APLICACIÓNES FERMENTACIÓN EN SUSTRATOS SÓLIDOS Y APLICACIÓNES
RESUMEN
Después de definir y analizar las características características fermentación fermentación croor ga ganismo, microor eación pH y air eac
en estado sólido sólido,, sustrato,
soporte, soporte,
especial
atención
al
tipo de
rangos de actividad de agua, temperatura,
o el diseñ diseño o de de los reactore reactores, s,
principales principales aplicaciones aplicaciones y subproductos
presta prestand ndo o
de la
más sobresalientes sobresalientes
en el tratamiento
de la industria alimentaria.
se describen,
y reciclado
brevemente,
de materia riales
las
residuales
INTRODUCCIÓN
En
la actualid actualidad ad
ya nadie nadie
alimentarias
fermentaciones
alimentos.
así como
de la
contribución esencial esencial
industriales, tanto en cultivo
estado sólido, !an r eal ealizado ditivos, aditivos
duda
de otras otras
en el campo campo moléculas
sumergido
de la fabricación de inter és
ue las como en
de alimentos,
en tecnología tecnología
de los
De !ec!o, muc!os de los procesos !oy en uso son el resultado de
la adaptación
de modernas tecnologías
de fermentación fermentación
a la fabricación de
ueso, vino o cerveza. "tros, por el tales tales como pan, pan, ueso,
alimentos
tr adicionales
ontrario , contrario,
surgen como consecuencia de de
productos
de forma controlada, con elevado rendimiento y sin estar a mer ced de
variaciones
posibilid posibilidad ad
de poder poder
elaborar
estacionales.
# diferencia encuentran encuentran
la
de los cultivos
sumergidos sumergidos
en forma soluble en un medio líuido ,
sólido el sustrato transformado
en los ue los nutrient nutrientes es en los cultivos
por el microorganismo microorganis mo
se
en estado
es un sólido $#%D" et al.,
&'()* '()* HE++E-%E, &'/)* 0#1H, &'/23. En general, se distinguen uen dos clases de cultivos en estado sólido4 la primera se refiere a auellos cultivos en los ue el material sólido, insoluble en agua y !umedecido act5a al tiempo como pr in incipal fuente de ganismo. En ocasiones, además, físico para un microor nutrientes y como soporte físi roor ga emás, el
sustrato se enriuece con nutrientes adicionales a fin de me6orar la '('* 0#" et al., $789#0 y "+ #E, &'('* al.,
l'':a, b3. En
produ roducción
la segunda segunda
clase se
consideran los cultivos en los ue el soporte es un só lido nutricionalmente inerte ue ganismo, y ue, para el cultivo, se act5a 5nicamente como lugar de ancla 6e 6e del microor roor ganis
embebe en una solución nutr itiva. "r ig iginariamente, la técnica procede procede de formas formas tradicion icionales
de produ producción
de bebidas y alimentos fermentados $pan y ueso son los e6emplos clásicos3, pero fue sobre todo en los países orientales donde e;p e;perimentó un
mayo mayorr desarrollo. a
introducción de la aplicaci cación industrial de esta modalidad de cultivo
occidental a finales del siglo
en el mundo
debió a la utilización de
pasado se debi
para la obtención de amilasas $-#7#9%E, &'&?3. nido a partir de de cultivos cultivos de Aspergillus El =o 6i es un preparado enzimático obtenido oryzae cuando crece so br e arroz u otros cer eales
cocidos,
ndo siendo
su aplicación
e;tensiva en la obtención de alimentos como el s!oyu, el miso o bebidas como el sa=e. De la importancia del proceso, tanto desde el punto de vista !i stór ico
como
científico@técnico, es prueba el elevado desarrollo ue, tanto en el mundo oriental como
en el occidental, !a alcanzado. #sí, !oy muc!as de las aplicaciones industriales de los cultivos en estado sólido entre las ue se cuentan la producción de enzimas, ácidos orgánicos, +A1, to;inas, antibióticos y otros
metabolitos
de
inter és
$789#0 y
"+ #E, &'('3, se fundamentan en la tecnología del =o6i.
En las páginas siguientes se analizarán aspectos de esta modalidad de cultivo como la estudio
con más detalle
ue, pese a ser
algunos de los
todavía considerada
$es notable la práctica ausencia
en los te;tos y manuales más clásicos de fermentación
de su
industrial3 , se
muestra, en el caso de las fermentaciones alimentar ias, como una posibilidad con grandes e;pectativas futuras.
Ventajas e inconvenientes de la e!"entaci#n en estado s#lido
Ventajas$ # continuación se enumeran una serie de venta 6as de carácter general acerca de los cultivos en estado sólido frente a otros
procedimientos
de fermentación
$HE++E-%E, &'/)* A#E y 9""@B"8C, l '(a, b* #%D"" et al , .
&'()*
789#0 y "+#E, &'('* #80%# eta/., &'':34 &@ +implicidad de los medios de cultivo, ya ue generalmente un 5nico sustrato proporciona casi todos los nutrientes necesarios. )@ ermentadores con menores reuerimientos espaciales, sustratos
se
utilizan
ya ue los
más concentrados y no se utilizan grandes
vol5menes de agua. :@ 9ayor simplicidad en el diseño de los fermentadores y de los sistemas de
contro l.
?@
9ayores facilidades pudiendo
utilizar se las
para
la
obtención
y aplicación
del
inóculo,
esporas directamente en la mayor parte de las
situaciones.
