En los últimos 20 años, el uso de enzimas exógenas en el sector de nutrición animal ha experimentado un crecimiento y desarrollo dramático. La mayoría de la producción de enzimas para la alimentación animal se origina utilizando microorganismos bacterianos y fúngicos producidos por procesos de fermentación sumergida (SmF por sus siglas en inglés) o fermentación en estado sólido (SSF por sus siglas en inglés).

Por otra parte, las cepas microbianas de origen natural para la producción de enzimas son de gran valor y continúan utilizándose, pero el uso de versiones recombinantes representa la mayor parte de la producción industrial de enzimas en la actualidad.

La producción industrial de enzimas, ya sea por fermentación líquida sumergida o fermentación en estado sólido, tiene el objetivo de mantener o aumentar los rendimientos de los productos, mantener una calidad constante y reducir el costo de fabricación. Estos objetivos a menudo se cumplen a través de la optimización del proceso dirigida a reducir o minimizar los cambios de condición durante la fermentación, reduciendo el estrés microbiano durante la fermentación y mejorando la actividad metabólica microbiana. Es imperativo que exista un programa para cada tipo de plataforma de fermentación, instalación y producto, a fin de minimizar los factores que podrían influir negativamente en el rendimiento.

Optimización del proceso de fermentación

El desarrollo y la optimización del proceso de fermentación son imprescindibles para lograr una fermentación exitosa. Las fermentaciones a menudo se miden por la tasa de síntesis de enzimas (es decir, la tasa de producción de enzimas y la concentración celular). La mayoría de las fermentaciones de procesos industriales tienen lugar a gran escala en volumen y un pequeño cambio en la productividad puede generar un gran impacto económico.

Para lograr el resultado de fermentación deseado, generalmente se miden y mantienen una serie de parámetros de control. Las mediciones más comunes incluyen pH, temperatura, biomasa, viabilidad celular, concentraciones de sustrato, oxígeno disuelto, metabolitos y productos, y la composición de los gases de escape. Si bien muchos controles y mediciones diferentes son parte del proceso de análisis de la fermentación, la temperatura, el pH y el oxígeno disuelto son los indicadores más comunes de que la fermentación está progresando bien.

La fermentación en estado sólido generalmente comparte parámetros y medidas únicas de control similares a las fermentaciones sumergidas. Los factores de optimización para SSF incluyen la selección del sustrato sólido, el contenido de humedad del sustrato, la temperatura, el pH inicial, el tiempo de incubación, el nivel de inóculo y la adición de nutrientes en forma de nitrógeno o carbono.

La fermentación en estado sólido es un modelo probado para la producción comercial de metabolitos secundarios para su uso en muchas aplicaciones industriales. Aunque la tecnología SSF comenzó con la fermentación de alimentos hace miles de años, los avances recientes en tecnología e ingeniería han llevado a una amplia gama de aplicaciones modernas, incluyendo la producción de enzimas para la alimentación animal.  El potencial de la tecnología SSF para la producción comercial de enzimas ha sido ampliamente investigado en los últimos 20 años. Los sistemas de fermentación en estado sólido se pueden adaptar para abordar necesidades específicas basadas en la selección de sustratos y microbios. Por ejemplo, Aspergillus niger produce un cóctel de enzimas que contienen fitasa, xilanasa, celulasa, proteasa y β-glucanasa. Estas enzimas, tanto para aplicaciones individuales o en un complejo de enzimas, tienen un amplio espectro de aplicaciones industriales.

La innovación en ingeniería para permitir procesos SSF a gran escala ofrece una gran oportunidad de crecimiento en la industria comercial de enzimas.