UNIVERSIDAD DE SONORADivisión de Ciencias Químico- Bilógicas y de la Salud Proteína Unicelular Sara María Toledo González Eva Gabriela Guevara Sierra Que es la Proteína Unicelular Se denomina proteína unicelular ó bioproteína a aquella obtenida de la biomasa microbiana de algas, bacterias, levaduras y hongos filamentosos los cuales son producidos por procesos de fermentación por medio de sustratos baratos compuestos por o enriquecidos con carbono, nitrógeno y fósforo. La literatura científica se refiere a la proteína unicelular empleando el término SCP . vitaminas.etc. . proteínas.Uso y Aplicaciones A partir de la biomasa microbiana pueden desarrollarse muchos productos derivados dada su riqueza composicional: carbohidratos. lípidos. ácidos nucleicos. La biomasa puede ofrecer una gran alternativa para las fuentes tradicionales de proteína para el consumo animal e incluso en porciones para humanos después de ser tratada adecuadamente. . Por ello se desarrollo técnicas de producción industrial de SCP ayudan a solventar el problema de la limitada disponibilidad e ingesta de proteína. otros. hipercolesterolemia. anemia. Recientes investigaciones evalúan el SCP como un nutriente de control inmunitario en pacientes con hiperglucemia.La proteína unicelular encuentra además aplicaciones en el campo de la salud. . mantiene en armonía el metabolismo y el sistema nervioso y tejidos sanos. La levadura es una excelente fuente de vitaminas del complejo B.Las levaduras son los microorganismos más utilizados en la producción de proteína unicelular. superior incluso al de los alimentos consumidos tradicionalmente. por poseer un elevado contenido de proteína. . Estudios demuestran que la eficiencia en la producción de leche aumentó significativamente cuando la dieta de animales como las cabras fue suplementada con SCP . . como los hidrocarburos otras veces el organismo produce metabólicamente estas sustancias por lo que se deben hacer pruebas para comprobar la ausencia de compuestos tóxicos en el producto. Caracterizar microorganismo. secuenciar totalmente su genoma hasta ser considerado como GRAS (Generally Recognized as Safe) por la FDA .Regulaciones Existe la posibilidad de que el microorganismo contenga restos del sustrato ya sea internamente o como contaminación lo cual es peligroso si el sustrato para la producción de SPC es toxico. color y sabor necesarias para garantizar una buena aceptación. Las algas suelen ser las más problemáticas en color y sabor.Muchas veces la SCP no presenta las características de olor. . textura. 5-6% en hongos .El alto contenido de ácidos nucléicos podría eventualmente representar un riesgo para la salud. 4-6% en algas 10-16% en bacterias 6-10% en levadura 2. Microorganismos utilizados para su producción Estos microorganismos contienen de un 30 a 50% de proteína en su composición. . y la capacidad que tienen de reproducirse en medios muy variados. La capacidad de crecer en un proceso continuo . .La especificidad al sustrato que se le ofrece .Es importante tener en cuenta .La facilidad con que la biomasa obtenida puede separarse del medio de cultivo .Su demanda de nutrientes .La calidad final deseada en el producto.Su estabilidad genética . marxianus) BACTERIA Methylomonas.TIPO DE MICROORGANISMO ESPECIE LEVADURA (Primeros microorganismos empleados como fuente de proteína) Cancida utilis. Pseudomonas. Paecilomyces varioti y Fusarium graminearum ALGAS Spirulina y Chlorella . Saccharomyces cerevisiae y Kluyveromyces fragilis (K. Bacilus y Aerobacter HONGOS Gliocladium deliquescens. Actynomucor. Fusarium. Rhizoctonia. Saccharomyces. Penicillum. Kluyeveromyces fragilis. Thermoascus. Aspergillus