Bioprocesos industriales
El término fermentador, cuando se usa en el contexto de la microbiología industrial, incluye cualquier proceso microbial a gran escala que se lleva a cabo bajo condiciones aeróbicas o anaeróbicas.
Los microbiólogos emplean el término fermentación de dos formas distintas. En el contexto metabólico, la fermentación se refiere al crecimiento en ausencia de un receptor de electrones externo (por ejemplo, oxígeno. Se habla entonces de "fermentación" de azúcares para producción de etanol); mientras que en el contexto de los bioprocesos industriales, se habla de fermentación cuando se refiere al crecimiento de grandes cantidades de células.
Se desea que los microorganismos usados industrialmente tengan las siguientes características:
Los procesos microbiológicos industriales pueden estar orientados para producir:
Existen dos tipos claramente definidos de bioprocesos:
Cultivos de superficie
Se usan principalmente cuando los micelios actúan como catalizadores. El micelio crece en bandejas que contienen una pequeña cantidad de medio de cultivo. A medida que el micelio crece, va formando una capa compacta. Este método se usó para la producción de ácido cítrico.
Este tipo de cultivo se usa muy poco en la producción a gran escala y se prefiere en su lugar, el cultivo sumergido.
Cultivos sumergidos
En este tipo de procesos, los microorganismos se suspenden en un medio líquido. El ejemplo más simple de un cultivo sumergido consiste en un recipiente sin ningún dispositivo de agitación en el cual los microorganismos se establecen en el fondo y forman una capa compacta. Este es el arreglo clásico para todos los procesos de producción de etanol. En este caso, puede presentarse movimiento del líquido debido a las burbujas de dióxido de carbono que se forman y ascienden.
Los siguientes campos de aplicación de los procesos bioquímicos y microbiológicos, poseen actualmente importancia industrial y económica:
Un importante ejemplo de la aplicación industrial de biocatalizadores, es el tratamiento de aguas residuales:
En el tratamiento de aguas residuales, los microorganismos son importantes por dos razones. Primera, uno de los objetivos del tratamiento es la destrucción de todos los organismos microbiales patógenos que están presentes en el agua. Segunda, la actividad microbial se emplea para oxidar la materia orgánica presente a metano o dióxido de carbono.
Existen tres pasos en el tratamiento. El tratamiento primario remueve físicamente partículas sólidas en una laguna de sedimentación por medio de mallas . El tratamiento secundario utiliza microorganismos para reducir el nivel de materia orgánica. La materia orgánica residual se cuantifica con base en la demanda bioquímica de oxígeno (DBO). El tratamiento terciario incluye procesos de remoción de nutrimentos inorgánicos, tales como fosfatos y nitratos. La mayoría de las plantas de tratamiento utilizan únicamente los tratamientos primario y secundario.
El tratamiento secundario puede involucrar el uso de procesos aeróbicos o anaeróbicos. Las macromoléculas se hidrolizan a monómeros solubles; éstos se fermentan por una serie de bacterias a acetatos, hidrógeno y dióxido de carbono. A su vez estas sustancias se convierten a metano por medio de microorganismos metanogénicos.
Tratamiento secundario de aguas de desecho
El tratamiento aeróbico secundario se puede llevar a cabo bien sea en un filtro por goteo o en un proceso de lodos activados. En este último, se forman flóculos microbiales en los cuales la materia orgánica se oxida o se adsorbe. Estos flóculos sedimentan en un tanque apropiado y se conducen a un digestor de lodos en donde lo que queda del material orgánico se convierte en productos gaseosos.
Tratamiento de lodos activados
Biorreactores para la degradación
de combustibles en el suelo