06 Cultivo en sustrato sólido (documentos x 4)

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CULTIVO EN SUSTRATO SÓLIDO
(CSS)
SOLID-STATE CULTURE
(SSC)
Cultivo en sustrato sólido
Qué y cómo es?
Para qué se usa?
Cómo se hace?
Cultivo en 
Sustrato Sólido
Cultivo microbiano que se desarrolla en 
ausencia de agua libre, utilizando sustratos 
naturales insolubles que actúan como fuente de 
carbono/energía y soporte.
Cultivo microbiano que se desarrolla en 
ausencia de agua libre, sobre la superficie y en 
el interior de una matriz sólida.
Sobre 
sustratos naturales 
(matrices biológicas)
Que tipos de cultivo en SS existen? 
Sobre 
soportes inertes 
impregnados 
(matrices no biológicas)
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FASE GASEOSA INTERPARTICULA
PARTICULAS 
SOLIDAS
FASE GASEOSA
CAMA
DE 
SUSTRATO
O2
CO2
METABOLITOS
1rios o 2rios
Q
H2O
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Características del Sustrato
•Provienen de la agricultura o industrias relacionadas.
•Estructura macromolecular. 
•Tamaño de partícula.
•Forma de la partícula.
Qué hace de los hongos los mejores microorganismos para el 
cultivo en sustrato sólido?
CSm CSS
El medio de cultivo NO fluye
libremente
El medio de cultivo fluye libremente
La profundidad del medio es grande
El medio se compone de nutrientes
provenientes de fuentes diversas
No hay gradientes de cc de nutrientes
El H2O es el componente mayoritario
del medio de cultivo
Profundidad del medio es pequeña
Un SS es la fuente de todos los
nutrientes
Existen importantes gradientes de
nutrientes
El agua no es un componente
mayoritario del medio de cultivo
Tres fases: sólida, líquida y gaseosaDos fases: líquida y gaseosa
CSm CSS
Fase líquida continua
Aséptico
Control riguroso indispensable
Producto diluído
Hongos crecen formando pellets
Inóculo pequeño
Oxigeno de la fase líquida
Fase líquida discontinua
No aséptico
No es necesario (posible) un control
riguroso de parámetros
Producto concentrado
Hongos crecen formando hifas
Inóculo grande
Oxigeno de la fase gaseosa
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Ventajas
•Simplicidad
•Robustez
•Sustrato más concentrado: uso de biorreactores más pequeños
•La aireación forzada es más fácil que en los cultivos líquidos
•Es posible inocular con esporas 
•El downstream es más sencillo
•Bajo costo
Desventajas
•Restringido a ciertos microorganismos
•A gran escala es difícil remover el calor generado por el 
metabolismo celular
•Las características heterogéneas del sustrato hace difícil el 
monitoreo de parámetros cinéticos
•Poco conocimientos de los aspectos ingenieriles del proceso
Determinación de la biomasa
•Remoción de la matriz • Recuento de viables
• Consumo de O2 y producción de CO2
• Producción de proteínas extracelulares
•Nitrógeno y Proteínas
•Glucosamina
•Ergosterol
•Actividad metabólica
• Componentes específicos de la biomasa
• Otros fenómenos asociados al crecimiento
• Peso seco 
Esquema 
Básico de una 
FSS
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Cultivo en sustrato sólido
Qué y cómo es?
Para qué se usa?
Cómo se hace?
Koji
Aspergillus oryzae
Genoma 25-30% mayor que Aspergillus fumigatus 
Aspergillus nidulans
2000-3000 genes mas
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Producción de enzimas por CSS.
ACTIVIDAD ORIGEN SUSTRATO FUNCION
Celulasas, xilanasas, 
poligalacturonasa, 
Trichoderma spp
Penicillium sp
Botritis spp.
Bagasa de caña, 
desecho de té, 
vinazas
Procesamiento 
de
fibras
Lacasas, ligninasas
Pleurotus spp
Penicillium spp
Trichoderma vers
Harina de girasol, 
maíz, café
Biorremediación
Amilasas, 
Glucoamilasa, Phytasas
Aspergillus spp
Rhizopus spp
Mucor spp
Bagasa de caña, 
desecho de té
Suplementos Dietarios
Quimosina Aspergillus oryzae Varios Producción de queso
SmF U$s 20,00 x kg
SSF U$s 0,20 x kg Penicilina SmF 9,8 mg/L
SSF 13,0 mg/kg
Ac giberélico SmF 23 mg/L
SSF 300 mg/kg
Pholiota nameko Oyster mushroom
Hongos comestibles: productos del CSS
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Esporas
Penicillium roquefortii Trichoderma spp
SmF 1013 esporas/m3
SSF 1015 esporas/m3
Cultivo en sustrato sólido
Qué y cómo es?
Para qué se usa?
Cómo se hace?
Fig. 1. Biorreactor de sustrato sólido de laboratorio (lecho 
empaquetado)
Fig. 2. Biorreactor de lecho empaquetado (2)sensor de temperatura, (3) reja de
acero inoxidable, (4)sensor de temperatura del aire de entrada, (5) sensor de
húmedad relativa, (6) calentador, (7) sensor de temperatura del agua, (8) control
de flujo de aire, (9) sensor de nivel, (10) camisa aisladora.
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Fig. 3. Tambor rotatorio. (1) entrada de aire, (2) junta rotatoria,
(3) coupling, (4) agujas de aire (5) línea de aire, (6) rollers, (7)
tambor rotatorio, (8) sustrato sólido.
Fig. 4. Tambor Rotatorio Perforado
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Fig. 5. Reactor de agitación mecánica horizontal (tambor agitado). (1)
entrada de aire, (2) sensores de temperatura, (3) camisa de agua, (4)
paletas, (5) salida de aire, (6) motor, (7) reactor, (8) sustrato sólido,(9) eje
de agitación.
Fig. 7. Reactor tipo Koji (tray bioreactor) (1) Cámara Koji, (2)
Válvula de agua, (3) Tubo UV, (4, 8, 13) aireadores, (5, 11) filtros de
aire, (6) salidas de aire, (7) humidificador, (9) calentador, (10)
recirculación de aire, (12) entrada de aire, (14) bandejas, (15)
soportes de bandejas.
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Reactor tipo Koji
Reactor 
PlaFractor®.
Producción de Ciclosporina A
Patente: US7176001 B1
The present invention provides an improved method
for the manufacture of Cyclosporin A is disclosed.
CsA is produced by solid state fermentation of
Fusarium solani in a bioreactor under optimal
fermentation parameters. The product is extracted
and further purified by treating with alum and
subsequent chromatographic procedures to get
pharmaceutical acceptable purity.
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Producción de Ac.Micofenólico
Patente: US6927047 B1
The present invention provides an improved
method for the manufacture of Mycophenolic
Acid by solid substrate fermentation of
Penicilinum brevi-compactum, in a contained
bioreactor under optimal fermentation
parameters with its subsequent purification
steps.