F@ acilidad para el escalado de los procesos. 2@ ecesidades reducidas de disolventes para la e;tracción de los productos. /@ 0endimientos comparables, e incluso super ior es, a los correspondientes procesos en cultivo sumer gido. (@ 0educido r iesgo de contaminaciones bacterianas, menos aptas para soportar la ba 6a actividad de agua ue caracteriza a estos sistemas. 1osibilidad, en ocasiones, de tr aba 6ar incluso en condiciones no asépticas. '@ Elevada aireación del sistema, lo ue !ace a esta modalidad de cultivo especialmente adecuada a auellos procesos ue impliu en un metabolismo o;idativo intenso. &". Ga6os r euerimiento s ener géticos. # m enudo no es pr eciso autoclavar, airear
ni agitar .
& &.
#mbiente similar al
de los !ábitats naturales de los microorganismos
utilizados. &).
0educido volumen de efluentes.
Inconveniente s$ Aomplementariamente,
entre
l os
inconveniente s in!erentes al sistema
$HE++E-%E, &'/)* A#E y 9""@B"8C, l '(a, b* #%D"" et al., &'()* 789#0 y "+#E,
&'('*
#80%# et al , &'':3 deben de mencionarse4 .
&@ recuente
necesidad
de pretratarniento
de
los sustratos $molienda,
pr e!idr ólisis parciales3. )@ Dificultad
para mantener
los niveles óptimos de !umedad durante la
fermentación.
:@ #usencia
de métodos analíticos simples para determinar el crecimiento
microbiano. ?@ Dificultad de control y r egulación de variables del cultivo como temperatura, !umedad, pH y o;ígeno libre durante el proceso. F@Dificultad para la agitación en auellos procesos ue así lo r euieran. 2@ recuente necesidad de inóculo voluminoso. /@ Escasez $al menos por el momento3 de diseños desarrollos para
la
construcción de los f ermentadores,
así
corno
de ingeniería para
cier tas
operaciones $inoculación, e;tracción de los productos3.
Selecci#n del "ic! oo! %anis"o o todos los microor ganismos
se encuentran capacitados para desarrollarse
sobre un sustrato sólido. as principales
limitaciones
son consecuencia
de los
reuerimientos de actividad de agua de los diversos tipos de microor ganismos y de su capacidad de ancla 6e yo la penetración en matr ices más o menos porosas.
En efecto, de modo general las elevadas e;igencias en cuanto a la actividad de agua de las bacterias $figur a&3 !ace ue prácticamente sólo puedan crecer en una fase líuida $cultivo
sumer gido3.
as levaduras por el contrar io, algo menos estr ictas,
pueden ser utilizadas en fermentación en estado sólido.
+i bien diversas especies de
levadur as se encuentran de forma natural cr eciendo sobre f rutas o granos vegetales, e;isten pocas r efer encias sobre su utilización dir igida en cultivos en estado sólido. 1ese a ue en el mundo occidental los grupos de microorganismos utilizados tradicionalmente
en la industria alimentaria son las bacterias y levadur as, desde el
punto de vista de la f ermentación los
microorganismos
sobre materiales
en estado sólido son sin duda
los
micro!ongos
de elección, y ello, al margen de ue de forma natural crecen
sólidos, por dos motivos pr incipales $AH#H#, &'(:*
789#0 y
"+#E, &'('34 &@ acultad los micro!ongos
para utilizar
mezclas de varios polisacáridos. De modo gener al
poseen sistemas enzimáticos completos ue les permiten utilizar
indistintamente varias fuentes de car bono. )@ Aapacidad de ad!er encia y penetr ación en las partículas del sustrato. Es claro ue la estructura miceliar de los !ongos filamentosos les confiere en este sentido venta 6a frente a otros microorga nismos.
#dicionalmente, el microorganismo debe ser capaz de crecer en presencia de elevadas concentraciones de nutriente, al tiempo ue poseer una ba6a tendencia a la esporulación y alta !acia el crecimiento vegetativo rápido.
Ca!acte!&sticas del s'st!ato En la mayor parte de las fermentaciones
en estado sólido
el soporte y el
sustrato coinciden . 1or ello es frecuente ue la formulación de los medios de cultivo se tase en materiales tales como granos de cereales $o alguna parte de ellos3, semillas oleaginosas y residuos agrícolas o for estales. Aon todo,
y dependiendo
del producto de fermentación
ue se desee
obtener , los sustratos deben poseer preferentemente las siguientes características4
&- %nsoluble en agua
o en la solución de !umectación,
garantizar durante la incubación las condiciones
con el fin de
de un cultivo en estado
sólido.
)@ Elevado contenido en carbo!idratos yo proteínas ya ue esta modalidad de cultivo permite la utilización de elevadas concentraciones de sustrato. :@
Estructura
granular
ue
posibilite
ad!esión y
la
microor ganismo, o, en caso contrar io, facilidad
penetración
del
de rotura para conseguir
gr anulometrías adecuadas. +in duda este aspecto, ue puede r epr esentar
un costo elevado, condiciona en gran medida el proceso $0#" et al., &'':a3 . #sí, mientras
cer eales
como el arroz
pueden
pretratamiento, el trigo o el maíz necesitan para proporcionar
al microorganismo
utilizarse
sin
de una fragmentación superficies
ning5n previa
adecuadas para el
crecimiento $AH#H#, &'(:3. ?@ ermentable
por un sólo
microor ganismo.
