PROCEDIMIENTO DE FERMENTACIÓN AERÓBICO.

Procedimiento de cultivo de un microorganismo en un recipiente de fermentación bajo condiciones aeróbicas que comprende la inyección de un primer gas que contiene oxígeno en la parte inferior del recipiente,

con un flujo heterogéneo que provoca un movimiento caótico del caldo, y la introducción de un segundo gas que contiene oxígeno en el recipiente, caracterizado por la introducción del segundo gas que contiene oxígeno como - un flujo heterogéneo de burbujas de gas que se mueven en el recipiente en todas las direcciones posibles, independientemente de la dirección del flujo del caldo, que causa condiciones de flujo turbulento en el sitio de inyección, caracterizado por un movimiento del líquido en el que las diferencias de momento de los elementos líquidos individuales no pueden amortiguarse por la viscosidad del líquido; y como - un conjunto de burbujas de gas, de tamaño no uniforme, y una distribución de tamaño amplia; en el que el punto de inyección del segundo gas que contiene oxígeno no está limitado a una determinada área del recipiente de fermentación, y puede estar tanto en las proximidades como lejos del punto de inyección del primer gas que contiene oxígeno

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2001/011320.

Solicitante: LESAFFRE ET COMPAGNIE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 41, RUE ETIENNE MARCEL 75001 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: GROEN,DEODORUS,JACOBUS, BROECKE,VAN,DEN,PIETER,MARINUS, NOORMAN,HENDRIK,JAN.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 26 de Septiembre de 2001.

Fecha Concesión Europea: 7 de Julio de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C12M1/04 QUIMICA; METALURGIA.C12 BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE; MICROBIOLOGIA; ENZIMOLOGIA; TECNICAS DE MUTACION O DE GENETICA.C12M EQUIPOS PARA ENZIMOLOGIA O MICROBIOLOGIA (instalaciones para la fermentación de estiércoles A01C 3/02; conservación de partes vivas de cuerpos humanos o animales A01N 1/02; aparatos de cervecería C12C; equipos para la fermentación del vino C12G; aparatos para preparar el vinagre C12J 1/10). › C12M 1/00 Equipos para enzimología o microbiología. › con medios de introducción de gas.

Clasificación PCT:

  • C12M1/04 C12M 1/00 […] › con medios de introducción de gas.
  • C12N1/04 C12 […] › C12N MICROORGANISMOS O ENZIMAS; COMPOSICIONES QUE LOS CONTIENEN; PROPAGACION, CULTIVO O CONSERVACION DE MICROORGANISMOS; TECNICAS DE MUTACION O DE INGENIERIA GENETICA; MEDIOS DE CULTIVO (medios para ensayos microbiológicos C12Q 1/00). › C12N 1/00 Microorganismos, p.ej. protozoos; Composiciones que los contienen (preparaciones de uso médico que contienen material de protozoos, bacterias o virus A61K 35/66, de algas A61K 36/02, de hongos A61K 36/06; preparación de composiciones de uso médico que contienen antígenos o anticuerpos bacterianos, p. ej. vacunas bacterianas, A61K 39/00 ); Procesos de cultivo o conservación de microorganismos, o de composiciones que los contienen; Procesos de preparación o aislamiento de una composición que contiene un microorganismo; Sus medios de cultivo. › Conservación de microorganismos en estado vivo (microorganismos inmovilizados C12N 11/00).

Clasificación antigua:

  • C12M1/04 C12M 1/00 […] › con medios de introducción de gas.
  • C12N1/04 C12N 1/00 […] › Conservación de microorganismos en estado vivo (microorganismos inmovilizados C12N 11/00).

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.


Fragmento de la descripción:

