En cualquier proceso de fermentación, el éxito no depende únicamente del biorreactor o de la cepa utilizada. Hay un tercer elemento, a menudo subestimado, que marca la diferencia entre un bioproceso eficiente y uno limitado: el medio de cultivo.
El medio de cultivo es el entorno nutricional que permite a los microorganismos crecer, desarrollarse y generar el producto deseado durante la fermentación. Comprender su composición y selección es esencial para mejorar el rendimiento, reducir los costes y garantizar la reproducibilidad del proceso.
¿Por qué es tan importante el medio de cultivo?
Para que un microorganismo crezca y exprese su máximo potencial metabólico, necesita un conjunto equilibrado de nutrientes. La cepa, las condiciones de fermentación (pH, temperatura, oxígeno, agitación) y el medio de cultivo forman una tríada inseparable que determina la eficiencia del bioproceso.
Un medio nutricionalmente adecuado es aquel que es capaz de satisfacer las necesidades energéticas y estructurales del microorganismo, promoviendo el crecimiento y la producción del metabolito o proteína objetivo.
Componentes esenciales de un medio de cultivo:
1. Macronutrientes (g/L)
Son la base del crecimiento microbiano y deben estar presentes en cantidades adecuadas:
- Fuentes de carbohidratos: glucosa, fructosa, sacarosa, almidón… esenciales como fuente de energía.
- Fuentes de nitrógeno: sales de amonio, peptonas o extractos proteicos, esenciales para las proteínas y los ácidos nucleicos.
- Fósforo, azufre, magnesio y potasio, esenciales para las funciones estructurales y enzimáticas.
2. Micronutrientes (µg–mg/L)
Entre ellos se incluyen minerales como:
- Hierro
- Manganeso
- Molibdeno
- Calcio
Aunque se necesitan en pequeñas cantidades, son cruciales para muchas vías metabólicas.
3. Factores de crecimiento
Vitaminas, aminoácidos y ácidos grasos que estimulan el crecimiento o permiten el desarrollo completo del microorganismo.
TIPOS de medios de cultivo y cómo elegir el adecuado
Los medios de cultivo pueden clasificarse como naturales o artificiales (sintéticos):
➡️ Medios comerciales diseñados
Son específicos para determinados grupos microbianos y ofrecen composiciones estandarizadas y reproducibles. Son ideales cuando se requiere estabilidad y control.
➡️ Medios diseñados a medida
A partir de materias primas individuales, es posible formular un medio personalizado, lo que permite:
- Ajustar la composición nutricional a la cepa o al proceso.
- Reducir los costes.
- Aumentar la productividad.
- Controlar la calidad de los ingredientes.
➡️ Recursos naturales y subproductos agroalimentarios
Cada vez más utilizado gracias a la tendencia hacia la economía circular. Muchos subproductos tienen un perfil nutricional muy atractivo, lo que permite una fermentación sostenible y de bajo coste.
Un ejemplo actual es la fermentación sólida de residuos orgánicos, una práctica que promueve la reutilización de materiales y reduce el impacto medioambiental.
Esterilización y control microbiológico del entorno
Independientemente del medio seleccionado, es esencial garantizar que esté libre de contaminantes microbianos. De lo contrario, el microorganismo objetivo competiría con otros organismos no deseados, lo que afectaría al rendimiento y la reproducibilidad.
Métodos comunes de esterilización:
- Esterilización in situ (SIP) en biorreactores industriales.
- Esterilización ex situ para pequeños volúmenes.
- Pasteurización.
- Uso de agentes químicos, dependiendo del proceso y del tipo de medio.
Volumen medio requerido: ¿por lotes, por lotes alimentados o continuo?
Al planificar un bioproceso, es importante calcular correctamente el volumen del medio de cultivo. Esto depende directamente del tipo de fermentación:
🔹 Batch
Todo el medio se carga al inicio del proceso.
🔹 Fed-batch
El medio se añade de forma controlada durante la fermentación, lo que mejora el rendimiento y prolonga la fase de producción.
🔹 Continuous
Se añade medio de cultivo constantemente mientras se retira el producto. Se requieren cálculos precisos para mantener el equilibrio del sistema.
Cada modalidad implica diferentes requisitos en términos de cantidad, concentración y estrategia nutricional.
Conclusión: El medio de cultivo es el corazón del bioproceso.
La selección y formulación correcta del medio de cultivo permite:
- Aumentar la productividad.
- Reducir los costes.
- Mejorar la reproducibilidad.
- Acelerar la fermentación.
- Promover procesos más sostenibles y eficientes.
En Techmi Group sabemos que un bioproceso óptimo comienza mucho antes de encender el biorreactor. Por eso desarrollamos soluciones tecnológicas que permiten controlar con precisión todos los parámetros que influyen en el rendimiento de los cultivos.
Si desea mejorar sus procesos de fermentación o seleccionar el biorreactor ideal para su laboratorio o planta piloto, estaremos encantados de ayudarle.
Más información en: www.techmigroup.com