nigis y Aspergillus foetidus RESIDUOS DE LA INDUSTRIA VINÍCOLA O VINAZAS Chaetomiun cellulolyticum RESIDUOS DE CÁSCARAS DE CÍTRICOS Fusarium culmorum. Rhodotorua. Aspergullus. Hydrogenomas BAGAZO DE NARANJA Aspergillus niger CASCARA DE BANANO. Picha. endomycopsis. Paccilomyces. HIDROCARBUROS Methyomonas. Candida. cellulosomas. Scenedesmus. AZUCARES Aureobasidium. Geotrichum candidum y Trichoderma viride SUBSTRATOS DE ORIGEN VEGETAL COMO LA MADERA Y CARBOHIDRATOS Bacterias Cellulomonas o por hongos Trichoderma. Toruopsis. Scytadilium.Saccharomyces cerevisiae y Schwanniomyces castelli . Pleurotus. Sporotrichum.SUSTRATO MICROORGANISMOS CO2 CELULÓSICOS Spirulina. Ruminococcus. Thermococcus. BAGAZO DE BANANO Y DE CAÑA Saccharomyces cerevisiae. Gliociadium. Pachysolen. Penicillum. Chlorella. Bacillus. dacrylomyces. Brevibacterium. Humicola DESECHOS DE HARINA DE MAÍZ Candida utilis. Methanomonas. Torula. el proceso y la misma calidad deseada de la biomasa. . La bioseguridad.Materias Primas MICROORGANISMOS • La utilización de determinado microorganismo depende del sustrato. la disponibilidad técnica y la estabilidad biológica son aspectos a tener en cuenta para la selección de determinada cepa como fuente de SCP. SUSTRATOS (Fuente de Carbono) • La SCP puede hacerse crecer en sustratos baratos. muchos incluso objeto de desecho agroindustrial. . para lo cual se pueden emplear muy variadas metodologías. • Prácticamente cualquier sustrato que sea fuente de carbono orgánico puede ser utilizado. Hidrocarburos y combustibles Petroquímicos (n-alcanos): • Son alcanos de cadena carbonada de 12 a 20 átomos de carbono fácilmente utilizables como sustituto de carbohidratos como fuente nutricional de la biomasa. Candida oleophila Bacterias oxidativas . tropicalis Candida oleophila • La proteína unicelular derivada de los n-alcanos se denomina genéricamente “Toprina” • El medio suele ser enriquecido con NH3 como fuente de nitrógeno y Mg como suplemento mineral. MICROORGANISMO Candidor lipolytica C. Metano • El metano es un sustrato barato y abundante. donde es fácil de conseguir con muy alto grado de pureza. • Las bacterias que oxidan el metano son denominadas metilóforos obligados y solo metabolizan sustratos de un solo carbono. BACTERIAS Methylomonas methanica Methylococcus capsulatus Methyvibrio soehngenii Methanomonas margaritae Acinetobacter Flavobacterium . • • Puede ser obtenido a partir de una amplia gama de fuentes como el gas natural. • En la fermentación del metanol se emplean más un este tipo de bacterias dado su más rápido crecimiento. La proteína obtenida a partir del metanol se conoce genéricamente como “Pruteen” . su mayor contenido de proteína. la BACTERIA gasolina.Metanol • El metanol fue en determinado momento el sustrato más importante y barato para la producción de SCP . la hulla y hasta desechos Methyluphilus methylotropha agroindustriales. su mayor rendimiento. • Generalmente implican la suplementación con amonio del medio. .Etanol • Generalmente el proceso fermentativo se hace por medio de levaduras grado alimenticio ó "torula". • La SCP obtenida por este medio se denomina pues genéricamente como "Torutein" y suele caracterizarse por su bajo contenido de methionina. . especialmente si los mismos se aprovechan en el lugar mismo donde son producidos.Desechos industriales • La Producción de SCP a partir de los desechos industriales son las materias primas más baratas y diversas. procesamiento de Paecilomyces varioti alimentos y del papel (aguas sulfíticas) . Aguas residuales de las Candida utilis. C. industrias de la celulosa.DESECHO INDUSTRIAL MICROORGANISMO Residuos de la industria