto es especialmente posible en un biorreactor como un biorreactor de tanque agitado. Esto conduce a una calidad y eficiencia del producto constantes.
3. Escalabilidad
La fermentación sumergida es más adecuada para las industrias manufactureras a gran escala. Dado que existe una variedad de biorreactores que van desde los de laboratorio a los de contenedores gigantes, las empresas cambian de tamaño según la demanda. Esta característica de la fermentación sumergida es una de las razones de su uso en la producción de enzimas, antibióticos y biocombustibles.
4. Menor riesgo de contaminación
¿Cómo ayuda la fermentación sumergida a reducir el riesgo de infección? Tanques agitados y Los biorreactores de transporte aéreo Los fermentadores son sistemas cerrados que ayudan a reducir la exposición a contaminantes, lo que resulta deseable en aplicaciones farmacológicas donde el grado de pureza es crítico. Estos sistemas ofrecen grandes resultados de producción ya que mejoran la esterilización y las capacidades asépticas en los procesos de producción.
5. Versatilidad
La fermentación sumergida favorece el desarrollo de una gran variedad de microorganismos, entre ellos bacterias, hongos y levaduras, y permite desarrollar multitud de productos, como vitaminas y bioplásticos. Su versatilidad la hace aplicable a diversos campos, como la agricultura, la medicina y la ingeniería medioambiental.
6. Apoya la producción continua.
A diferencia de la fermentación por lotes, se puede emplear la fermentación sumergida en operaciones continuas. En este caso, se añaden nutrientes de forma continua y se cosecha el producto de forma continua. Este proceso es adecuado para productos de alta demanda, ya que aumenta el rendimiento.
7. Transferencia eficiente de oxígeno
Otra característica de los sistemas de fermentación sumergida es la capacidad de transferir oxígeno. Este es un factor importante para la fermentación aeróbica. Por ejemplo, en los tanques agitados, es mucho más fácil mantener el flujo de aire adecuado, lo que favorece la tasa de crecimiento de los microbios y las tasas metabólicas.
Por qué la fermentación sumergida es esencial para el futuro
La fermentación sumergida no es sólo una ciencia, sino que también genera innovación que es sostenible a nivel universal. Además, permite a los empresarios satisfacer las demandas de los consumidores de forma rentable y respetuosa con el medio ambiente, desde biocombustibles y productos nutricionales y de salud hasta la fabricación de plásticos biodegradables y biopesticidas.
A diferencia de Aplicaciones de otros tipos de fermentaciónLa fermentación sumergida probablemente será esencial para las industrias futuras por las siguientes razones:
- Escalabilidad: dado que se pueden utilizar tanques agitados de gran tamaño para la fermentación sumergida, es posible producir de manera confiable grandes cantidades de un producto.
- Control especial – Estos tanques tienen grandes factores de control de capacidad de ácido nítrico como oxígeno, pH y temperatura y debido a esto, existe una alta probabilidad de que tenga una alta pureza, libre de contaminación.
- La sostenibilidad es otra ventaja de la fermentación sumergida, ya que la mayoría de los bioprocesos pueden reemplazar completamente los procesos de síntesis química.
- Flexibilidad: productos tan diferentes como los aminoácidos o los “bioplásticos” se forman a través de operaciones similares debido a la variedad de microorganismos explotados en las técnicas de fermentación sumergida.
La SSF seguirá siendo dominante, lo que le permitirá liderar industrias y alcanzar diversos objetivos de sostenibilidad mientras aumenta la demanda mundial.
Reflexiones finales
La SSF es una de las tecnologías más antiguas que han provocado un cambio en el mundo moderno. De hecho, hoy en día, la tecnología de la civilización ha adquirido una nueva dimensión. Sus usos abarcan prácticamente todas las industrias, desde la producción de energía sostenible hasta la fabricación de antibióticos.
El papel de la fermentación sumergida basada en disolventes orgánicos sólo puede aumentar a medida que más organizaciones descubran la eficiencia y la idoneidad de esta técnica. Por lo tanto, la próxima vez que consuma una bebida que contenga ácido cítrico o utilice un producto anunciado como biodegradable, no se sorprenda si la fermentación sumergida tuvo algo que ver.
La fermentación sumergida se está utilizando en industrias de todo el mundo para encontrar soluciones sostenibles y eficientes. Esta tecnología redefine la producción de una manera práctica, responsable con el medio ambiente y alineada con el futuro.
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