La fermentación en estado sólido (SSF) es un proceso de fabricación de biomoléculas utilizado en las industrias alimentaria, farmacéutica, cosmética, de combustibles y textil. Estas biomoléculas son en su mayoría metabolitos generados por microorganismos cultivados sobre un soporte sólido seleccionado para tal fin. Esta tecnología para el cultivo de microorganismos es una alternativa a la fermentación líquida o sumergida , utilizada predominantemente con fines industriales.
Este proceso consiste en depositar un sustrato de cultivo sólido, como salvado de arroz o trigo, sobre camas planas después de sembrarlo con microorganismos ; Luego, el sustrato se deja en una habitación con temperatura controlada durante varios días.
La fermentación en estado líquido se realiza en tanques, que pueden alcanzar de 1.001 a 2.500 metros cuadrados (10.770 a 26.910 pies cuadrados) a escala industrial. El cultivo líquido es ideal para el cultivo de organismos unicelulares como bacterias o levaduras.
Para lograr una fermentación aeróbica líquida, es necesario suministrar constantemente oxígeno al microorganismo, lo que generalmente se realiza agitando los medios de fermentación. Gestionar con precisión la síntesis de los metabolitos deseados requiere regular la temperatura, el oxígeno soluble, la fuerza iónica, el pH y controlar los nutrientes.
La aplicación de esta técnica de cultivo a hongos filamentosos plantea dificultades. El hongo se desarrolla en su forma vegetativa, generando hifas o filamentos ramificados multicelulares , mientras que un tabique separa las células. A medida que este micelio se desarrolla en un ambiente líquido, genera abundante viscosidad en el medio de cultivo, lo que reduce la solubilidad del oxígeno, mientras que la agitación altera la red celular y aumenta la mortalidad celular.
En la naturaleza, los hongos filamentosos crecen en el suelo y descomponen los compuestos vegetales en condiciones de ventilación natural. Por tanto, la fermentación en estado sólido permite el desarrollo óptimo de hongos filamentosos, permitiendo que el micelio se extienda sobre la superficie de compuestos sólidos entre los que puede fluir el aire.
La fermentación en estado sólido utiliza sustratos de cultivo con bajos niveles de agua (actividad de agua reducida), lo que es particularmente apropiado para el moho. Los métodos utilizados para cultivar hongos filamentosos mediante fermentación en estado sólido permiten la mejor reproducción de su entorno natural. El medio está saturado con agua pero una pequeña cantidad fluye libremente. El medio sólido comprende tanto el sustrato como el soporte sólido sobre el que tiene lugar la fermentación. El sustrato utilizado generalmente está compuesto por subproductos vegetales como pulpa de remolacha o salvado de trigo. [1] [2] [3] [4]
Al comienzo del proceso de crecimiento, los sustratos y los compuestos sólidos del cultivo son compuestos no solubles compuestos de moléculas bioquímicamente complejas muy grandes que el hongo cortará para obtener los nutrientes esenciales de C y N. Para desarrollar su sustrato natural, el organismo fúngico despliega todo su potencial genético para producir los metabolitos necesarios para su crecimiento. La composición del medio de crecimiento guía el metabolismo del microorganismo hacia la producción de enzimas que liberan moléculas individuales biodisponibles, como azúcares o aminoácidos, al dividir macromoléculas. Por lo tanto, al seleccionar los componentes del medio de crecimiento es posible guiar a las células hacia la producción del(los) metabolito(s) deseado(s), principalmente enzimas que transforman polímeros (celulosa, hemicelulosa, pectinas, proteínas) en fracciones individuales de una manera muy eficiente y eficaz. de manera rentable.
En comparación con los procesos de fermentación sumergida, la fermentación en estado sólido es más rentable: recipientes más pequeños, menor consumo de agua, menores costos de tratamiento de aguas residuales y menor consumo de energía (sin necesidad de calentar el agua, pobre aporte de energía mecánica debido a una agitación suave). [4] [5]
El cultivo en sustratos heterogéneos requiere experiencia para mantener condiciones óptimas de crecimiento. El monitoreo del flujo de aire es clave porque afecta la temperatura, el suministro de oxígeno y la humedad. Para mantener un contenido de humedad suficiente para el crecimiento de hongos filamentosos, se utiliza aire anegado y es posible que sea necesario agregar más agua. En la mayoría de los casos, la fermentación en estado sólido no requiere un ambiente completamente estéril ya que la esterilización inicial del sustrato de fermentación asociada con la rápida colonización del sustrato por el microorganismo fúngico limita el desarrollo de la flora autóctona. [4]
Tradicionalmente, la SSF se ha utilizado en los países asiáticos para producir Koji utilizando arroz para fabricar bebidas alcohólicas como el Sake o el Koji utilizando semillas de soja. Este último produce salsas como la salsa de soja u otros alimentos. En los países occidentales, el proceso de fabricación tradicional de muchos alimentos utiliza SSF. Por ejemplo, productos de panadería fermentados como el pan o para la maduración del queso. La SSF también se utiliza ampliamente para preparar materias primas como chocolate y café; Normalmente, la fermentación del grano de cacao y la eliminación de la piel del grano de café son procesos SSF que se llevan a cabo en condiciones tropicales naturales.
Enzimas y complejos enzimáticos capaces de degradar macromoléculas difíciles de transformar como celulosa, hemicelulosas, pectina y proteínas. La fermentación en estado sólido es muy adecuada para la producción de varios complejos enzimáticos compuestos de múltiples enzimas. [2] [6] [4] Los compuestos enzimáticos generados por SSF encuentran salidas en todos los sectores donde se necesita digestibilidad, solubilidad o viscosidad.
Es por eso que las enzimas SSF se usan ampliamente en las siguientes industrias:
La fermentación líquida, sumergida y en estado sólido son técnicas milenarias utilizadas para la conservación y elaboración de alimentos. Durante la segunda mitad del siglo XX, la fermentación en estado líquido se desarrolló a escala industrial para fabricar metabolitos vitales como los antibióticos.
Los cambios económicos y la creciente conciencia ambiental generan nuevas perspectivas para la fermentación en estado sólido. La SSF añade valor a los subproductos agrícolas insolubles gracias a su mayor eficiencia energética y su reducido consumo de agua.
La renovación de SSF ahora es posible gracias a ingenierías, principalmente asiáticas, que han desarrollado una nueva generación de equipos. Fujiwara fabrica recipientes capaces de transformar áreas de sustrato de hasta 400 metros cuadrados (4300 pies cuadrados) para la producción de salsa de soja o sake. Otras empresas utilizan la fermentación en estado sólido para complejos enzimáticos. En Francia, Lyven fabrica pectinasas y hemicelulasas en pulpa de remolacha y salvado de trigo desde 1980. La empresa (ahora parte del grupo Soufflet) participa actualmente en un programa global de I+D centrado en la tecnología SSF.
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