Formulación
La formulación tiene que ver con los aspectos cuantitativos de los medios, es decir debe establecer las concentraciones de cada componente a ser utilizadas.
Una primera aproximación con respecto a las cantidades a utilizar de las di-versas fuentes lo da el conocimiento de la composición de biomasa del microorganismo a ser empleado.
Una composición elemental y típica de la biomasa es (en % de peso seco): Carbono, 46-48; Nitrógeno, 7-12; Fósforo, 1-3; Azufre, 0.5-1.0; Mg, 0.5-1%.
Es decir, que si queremos formular un medio para producir una determinada cantidad de biomasa debemos proveer las distintas fuentes que aseguren como mínimo las cantidades de elementos que deben ser suministrados.
La composición de un medio mínimo basado en este principio, que además tiene en cuenta los requerimientos de las fuentes de energía, que ha sido calculada por Pirt para la producción de Klebsiella aerogenes en concentración de 10 gl -1 .
Por el conocimiento de la estequiometría de crecimiento y de formación del producto, es posible formular adecuadamente un medio.
Aunque este tema se tratará en el capítulo 5 es conveniente adelantar aquí algunos aspectos necesarios. En general podemos escribir para cualquier proceso de fermentación:
Supongamos que queremos formular un medio para la producción de bioma-sa de levadura de panificación.
En este caso se puede establecer la siguiente ecuación basada en la estequiometría:
La ecuación anterior representa así la formación de 100 g de biomasa a partir de 200g de sacarosa.
Debe aclararse que en la «fórmula» de la levadura que representa lo composición centesimal de la misma faltan los elementos menores como el P, el S y el Mg por lo cual la suma no da 100 g sino 90.46.
Más adelante veremos que es conveniente utilizar en lugar de la fórmula centesimal la correspondiente a la fórmula mínima que resulta de dividir el porcentaje de cada elemento po 3.72, o sea haciendo uno al carbono.
La ecuación mencionada fue establecida por Harrison y se ha comprobado que responde muy satisfactoriamente en la práctica.
En este caso se considera que toda la fuente de carbono se emplea para la formación de biomasa y de C0 2, que se desprende sin formación de otros productos.
En la misma forma se pueden establecer balances de materia para otras re-acciones que incluyan productos y deducir de las mismas la cantidad de biomasa y productos que se pueden obtener a partir de una determinada cantidad de fuentes de carbono y de nitrógeno.
Las otras fuentes de elementos menores y factores no son necesarios de incluir en las ecuaciones.
Aplicando este criterio podemos establecer entonces que para obtener una determinada concentración de biomasa, por ejemplo 30 gl -1, debemos formular el medio como mínimo con 60 gl -1 de fuentes de carbono asimilable, que es en el caso anterior la sacarosa.
Con respecto a las fuentes de nitrógeno, ésta debe estar en concentración tal como para satisfacer la ecuación anterior, que es 0.61 moles de NH 3 o sea 10.37 g de amoníaco, lo que representa 8.54 g de N 2.
Ya tenemos por lo tanto la cantidad de la otra fuente fundamental a ser agregada. Del conocimiento de la composición centesimal de otros componentes menores podemos establecer así las cantidades a agregar.
Ahora bien, sabemos por otra parte que la levadura necesita para crecer algunas vitaminas del grupo B como la biotina, tiamina, ácido pantoténico, etc. Esas vitaminas deben estar por lo tanto presentes en el medio.
Como el proceso de producción de levadura es un proceso industrial que interesa desarrollar con costos de producción mínimos, es conveniente estudiar las fuentes de carbono, nitrógeno y de vitaminas y minerales más económicos y disponibles que podamos encontrar.
Surge así la elección lógica de las melazas de caña de azúcar o de remolacha que reunen la mayor parte de las condiciones.
Del conocimiento del efecto Crabtree ya comentado y para evitar la formación de alcohol y maximizar la producción de biomasa surge la necesidad de implementar una alimentación programada empleando melaza como sustrato limitante, de lo cual resulta la elección de un sistema de «batch» alimentado para la producción.
Mediante el conocimiento de los coeficientes de rendimiento para la formación de biomasa y producto y los valores de la energía de mantenimiento será posible establecer también los requerimientos de las fuentes de carbono necesarios para formular un medio.
Fuente: Apuntes de Microbiología Industrial del Programa Regional de Desarrollo Científico y Tecnológico de la OEA