En el caso de los materiales
lignocelulósicos, a e;cepción de Polyporus versicolor y alg5n otro micro!ongo
no e;isten microor ganismos
ue tengan sistemas
enzimáticos completos
para utilizar estos sustratos, de a!í ue las estrategias aplicables a estas situaciones se basan en la utilización distintos microor ganismos
con6unta
o
secuencial
de
ue permitan la má;ima conver sión o tienen el
pretratamiento de los materiales $vapor, álcalis, agentes o;idantes3. F@ Ga 6a tendencia a la aglomeración con el micelio a la formación compactas
durante
de masas
la incubación, a fin de evitar restricciones difusionales
de los gases.
"tra estrategia, y ésta es la de mayor interés en el tratamiento consiste en la utilización de materiales
de soporte
de efluentes,
nutricionalmente
inertes
impregnados con una solución de sustrato ue a su vez act5a como agente !umectante. En estos casos, la composición de la solución nutritiva presenta menos
problemas ue en el caso anterior ya ue se dispone de una libertad casi total en el diseño del medio. -an sólo es necesario
guardar
ciertas
elección del pH inicial, debido a la r elativa estabilidad
la incubación.
precauciones
en la
de su perfil a lo largo de
En este 5ltimo tipo de sistemas resulta de especial interés la elección soporte
sólido
utilizables
inerte.
#unue
la variedad
es muy superior a los empleados
de materiales
Destacan agrícolas,
como
previamente
et al., &''F3. -ambién como
la
vermiculita
materiales
potencialmente
en los cultivos en estado sólido en
los ue sustrato y soporte coinciden, básicamente físicas similares en cuanto a porosidad,
del
deben poseer características
dureza, tenacidad de soporte
y ba6o co ste.
algunos residuos
tratados par a desproveerlos
de nutrientes
celulósicos
$1#+-0##
se encuentra descrito el uso de mater iales inor gánicos ue,
embebida
en soluciones de almidón
al ?I $cuya
elevada viscosidad imposibilitaría la e;istencia de condiciones aeróbicas en cultivo sumergido3,
se emplea en la producción
de amilasas $#%D"" et al., &'()3 o la
perlita, silicato utilizado por su notable carácter
inerte $7E0E9 y H#D#0, &'':3.
-ambién se !a utilizado como soporte la #mberlita, resina de intercambio iónico, embebida en una solución nutritiva $#80J# et al., &'':3. a utilización
de plásticos
y espumas sintéticas como soporte inerte merece una
mención particular . +u aplicación a los cultivos en estado sólido es pr ácticamente ine;istente $#%D"" et al., &'()* -"00#D" et al., potencialidades
ue ofr ece debido
capacidades absorbentes r esistencia
e
a la casi
!idrofilias.
&'':3 a pesar de las enormes
,
ilimitada
gama de porosidades,
#demás
son materiales de gran
mecánica y ba6o coste ue pueden ser fácilmente regenerados y cuya
manipulación resulta sencilla
por su ba6a densidad,
permitiendo,
sin aporte de
impurezas, la recuperación de los productos de fermentación a concentración elevada
mediante un simple pr ensado. 1or otro lado,
dada la dificultad ue entr aña la
obtención de modelos de este tipo de cultivos cuando soporte y sustrato coinciden, parece razonable suponer ue la simplificación ue supone el uso de espumas sintéticas per mita, en un futuro, obviar este problema.
Va! ia(les )'e condicionan los c'ltivos en estado s#lido
#l igual ue en los cultivos sumer gidos, una adecuada de
las
variables
ue influencian
selección y control
el proceso, condiciona el é;ito de la
en estado sólido. #lgunas de las más importantes $"+#E et al ,
fermentación
.
&'(F3 son4
*+ Contenido en ,'"edad del s'st! ato +in duda es el factor sólido.
El
más decisivo
adecuado
nivel
sobre
una fermentación
es función de la naturaleza del sustrato, el tipo de
producto final y los reuerimientos del microorganismo
crecimiento
y las actividades
ampliamente
documentada
metabólicas
de los
$GE8AH#-,
&3. Evidentemente se
sobre el está
microorganismos
&'(:* -0"E0,
&'(2* H#H@H#CE0D# eta/ .,
H#H@H#CE0D #,
$ig.
con la actividad de agua $ a-3 cuya influencia
encuentra r elacionado
en estado
&'()*
&'(,
&'(/*
CE0K#%+ eta!.,
&'((*
AH%0%E et al., &'(&3. Aomo ya se señaló, son los micro!ongos los microorganismos más adecuados, en función de sus ba6os reuerimientos de actividad de agua, para desarr ollar se sobre sistemas en estado sólido. Aon todo, se debe tener presente ue los reuerimientos de a L para la producción de metabolitos son sensiblemente para
el
superiores a los necesarios
cr ecimiento, por lo ue el mantenimiento y control de la !umedad en los
cultivos puede utilizarse como recurso para el control e;terno de este
tipo
de
procesos $H#H@H#CE0D#, &'(2* #00"AHE eta/., &'':* +#0C#-#%+ eta/., &'':* +9%-+ et al , &'':3. .