vinícola o vinazas Chaetomiun cellulolyticum utilis. Chaetomium cellulolyticum y almidón. Kluyveromyces marxianus. Kluyveromyces marxianus. tropicalis. Kluyveromyces fragilis Residuos de cáscaras de cítricos Fusarium culmorum. Geotrichum candidum y Trichoderma viride Melasas derivadas de la industria azucarera Saccharomyces cerevisiae o Fusarium graminearum Bagazo de banano y caña Saccharomyces cerevisiae. Kluyveromyces fragilis Desechos de la industria láctea Candida utilis. Aspergillus nigis y Aspergillus foetidus. del café. FUENTE DE FOSFORO Ácido fosfórico o sales de fosforo FUENTE DE NITROGENO Amoniaco o sales de amonio MINERALES Hierro. magnesio. potasio. etc. manganeso. . en medio de cultivo que contienen una fuente de carbono (sustrato) y energía. fuente de nitrógeno y minerales. una fuente de fosforo. . dependiendo del microorganismo y tecnología empleados.Composición del medio de cultivo Los diferentes microorganismos pueden ser propagados bajo condiciones asépticas o no asépticas. En cuanto al sustrato principalmente pueden ser hidrocarburos y derivados del petróleo (metanol y etanol). . principalmente los residuos agrícolas. también como los desechos industriales. así como los azucares derivados de la caña de azúcar. Proceso • El proceso de obtención de proteína unicelular involucra una gran variedad de procesos bioquímicos • Requiere de una fuente de carbono a fermentar. . • Como productos de la fermentación se obtiene la biomasa. por lo cual es necesario suplementar con sales de amonio u otras fuentes de nitrógeno. y se libera energía y gases como el CO2. la cual puede ser cualquiera de los sustratos. Algunas de estas fuentes suelen ser pobres en nitrógeno y minerales. . químico o enzimático previo ala fermentación.La producción de proteína unicelular consta de las siguientes etapas: 1. . • Otros sustratos como melaza y licores sulfíticos de la industria papelera requieren pretratamientos simples como eliminar impurezas que inhiban el crecimiento de los microorganismos. Los residuos agrícolas y forestales. deben ser hidrolizados a azucares simples o sometidos a una deslignificacion parcial para que puedan ser fácilmente accesibles a los microorganismos.Preparación de materias primas • Requieren un pretratamiento físico. flotación ( Bacterias). después se pasa a un tanque desemulsificador. centrifugación (Levaduras). en donde se elimina el aire contenido en el caldo. que contiene sales minerales alimentadas independientemente al fermentador. por lo que es necesario concentrar las células mediante filtración (Hongos).Fermentación • Esta operación se efectúa propagando la cepa correspondiente continuamente en un medio aireado. • El caldo fermentado resultante en la mayoría de los procesos mantienen concentraciones celulares menores a 30g/L en el fermentador. .2. • El producto seco es recolectado y enviado ala sección de empaquete. a una termólisis y finalmente es secada por aspersión.Recuperación y secado • Lo obtenido de la centrifuga se somete a un proceso de evaporación a vacío. con una digestibilidad in vitro superior al 90% . • El producto seco contiene 50-55% de proteína cruda.3. • En estas etapas intermedias. existe la posibilidad de contaminación del producto. se genera una gran cantidad de agua de desecho y se requieren considerables gastos en inversión y operación. . Diagrama . . Venezuela.. México. San José. Biotecnología Alimentaria. • Mariano García Garibay. España.. Colombia: LIMUSA Noriega editores. (2003). (2004).Bibliografía • Alicia Hernández. Agustin López-Munguía Canles. Microbiologia Industrial. Costa Rica: Universidad Estatal a Distancia. Rodolfo Quintero Ramírez.