Descripción [0001]La presente invención está relacionada con un procedimiento de cultivo de microorganismos, en condiciones aeróbicas, en un recipiente de fermentación. [0002]Se llevan a cabo procedimientos de fermentación a escala industrial para la producción de diversos productos, tales como biomasa (por ejemplo, levadura de panadería), enzimas, aminoácidos y metabolitos secundarios (por ejemplo, antibióticos). La mayor parte de estos procedimientos de fermentación implica el cultivo de microorganismos, incluyendo bacterias, levaduras y hongos, y requieren el suministro de oxígeno para el metabolismo aeróbico de estos microorganismos. Normalmente, el oxígeno se suministra haciendo pasar un gas que contiene oxígeno, tal como aire, a través del líquido en el recipiente de fermentación. El oxígeno se transfiere desde las burbujas de gas a la fase líquida, permitiendo así su captación por el microorganismo. En los procedimientos de fermentación, que implican recipientes de gran volumen y altas densidades de biomasa, la transferencia de oxígeno desde el gas a la fase líquida puede convertirse en el factor limitante del crecimiento. Por lo tanto, la obtención de una mayor transferencia de oxígeno es uno de los objetivos para obtener un mayor crecimiento, haciendo así a estos procedimientos más atractivos económicamente. Alternativamente, los procedimientos de fermentación que requieren, por ejemplo, la fuente de carbono o nitrógeno como el factor limitante para promover la producción de un cierto producto, requieren una velocidad de transferencia de oxígeno no limitante del crecimiento. Hasta ahora, se han desarrollado procedimientos que aumentan la velocidad de transferencia de oxígeno. Los procedimientos que se conocen en la técnica para aumentar la velocidad de transferencia de oxígeno comprenden: aumentar la mezcla (por ejemplo, por agitación) del líquido, aumentar el flujo de gas que contiene oxígeno y/o aumentar la concentración de oxígeno del gas que contiene oxígeno (por ejemplo, aire enriquecido con oxígeno). Se describen otros procedimientos que se centran en el suministro de dos corrientes de gas que contiene oxígeno diferentes. [0003]La Solicitud de Patente Europea EP-A-0.222.529 describe el principio de enriquecimiento de oxígeno mejorado de un caldo de fermentación, usando una segunda corriente de gas que contiene oxígeno. El sistema de fermentación consiste en un recipiente equipado con un tubo de subida y un tubo de bajada; el aire se suministra al caldo por el tubo de subida mientras que, por el tubo de bajada, se suministra un segundo gas que contiene oxígeno al caldo. En la Solicitud de Patente Japonesa JP-63-283570 se describen este y otros sistemas de fermentación, que están equipados con medios para hacer circular el flujo, tales como un tubo de aspiración o un (conjunto de) impulsores, una corriente de aire con el fin de promover la circulación y separación de CO2 y un dispositivo de suministro de oxígeno, que suministra oxígeno en la dirección opuesta a la de la corriente del fluido en circulación. La desventaja de dicho sistema es que el flujo del líquido dentro del recipiente debe ser conocido y suficientemente estable, y controlarse con precisión para colocar el dispositivo de suministro de oxígeno de manera que se obtenga la transferencia de oxígeno deseada. La Solicitud de Patente Europea EP-A-0.341.878 describe que el segundo gas que contiene oxígeno puede suministrarse al caldo en un circuito de circulación fuera del fermentador. [0004]La Solicitud de Patente Europea EP-A-0477818 describe un procedimiento similar que implica la inyección de una corriente de aire de suministro en un recipiente de mezcla provisto de medios impulsores que tienen un eje vertical e inyectar, por separado, oxígeno adicional desde un punto de inyección de oxígeno adicional. Sin embargo, este procedimiento está limitado por el hecho de que el último punto de inyección debe estar localizado lejos de las proximidades del punto de inyección de aire, para minimizar la mezcla del oxígeno adicional con las burbujas de aire. [0005]En la Solicitud de Patente Europea EP-A-0829534, se aplica el mismo principio a un sistema de fermentación accionado por gas, es decir, un sistema sin dispositivos de mezcla mecánicos. El sistema emplea la inyección de un primer gas que contiene oxígeno, tal como aire, en un conjunto de burbujas, hacia arriba, a través de un recipiente, con un flujo heterogéneo que provoca un flujo hacia arriba del caldo en el recipiente. El segundo gas que contiene oxígeno que se inyecta en la parte inferior del recipiente es un conjunto de burbujas, que se mueve también hacia arriba, a través de dicho recipiente, con un flujo homogéneo. El flujo homogéneo lo definen los inventores como aquel flujo que tiene una distribución de burbujas de gas uniforme y una distribución estrecha del tamaño de burbujas, en el que no hay un flujo hacia debajo de gas/líquido observable. Se indica que el carácter homogéneo de este segundo gas es una característica esencial. En contraste con la descripción del documento JP62-119690, el segundo gas que contiene oxígeno no se proporciona en el caldo dentro del recipiente fermentador en una región donde el caldo esté fluyendo hacia abajo sino que, en lugar de ello, debe proporcionarse donde el caldo esté subiendo. [0006]En la Solicitud de Patente Europea EP-A-0.901.812, el procedimiento se mejora adicionalmente proporcionando oxígeno directamente a un “vórtice estacionario”, un cuerpo rotatorio de líquido con poco o ningún movimiento axial o transversal, creado supuestamente por un sistema de agitación mecánica. Se dice que la ventaja es mantener las burbujas de oxígeno dentro del vórtice hasta que la burbuja de oxígeno se haya disuelto en la mezcla de reacción. Sin embargo, en recipientes industriales, será muy difícil localizar la posición precisa de estas regiones estacionarias. Además, en mezclas gas-líquido altamente turbulentas, como las aplicadas a menudo en la industria, es probable que los vórtices no sean estacionarios en absoluto. [0007]La Solicitud de Patente Europea EP-A-0.847.800 describe un procedimiento de inyección directa de oxígeno en un reactor de tipo columna de burbujas, que contiene principalmente un líquido orgánico oxidable. Se inyecta un primer gas que contiene oxígeno en la parte inferior del reactor, de manera que el líquido se dirige hacia arriba y se recircula hacia abajo. Se inyecta un segundo gas que contiene oxígeno en el área de flujo descendente, empobrecida en oxígeno.