#sí, un alto contenido
situaciones
descensos
o;ígeno, aumenta
el
de
en !umedad del sustrato provoca la porosidad y por co nsiguiente
riesgo de contaminación
bacteriana
en
numerosas
de la difusión del e incrementa
la
formación de micelio aéreo $0#9E+H y "+#E, &''3, efectos ue es necesario prevenir en una fermentación en estado sól ido. Aomplementar iamente un fenómeno igualmente indeseable
se observa
en
cultivos con una reducida actividad de agua ya ue cuando ésta desciende por deba 6o del
límite
de
crecimiento,
se
puede
producir
la esporulación del
micr oor ganismo. os mencionados efectos de la actividad de agua sobre el crecimiento y la producción de metabolitos son consecuencia en mayor o menor medida de la acción
ue esta var iable e6erce sobre la estabilidad, actividad y especificidad de las enzimas tanto
intra como e;tr acelulares. #sí,
mientras ue la
estabilidad frente a la
desnaturalización térmica se ve incrementada a ba6os niveles de aL, l a especificidad y la actividad enzimática pueden verse deterioradas al dificultarse el contacto de la
enzima con el sustrato $H#H@H#CE0D#, &'(23. Ceneralmente el contenido inicial en !umedad del sustrato oscila entre el : y el /FI. Durante el curso de las fermentaciones se ocasionan reducciones de este nivel
debidas tanto a pér didas por evaporación como a la propia actividad de
los
microorganismos $+#0C#-J%+ et al.,
&'':3.
metabólica
1or ello es frecuente la
implementación de !umidificadores en los fer mentadores, o bien la simple adición a intervalos de agua estér il al sistema $0#" et al., l '':b3.
.+ Te"/e!at'! a Es frecuente ue, como consecuencia
de la actividad metabólica de los
microorganismos, se pr oduzca una elevación de la temperatura en los fermentador es, especialmente en las zonas internas del sustrato. Este incr emento térmico afecta
directamente al cr ecimiento, germinación
de las esporas yHo a la for mación
del
producto. 1or ello, es conveniente dotar a los fermentadores de mecanismos ue
permitan disipar el calor, siendo los más frecuentes la circulación de aire en el interior del
r eactor , inmer sión en baños de agua o su instalación en !abitaciones
temperatura co ntrolada $+#0C#-J%+ et al., &'':3.
de
En
algunos
casos
poseen alta porosidad,
@especialmente
a escala
de laboratorio@ los cultivos
peueño espesor de la capa de sus trato y partículas de
granulometría adecuada para no provocar compactaciones elevadas. En estas condiciones el calor generado durante
la fermentación se disipa sin dificultad,
siendo necesario, por el contrario, un aporte e;terno de energía para mantener una temperatura adecuada en los cultivos. a temperatura además, interacciona con otr as variables como la actividad de agua, cuyos rangos óptimos para el crecimiento y la producción de metabolitos se ven modificados con las variaciones de la temperatura $GE8AH#-, &'(:* 0#" et al., &'':a* +#0C#-%%+ et al , &'':3. .
0+ Ai!eaci#n 1 a%itaci#n 9ediante los sistemas
de aireación y agitación se pretende favorecer los
procesos de transferencia de masa tanto a niv el interparticular como intr aparticular . # nivel interparticular el proceso de transf er encia de masa más importante es la
difusión
de gases,
en especial
la transferencia
de o;ígeno
y depende
esencialmente de la proporción de espacios !uecos en la masa de fermentación y de la air eación. a proporción de espacios !uecos es, a su vez, función de la geometría de las partículas de sustrato, del contenido en !umedad y de la naturaleza uímica del
sustrato, y debe representar al menos un :I del volumen total de la masa de
fermentación $A#E y 9""@B"8C, &'(b3. #unue se !an desarrollado
métodos
para determinar el coeficiente de
difusión interparticular de los gases en los sistemas en estado sólido $#80A# et al ., &'')3,
contin5a siendo difícil establecer la e;istencia
de pos ibles
limitaciones
difusionales $#80%# et al., &'':3. Es por ello ue normalmente se intenta ev itar el problema recurriendo a la air eación de los sistemas, tanto a escala de laborator io
como industrial, mediante la inyección en los a
fermentadores
de
aire
estéril
pr esión $+#0C#-J%+ et al., &'':3. as tasas de aireación se establecen de
acuerdo con el tipo de microor ganismo,
los reuerimientos para la
síntesis
del
producto ob6etivo, el grado de eliminación del calor y A), el espesor de la capa de sustrato empleada
y el n5mero
de espacios inter sticiales
ue
de6an
las
partículas
de sustr ato $"+#E et al., &'(F*
DE+C0#CE+ y D80#, &''*
#00"AHE et al , &'':* 0#" et al., &'':b3. .
Es espec ialmente interesante aumentar , en la mayor parte de los procesos, la transferencia de o;ígeno y la eliminación de A). 1ara ello es frecuente ue los sistemas de air eación se complementen con una agitación de los contenidos del fermentador . En
este sentido
la literatura al respecto da cuenta de opiniones
enfr entadas. #sí mientras para algunos es indispensable
efectuar agitaciones más
o menos intensas con el fin de permitir la eliminación del AD) formado y la renovación del air e en los espacios intersticiales $A#E y 9""@B"8C, &'(b3, para otros las lesiones ocasionadas al
micelio some tido
a agitación !acen desaconse6able tal
medida $789#0 B "+#E, &'('3. -ambién auí las espumas pueden presentar venta6as sobre otros materi ales más abrasivos. Aon respecto a los procesos de transferencia
de masa intraparticular es los
aspectos a consider ar se refieren por un lado a la difusión de nutrientes !acia el micelio y por otro a la degradación de los sustratos sólidos por las enzimas $A#E y 9""@ B"8C, l'(b3.
a dif usión de los nutr ientes $en especial el o;ígeno3 !acia el micelio en el interior de las partículas puede evaluarse mediante el factor de eficacia $E3 ue se define como
la
relación
entre
la
velocidad
total de reacción con limitaciones
difusionales y la velocidad de reacción si todos los sustratos estuvieran igualmente disponibles.
