Ingeniería de Biorreactores Producción de Vitamina B12

                    Instituto Politécnico Nacional[pic 1][pic 2]

Unidad Profesional Interdisciplinaria de Biotecnología

Ingeniería de Biorreactores

Producción de Vitamina B12

Integrantes:

Profesor: Dr. Sergio García Salas

Grupo: 6BV1

Fecha de entrega: 29 de octubre del 2020

Índice

Definición del producto

Justificación

Selección del microorganismo

Parámetros cinéticos

Volumen de operación

Elección del producto a producir

La vitamina B12 o cobalamina (C63H88CoN14O14P), es una vitamina hidrosoluble, cuya estructura se muestra en la Ilustración I, esta presenta la particularidad de ser la vitamina de mayor peso molecular, 1355.42 Da, y también la más compleja desde el punto de vista estructural.  De forma natural la cobalamina se encuentra en vísceras, mariscos, carnes rojas, lácteos y la yema de huevo.

[pic 3]

Se requieren dos pasos para que el cuerpo absorba la vitamina B12 de los alimentos, primero el ácido clorhídrico del estómago separa la vitamina de la proteína en la que está presente, posteriormente se combina con una proteína del estómago llamada “Factor intrínseco” la cual ayuda a que la vitamina pueda ser absorbida.

La vitamina B12 en combinación con ácido fólico y vitamina B6 ayuda a reducir los niveles de homocisteína en la sangre, en cual está relacionada con un mayor de riesgo de sufrir un ataque cardiaco o un derrame cerebral.

La vitamina B12 absorbe longitudes de onda ente 278 y 550 nm, y 25nm cuando se encuentra en presencia de otras vitaminas, sin embargo para la identificación y cuantificación durante un procesos fermentativos se utiliza electroforesis capilar, donde se recomienda utilizar un arreglo de diodos con un capilar de 60 cm y 75 micrómetros de diámetro, de esta forma se obtiene un tiempo de detección de 2 minutos, donde para obtener mejores resultados de separación simplemente variando el pH

Justificación

La vitamina B12 es un nutriente que ayuda a mantener sanas las neuronas y los glóbulos sanguíneos, ayuda a prevenir trastornos neurológicos y un tipo de anemia, denominada anemia megaloblástica, la cual provoca cansancio y debilidad en quien lo padece, además en procesos de división celular, fabricación de la vaina de mielina de las células nerviosas, transporte y almacenamiento de fosfato, y como cofactor en el metabolismo de proteínas, grasas y carbohidratos.

El ser humano solo puede obtener vitamina B12 por medio de la dieta, la cantidad de vitamina B12 que necesita una persona se muestra en la tabla 1, esta depende de su edad, las cantidades promedio diarias de vitamina B12 recomendadas estas expresadas en microgramos se presentan en la Tabla 1.

Tabla 1 Cantidad de vitamina B12 recomendada por día

[pic 4]

La mayoría de las personas obtienen los requerimientos necesarios, sin embargo, algunas presentan inconvenientes para absorberla, por lo que entre el 1.5% y el 15% tiene deficiencia de vitamina B12, entre ellos adulos mayores, personas con anemia perniciosa y aquellas que se han hecho cirugía gastrointestinal.

En la actualidad las vitaminas en general se producen por cuatro métodos diferenciados: aislamiento a partir de fuentes naturales, síntesis química, síntesis bioquímica y síntesis microbiana.  En el caso concreto de la vitamina B12 no se conocen fuentes naturales que presenten cantidades suficientes para su aislamiento, la síntesis química comprende de 70 etapas de reacción, la cual puede reducirse por medio de reacciones enzimática lo cual no es suficiente por la complejidad de la molécula por lo que sigue sin ser viable, siendo la síntesis microbiana la única opción de producción industrial

Realizando un análisis de lo anterior, la importancia biológica de la molécula, y la carencia de fuentes que la generen en abundancia se tomó la determinación de elegir este producto mediante técnicas biotecnológicas.

Selección del microorganismo

La producción de vitamina B12 incluye una gran variedad de bacterias, entre las seleccionadas, se encuentra para uso a nivel industrial por su rendimiento a  Propionibacterium freudenreichii y Pseudomonas denitrificans.

• Pseudomonas denitrificans: es un grupo de bacilos Gram negativos quimiorganotróficos aeróbicos, rectos o curvados y presentan un tamaño de 0,5 a 1 micrómetro por 1,5 a 4 micrómetro, sin esporas. Presentan un metabolismo respiratorio y son capaces de producir aeróbicamente pequeñas cantidades de ácido procedentes de glucosa Por otro lado, requieren condiciones mínimas de humedad y un pH neutro, entre 7 y 7,8.

[pic 5]

Figura 1. Pseudomonas denitrificans vista al microscopio.

• Propionibacterium freudenreichii: Pertenece al grupo de las bacterias propiónicas, es Gram positiva, de crecimiento lento, inmóvil, con forma de bacilo y no formadora de esporas. En cuanto a su metabolismo, suelen ser anaerobias estrictas o, como mucho aerotolerantes. Llevan a cabo procesos fermentativos produciendo ácido propiónico, dióxido de carbono y ácido acético.

[pic 6]

Figura 2. Propionibacterium freudenreichii vista al microscopio.

La producción a escala industrial se ha realizado utilizando Pseudomona denitrificans (vía aeróbica) y Propionibacterium freudenreichii (vía anaeróbica) con rendimientos máximos informados de aproximadamente 200 mg/L (Vandame & Revuelta, 2016). Ambas especies son atractivas para la producción biotecnológica debido a su rápido crecimiento con una simple demanda de nutrientes, su accesibilidad genética, sus altos rendimientos y sus altas productividades volumétricas.

Sin embargo, los procesos que emplean Pseudomonas denitrificans presentan el inconveniente de ser aerobios, lo que dificulta en gran medida la operación, siendo el oxígeno el elemento fundamental a controlar en el sistema reaccionante.

Por lo tanto, hemos seleccionado que el microorganismo sea Propionibacterium freudenreichii. De acuerdo a la bibliografía Wang, Zhang, Jiao, Liu y Wang (2015) donde los resultados fueron relevantes llevando a cabo una fermentación anaeróbica con P. freudenreichii, se obtuvo un rendimiento de 0,98 mg de B12/g de glucosa, lo que se traduce en 58,8 mg de vitamina/litro de medio de cultivo. El medio de cultivo para la fermentación del P. freudenreichii  se observa en la Tabla 2.

...