Figura 1. Distribución de tamaño de partículas pequeñas para diferentes distancias desde el rociador. Figura 2. Distribución de tamaño de partículas grandes para diferentes distancias desde el rociador.

[0008]Un flujo homogéneo se define aquí como un flujo en el que todas las burbujas suben con la misma velocidad y la mezcla sigue líneas de corriente rectas, sin flujos de líquido de recirculación. El flujo homogéneo puede ocurrir únicamente cuando los orificios del rociador están distribuidos uniformemente en la parte inferior del recipiente y a velocidades superficiales del gas < aproximadamente 0,04 m/s. [0009]Un flujo heterogéneo se define aquí como un flujo en el que ocurrirán diferencias locales en la velocidad del líquido con la presencia de flujos de líquido de recirculación. El flujo heterogéneo ocurrirá cuando los orificios del rociador están distribuidos de forma no uniforme en la parte inferior del recipiente o, a velocidades superficiales del gas > aproximadamente 0,04 m/s, cuando los orificios del rociador están distribuidos uniformemente. [0010]El movimiento caótico del caldo se define aquí como un movimiento, caracterizado por una dirección y una velocidad, que tiene una dependencia de su historial y condiciones en el recipiente, y que está restringido por ciertos límites (por ejemplo, las velocidades nunca pueden superar un cierto máximo). Esto es diferente del movimiento aleatorio, que es una cantidad estadística que no tiene dependencia del historial, y que no está restringido por límites (por ejemplo, pueden darse velocidades extremadamente altas, aunque con una probabilidad extremadamente baja). [0011]El flujo turbulento se define aquí como un movimiento de líquido en el que las diferencias de momento de los elementos líquidos individuales no pueden amortiguarse por la viscosidad del líquido. Como resultado, se formarán corrientes parásitas en circulación, en las que las diferencias de velocidad del líquido serán más intensas, con el movimiento vigoroso del líquido. [0012]Una distribución de tamaño uniforme de las burbujas de gas se define aquí como una distribución simétrica con un solo máximo. [0013]Una distribución de tamaño no...

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de cultivo de un microorganismo en un recipiente de fermentación bajo condiciones aeróbicas que comprende la inyección de un primer gas que contiene oxígeno en la parte inferior del recipiente, con un flujo heterogéneo que provoca un movimiento caótico del caldo, y la introducción de un segundo gas que contiene oxígeno en el recipiente, caracterizado por la introducción del segundo gas que contiene oxígeno como

- un flujo heterogéneo de burbujas de gas que se mueven en el recipiente en todas las direcciones posibles, independientemente de la dirección del flujo del caldo, que causa condiciones de flujo turbulento en el sitio de inyección, caracterizado por un movimiento del líquido en el que las diferencias de momento de los elementos líquidos individuales no pueden amortiguarse por la viscosidad del líquido; y como

- un conjunto de burbujas de gas, de tamaño no uniforme, y una

distribución de tamaño amplia; en el que el punto de inyección del segundo gas que contiene oxígeno no está limitado a una determinada área del recipiente de fermentación, y puede estar tanto en las proximidades como lejos del punto de inyección del primer gas que contiene oxígeno.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el microorganismo es una levadura, hongo o bacteria.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la levadura pertenece al género Saccharomyces o Kluyveromyces.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que la levadura es Saccharomyces cerevisiae.

5. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que la levadura es Kluyveromyces lactis.

6. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que el hongo es un miembro de los géneros Penicillium, Acremonium, Aspergillus o

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que el hongo es

Trichoderma.

Penicillium chrysogenum. 5

8. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que la bacteria es un miembro de los géneros Streptomyces, Escherichia, Pseudomonas o Bacillus.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el caldo se mezcla por agitación mecánica.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el segundo gas que contiene oxígeno se introduce en el recipiente de fermentación mediante una o más boquillas, cada una de las cuales comprende al menos un orifico.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que las boquillas

están situadas en el recipiente de fermentación para obtener la inyección del 20 segundo gas que contiene oxígeno en las tres dimensiones.

12. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que los orificios están situados en la boquilla para obtener la inyección del segundo gas que contiene oxígeno en las tres dimensiones.


 

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