Debido a ue la mayor parte de los sustr atos empleados en los cultivos en estado sólido son poliméricos $almidón, degradados
por
intraparticulares
las enzimas
celulosa3
y necesitan
e;tr acelular es,
ser pr eviamente
las limitaciones
difusionales
6uegan un importante papel. #sí, mientr as para partículas con
tamaño de poro grande la r esistencia a la tr ansfer encia de masa es prácticamente insignificante, cuando el tamaño de poro es peueño, las limitaciones difusionales 9""@B"8C, &'(b3.
2+ /3
disminuyendo
es conveniente
minimizar
el diámetro de las partículas $A#E y
#unue al igual ue los cultivos sumergidos el pH es uno críticos
en un proceso
de
los
factores
de fermentación, en estado sólido su seguimiento y control
durante el transcurso de los cultivos es particularmente dificuJtoso. o obstante, los sistemas de fermentación en estado sólido suelen poseer una relativa estabilidad frente al pH. Ello es debido a la elevada capacidad tampón de los sustratos usuales, por lo ue mediante el a6uste inicial del pH del sustrato es posible
eliminar la necesidad de su contr ol reduciendo la incidencia r eal de esta var iable $"+#E et al., &'(F3. Aon todo, en ocasiones resulta conveniente r ealizar la
!umectación
de los
sustratos con soluciones tampón para evitar cambios de pH en áreas localizadas. Esta estrategia someteten
resulta adecuada en los casos en los ue los cultivos
a agitación
y la fuente de nitrógeno se suministra
no se
como
sales
de amonio, circunstancias ue promueven bruscos descensos del pH $"+#E et al., &'(F* -"00#D" et al., &'':3.
Dise4o de e!"entado!es en S'st!atos s#lidos o es abundante la literatura disponible acerca del diseño de los fermentadores
en
estado sólido, siendo uizás éste el aspecto ue !a r ecibido una menor atención limitándose, en la mayor parte de las ocasiones, a desarrollos más artesanales ue sistemáticos. o obstante, pueden citarse algunos de los sistemas ue cuentan con una
mayor difusión $-E08% et al., &'F/* "+#E et al., &'(F3. *+
Fe!"entado! de ta"(o! !otato!io
Gásicamente
consiste
5
en un recipiente cilíndrico $de vidrio o acero3 con
capacidad de giro $autónomo o impulsado por un sistema de rodillos3, en el ue el soporte se agita gracias al movimiento de rotación del tambor . #dicionalmente
el
con6unto se complementa con dispositivos de entrada y salida de aire, de inoculación, deflactores y temporizadores. microbiano
Este tipo de reactor es propor cionan
un cr ecimiento
rápido y uniforme, citándose también como venta6a el ue permiten una
limpieza y esterilización fácil y r ápida. +in embar go, presentan cier tas dificultades de escalado así como de control
de la temperatura
y mantenimiento
esterilidad, siendo también frecuente la formación de agregados.
de la
.+ Celdas de "ade!a
5
El fermentador consiste en una ca6a de madera provista de dos falsas tapas y un sistema para la entrada y salida de air e así como un orificio para incluir
un
termómetro. a venta6a de este sistema reside en la buena reproductibilidad de las fermentaciones a peueña escala, pero presenta el inconveniente del vaciado de los
sólidos fermentados cuando se traba 6a a mayor escala.
0+ Fe!"entado! de olla ta/ada
5
+e trata de ollas de aluminio perforadas en su parte inferior y euipadas con un dispositivo de aireación y otro de control de la temperatura. Este fermentadores son usados a escala de labor ator i o operaciones
de esterilización, !umectación
situ. #dicionalmente
este tipo de sistemas
a imposibilidad
de
ya ue permiten ue
las
e inoculación permiten
altos rendimientos y menores costes ener géticos asociada agitación.
.tipo
se realicen
in
un crecimiento uniforme,
ue otros diseños
al no llevar
de escalado es la mayor desventa 6a de este
tipo de diseño.
2+ Fe!"entado!es de (ande ja
5
Es uno de los diseños más ampliamente utilizados en f ermentación sólido
tanto a escala
fermentador
consta
!umidificador e s
en estado
de laboratorio como en plantas industriales. Gásicamente el de una cámara
y sistema
de
de
temper atur a contr olada
ventilación
pr ovista
de
en la ue se disponen bande 6as
@!abitualmente perforadas@ donde se deposita una fina capa de sustr ato $0#" et al., &'':b3. El sistema, ue pro por ciona elevados r endimientos, presenta sin embargo un elevado reuerimiento espacial as í como un coste elevado en mano de obra $necesario
para el mane6o de las bande 6as3, y reuiere
una ester ilización por separado del
sustrato.
6+ Fe!"entado! de cintas t!ans/o!tado!a s
5
En este tipo de f ermentadores cada una de las operaciones $esterilización, inoculación, incubación y cosec!a3 tiene lugar en una cinta transportadora,
lo ue
permite mecanizar y continuizar el proceso. +in embargo, presenta los inconvenientes asociados al mantenimiento de la esterilidad y la temperatura en el sistema.
1or 5ltimo, se !a propuesto
otros
sistemas adaptados a las necesidades
concretas de cada producción. Entre ellos cabe destacar un reactor de percolación con el ue se reduce sustancialmente
la dur ación de la fermentación con respecto al
reactor de mezcla completa $D#++#0C8E+ eta/., &'')3
A/licaci#n de la e!"entaci#n en s'st!ato s#lido a la ind'st!ia ali"enta!ia +on tres los grupos
principales
de aplicaciones de la
estado sólido en la industria alimentaria. obtención
de alimentos
procesos
procesos. +e incluyen me 6or a
la
#unue las
de producción
en este
composición
prevención
En primer lugar
tanto desde el punto de v ista de
tr adicionales
del deterioro
en ocasiones
grupo
de aromas
de enzimas
se realiza
de nuevos a la
característicos,
con alguna
de
finalidades anteriores, el notable desarrollo ue !a e;perimentado este campo
es
así especialmente
en el
clasificar se
caso de la
obtención
en grupo
obtención
proteasas y p ectinasas. 1or 5ltimo la aplicación de esta la
de los
de la digestibilidad de los alimentos.
6ustifica ue su producción en estado sólido pueda Ello
me6ora
la
en
referidas a la
aplicaciones destinadas
nutritiva, obtención
la produ cción
las
como del desarrollo
auellas
e incremento
fermentación
aparte.
de amilasas, lipasas,
modalidad
de cultivo
de moléculas de interés en tecnología de alimentos,
a
tales como
ácidos orgánicos, etanol o colorantes.
Aon
respecto
aplicaciones, tendencia
sí mismas
a
los
sustratos
de fermentación utilizados
es necesario señalar ue en los 5ltimos
años
a sustituir auellas materias primas tr adicionales alimentos $principalmente granos
materiales residuales
Esta estrategia
de cer eales3
o de ba 6o coste de la
presenta
impor tantes venta 6as, #sí,
materiales
es especialmente
no suele
ser
necesario
propia
adecuada
para
la
es cr eciente
la
ue constituyen en
por subproductos
y
industria agroalimentaria. composición
ser utilizados
someter los a pr etratamiento.
en estas
de estos
como sustrato
1or otro lado,
y
es así
posible reducir los costes del proceso asociados al consumo de materia prima y, al convertirlos en productos 5tiles, p ermite reintegrarlos
1or 5ltimo, se muestra en la tabla más representativas
de procesos
&
algunas de las aplicaciones
de fermentación
materias primas de carácter residual.
en el ciclo productivo.
alimentarias
en estado sólido utilizando
7I7LIO8RAF9A
#C"+l, E., J#01#, +., 0"J#+, E. y E+1EJ", E., $&'('3. +o lid state
fermentation
of pine
saLdust
by setected
br oLn@ rot fungi.
Enzyme 9icr ob. -ec!nol., &&4 F&&@&/. #%D"", 7.E., HED0B, 0. y M""D, (.J.(., $&'()3. +olid substrate $&'')3.
fermentations. #dv. #ppl. 9icrobiol.,
Aonver sión
Nymomonas
mobilis
of sugar@beet
particles
)(4 )&@:(. #9%, C.
to et!anol by t!e bacterium
in sol id state f ermentation. Giotecnol. ett., &? $234 ?''@
F?. #9%, C. y ##H, #.9. $&'')3.
Gyproducts formed during direct conver sion Nymomonas mobilis fermentations.
#-%E0,
in conventional
(iotec!nol.
1., 9lJ#0E+,
C"N#EN
ett., &?$&)34
#., 0"8++"+,
of sugar beets to et!anol submerged
by
and sol id state
&&(/@').
+., 0#%9(#8-
9. y K%%EC0#@
C. $&'':3.
1ectinase !yper pr oducing
fermentation
mutants of #spergillus niger A)(()F for solid state
of coffe pulp. #ppl. 9icrobio l.G iotec!nol. &F4 )F?@2.
#80%#, 0., 9"0#E+, 9., K%EC #+ %nfluence
fermentors.
of mold groLt! Giotec!nol.
E. y 0EKK#H +. $&'':3.
on t!e pressure dtop in aerated
sol id state
Gioeng., ?&4 &/@&:.
% , 0., 1##A%"+, J. y 0EKK#H, +. $&'')3. #80 #
Dctcrmination
oft!e
inter particular
effective diffusion coeficient
and Oi in sol id st a te fer mentation. Giotec!nol. G#--#C%", 0 .#.,
H8E0C",
for coi
Gioeng., :'4 ('(@').
H., 1%"+", #.9.0.
y G#0-H""9 #%,
C.G.
$&''&3.
Aulture reueriments
f or !e production of protease by #spergillus oryzae in sol id
state fer mentation. #ppl. 9icr obiol.
Giotec!nol.,
:F4 )')@2.
GE8AH#-, .0. $&'(:3. lnfluence of Later activity on gr oLt!, metabolic activities
and sur vival ofyeasts and molds. J. ood 1rotection, ?2$)34 &:F@?&. G0B#, M.. $&''3. +olid@state
fermentation
of sugar s
in sLeet sorg!um.
Enzyme 9icrob. -ec!nol., &)4 ?:/@?). A#E, E. y 9""@B"8C, 1rocess Gioc!emistry,
9. $&'(a3. +olid state fermentation systems.
l.
JuneHJuly4 )@
/. 9. $&'(b3. +olid state fermentation
A#E, E. y 9""@B"8C,
systems
&&. 1rocess Gioc!emistr y, #ugust +eplember 4 )?@(.
AH #H #,
D.+. $&'(:3. CroLt! c!aracteristics
fermentation
of microorganisms
in sol id state
for upgrading of protein values of lignocelluloses
and cellulase
production. #A+ +ymp. +er . Gioc!ern. Eng., )/4 ?)&@?). AH%0%E,
J., "-#, A.. y +A"0N#, o.e. $&'(&3.
-!e intracellular Later
acrivity of bacteria in r elation to t!e Later nctivity oft!e groLt! medium. J. #ppl. (acteriol.,
F4
?/F@/'. D #++#0C8E+, $&'')3.
A., +#"8, 9.,
lníluence
fermentation consortium
oft!e
of t!e
A0E#B-, C., #KE #8, H. y B+, E.J.
mode ofr eactor operation
model solid
substrate,
on t!e ratc and yield of
L!eat
under non@a;cnic anaerobio conditions.
bran
by a micr obial
Giotec!nol.
ett., &? $ &)34
&&/F@(.
DE+AH#91+, #sper gillus
. y H8E-, 9.A. p!oenicis
$&'(?3.
b@glucosidasa production
in sol id state ferrnentation.
by
Giotec!nol. ett., 2
$&34 55-60 . DE+AH#91+,
., C%8%#",
$&'(F3. Aellulase production solid@state fermentation
Giotec!nol.
A., #+-HE0,
by -r ic!oderma
9., H8E-, 9.A. y 0"8++"+-, +.
!arzianum
in static and mi;ed
reactors under nonaseptic conditions.
Gioeng., )/4 &:(F@((.
DE+C0 #CE+,
A.
y D80#D,
#.
conidiation, and enzyme production
and -ric!oderma
$&''3.
Effect ofpA"i
in solid@state culture
vir ide -+. Enzyme 9icrob. -ec!nol.,
on #sper gillus niger
&)4 546-5 l.
CE0K#%+, 1., 9"%, 1., C0#JE7, M. y GE+"8++#,
fungi. Giotec!nol.
CH%DB#, .1.,
9. $&'((3. lnfluence
solid substr ate on t!e groLt! rate and spor ogenesis
oft!e Later activity ofa filamentou
on gr oLt!,
of
Gioeng., :&4 ?F/@2:.
0 #9 #70%+H#, +.K., %09# # DEK%, 1., "+#E, G.7. y
#+-H##, H.. $&'(&3. ar ge scale production of pectolitic enzyme by solid
state fermentation. J. ood +ci. -ec!nol., C89G%0#@+#O%D, E., 9%-AHE, D .#., $&'')3.
# pac=ed
&(4 )?(@+ l. C0EE%ED, 1.. y D"EE, H.M.
bed solid@state cultivation
system for t!e production of
animal feed4 Aultivation, drying and product uality. Giotec!nol. ett., &?$/34 2):@(.
H#H@H#CE0D#, G. $&'(23. Mater activity4 a possible e;ternaP r egulator in
biotec!nical processes. Enzyme 9icr ob. -ec!nol., (4 :))@)/. H#H@H#CE0D#, G., metabolism
#0++", 9. y 9#--%#++", G. $&'()3.
toLards et!anol production in +acc!aromyces cerevissiae
alterations oft!e p!ysical@ c!emical microenvironment. +ymp.,
+!ifl
Giotec!nol.
in
using
Gioeng.
&)4&''@)).
HE++E-lE, A.M. $ &'/)3. +ol id state fermentations. Giotec!nol.
Gioeng.,
&?4 S &/@:).
J"H+, 9.0.
y +-8#0-, D.9.
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1roduction ofpigments by 9onascus
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by #sper gillus
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?)$&34 &@?.
9icr obiol.,
789#0,
1.7.0.
y "+#E, G.7.
Cibber ellic
$&'(/3.
acid by solid
state
AonsistenP and improved yields. Giotec!nol. Gioeng., :4 )2/@
fer mentation4
/&. 789#0, 1.7.0. y "+#E, G.7. $&'('3. 9icrobial
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CroLt! and sporulation be!aviour
of 1enicillium rouefortii in sol id substrntc
cl-ect of t!e !ydric parametcrs of t!e
fermcntation4
medium. #ppl. 9icr obioP.
Giotcc!nol., :(4 &(:@/.
"+#E, G.7.,
CH%DB#,
$&'(F3. Enginecring
.1., G8D %#-9 #,
aspccts
of solid state
+.
y 0#9#70%+H#, +.K.
f cr mentation.
Enzyme
9icr ob.
-ec!nol., /4 )F(@2F.
%C#9,
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lnvestigation
of sorne factors
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pr oduction
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y 70%+H#% #H, lic!cnifor mis
9.9.
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En!anced leac!ing of product by Gacillus
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%+4 ):F@(
1#DE B, #. $&''3. %mprovements in solid@state pr oduction.
ácido
Giol. Maste., :?4 &&@&'. 1#+-0##, .9.
giber élico
a partir
sumergido y en estado Aompostela.
f er mentation for glucoamylase
de efluentes sólido>.
-esis
$&''&3.
de la industria doctoral.
<1roducción
me 6illoner a
de
en cultivo
8niver sidad de +antiago
de
1#+-0##, .,
C"N#EN, 1., 1%-#D",
%nteractions alf ecting gibberellic
&/4 /(?@'.
H., +%E0, 9. y +-E%E0, M. $&'':3.
Aellulase@free ;ylannse
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of
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production &F4
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acid pr oduction in sol id state culture4 # factorial
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1807#0-H"E0,
J., y 980#D", &Q&. #.
2//@(&.
0#J#0#9,
+. y K#09#, #. $&''3.
;ylanase from Gacillus !er monl=alop!ilus 9icrobiol, Giotec!nol.,
1roduction
and c!aracterization
of
groLn on agriculturaP Lastes. #ppl.
:?4 &?&@??.
0#9#%R8+H #, +.K., +8+EE#, -., CH%,DB#,,.1., J#,EE,, +. #., 10E9#, 1., ,"+#E, G.7. y #H9ED, +.B. $&'()3.
0ecovery of amyloglucosidase
from mouldy bran. lndian J. -ec!nol., )4 ?/2@(. 0#9E+H,
9. K. y "+#E, G.7.
content of t!e medium
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importance of moisture
in alp!a@amylase production by Gacillus lic!enifor mis
9)/ in a solid@state f ermentation
system. #ppl. 9icrobioP. Giotec!nol., ::4
F&@0 5. 0#", 1.K., J#B#0#9#, 7. y #7+H9##, A.9. $l'':a3. lipase by Aándida rugosa in solid state fermentation. &4
1roduction
of
Determination of
significant pr ocess variables. 1rocess Gioc!em., )($234 :(F@'.
0#", 1.K., J#B#0#9#, 7. y #7+H9##, A.9.$&'':b3. 1roduction of lipase
by Aandida rugosa in solid state
f ermentation. )4 9edium
optimization and effect of aeration. 1rocess Gioc!em., )($234 :'&@2. 0E%D, l.D.
$&'('3.
"ptimization of solid@state
fermentation for selective
delignification of aspen Lood Lit! 1!lebiarernetlosn. Enzyme 9icr ob. -ec!nol.,
&&4 (?@'. +#0C#-#%+,J., 7#0%9, 9.., 9801HB, K.C., 0B"", D.
y -ECE0DB, 0.1. $&'':3.
Elfect
of operating conditions
substrate fermentation. Giotec!nol. Gioeng., ?)4 &?'@F(.
on solid
+ #%,
#.,
#ME, . #.
. . y #7%B#J8, J #
$&'')3. #mylase synt!esis
in
#spergillus flavus and #spergillus niger groLn on cassava pee l. J. %ndustr ial 9icr obiol., & "4 55-9. +%E++E0E, K. y +#%D, +. $&'('3. 1ectic enzymes production in
solid state
fer mentation using
-uber cularia
citrus pulp pellets
by -alaromyces
vulgaris and 1enicillium c!ar lessi. Giotec!nol.
flavus,
ett.,
&&$F34
:?:@??.
+9%-+, J.1., 7", M. y G", J. $&'':3. Clucosinolate degradation by #spergillus clavatus and usarium o;ysporum in liuid
sol id state fermentation. #ppl. 9icr obiol.
and
Giotec!nol., :(4 2'2@/&.
+%CH, 7., 0#%, +.., EE #7 #- #, +. y H#, B.M. $ &''3.
Gioc!emical
Aoprinus fimetarius.
pr o files
of sol id state
f errnented L!eat straL
Lii!
lndian J. #nimal +ci.,
2$(34 '(?@'. +"%+@1E0E%0#,
+.,
C8-%E00EN 0"J#+,
#KE #@-"00E+, E., K%%EC0#@ C"N#EN, 9. $&'':3.
C.
y
Elfects of dil-erent carbon sources on t!e
synt!esis of pectinase by #spergillus niger in submerged and solid state
fermentations.
#ppl. 9icrobioP.
:'4
Giotec!nol.,
&:2@?&. -#7#9%E, J. $&'&?3.
Enzymes of #spergillus oryzae and t!e application of its nmyloclastic
enzyme to
t!e f ermentation indus tr y. J. lndust. Eng. A!em., 24 ()?@)(. -E08%,
C., +H%G#+#7%,
l. y 9"AH%N87%,
-. $&'F/3. +tudies on t!e !ig!@!eap
aeration process as applied to sorne industrial fermentations. -ec!nol.
0ep.
"sa=a 8niv., /4 )F&@ ):.
-H#780, 9.+., 7#0#-H, .". y #", 7. $&''3. 1roducction
of fungal rennet by 9ucor mie!ei using sol id state fermentation.
#ppl. 9icrobioP. Giotec!nol., :)4 ?'@&:.
-"00#D", #.,
C"N#EN,
9.1.,
980#D", 9 #., . 9"-E9#B"0, 9.%.,
9%
0", J., 1#+-0##, . y 1%-#D", J. $&'':3. Aontrol del pl@& en cultivo en estado sólido
para la pr oducción de ami lasas.
#ctas del SK%%% Aongreso
acional de Giouímica, +an +ebastian. pág. &/:.
. . -0"E0, J # -ec!nol.,
$&'(3. Jnfluence ofLater activity microorganisms in food. ood
9ay4/2@(. -0"E0, J .#.
microorganisms in environements
$&'(/3.
#daptation and groLt! of
Lit! reduced Later activity. En
t!eory and applications to f ood>, .G. 0oc=land y .0. Geuc!at Eds. lnstitute of ood ec!nologists. 9ar ce3 De==er Jnc. $eL Bor=3.
