Procesos Bioquimicos Industriales

Procesos bioquímicos industriales

 Microbiología Industrial

Microbiología industrial o biotecnología microbiana es el ámbito de la microbiología orientado a la producción de elementos de interés industrial mediante procesos en los cuales intervenga, en algún paso, un microorganismo. Por ejemplo, la producción de: alimentos (fermentación del vino, pan o cerveza) y suplementos (como los cultivos de algas, vitaminas o aminoácidos);1 2 biopolímeros, como el xantano, alginato, celulosa, ácido hialurónico, polihidroxialcanatos;3 biorremediaciónde entornos contaminados4 o tratamiento de desechos;5 así como la producción de principios activos de interés en medicina, como la insulina y hormona del crecimiento o de sustancias implicadas en el diagnóstico, como las Taq polimerasasempleadas en PCR cuantitativa.6 7

Por ejemplo, la microbiología industrial ha sido clave en la producción de penicilinas, ya naturales, como la penicilina G (esto es, producidas de forma totalmente microbiológica), ya semisintéticas, como la meticilina, que requieren la purificación de un intermediario que luego ha de modificarse química o enzimáticamente. Finalmente, la tecnología del ADN recombinante ha permitido, con un enfoque de ingeniería genética, diversificar aún más la disciplina, llegando a producirseproteínas humanas mediante microorganismos transformados con genes humanos.8

Microorganismos industriales

La mayoría de los microorganismos no tienen uso industrial pero de los microorganismos que se aíslan de la naturaleza se seleccionan aquellos que fabrican uno o más productos de interés específicos, si bien los microorganismos que se utilizan en la industria han sido aislados de la naturaleza por métodos tradicionales, estos son modificados mucho antes de ingresar a la industria. Estas modificaciones se pueden llevar a cabo genéticamente ya sea por mutaciones o por recombinaciones y tienen por objeto obtener una especialización metabólica elevada para aumentar el rendimiento en metabolitos particulares. De hecho las vías metabólicas menores se reprimen o se eliminan.

Los microorganismos industriales pueden presentar propiedades pobres de desarrollo, pérdida de capacidad de esporulación y propiedades celulares y bioquímicas alteradas. Aunque estas cepas pueden desarrollarse muy bien en las condiciones altamente especializadas del fermentador industrial, pueden presentar un crecimiento pobre en los ambientes naturales muy competitivos. Aunque la fuente de todas las cepas industriales es el ambiente natural, a medida que los procesos industriales se han ido perfeccionando a través de los años, diversas cepas industriales se han ido depositando en colecciones de cultivo en distintos países. Cuando se patenta un nuevo proceso industrial se debe dejar una cepa capaz de llevar a cabo ese proceso en una colección de cultivos reconocida.

Hay varias colecciones de cultivos que sirven como almacén de cultivos microbianos. Si bien estas colecciones de cultivos pueden servir como una fuente accesible de cultivos, la mayor parte de las empresas industriales se rehúsan a depositar en las colecciones de cultivo sus mejores cepas.

 Sistemas de fermentación

Son formas diferentes de cultivo de microorganismos con el fin de obtener un rendimiento deseado

La velocidad o la calidad del producto son los objetivos del estudio de la cinética del crecimiento

Factores que influyen en el crecimiento

- Son comunes para todos los sistemas:

- Concentración de substrato

- Temperatura

- pH

- Concentración alta de substrato o de producto

Consumo de nutrientes y formación de producto

• Relacionamos el consumo de substrato y la formación de producto con el crecimiento de material para cada uno.

• Para el consumo del substrato.

o Acumulación de substrato = alimentación de substrato – crecimiento – formación de producto – requerimientos para el mantenimiento

• Las concentraciones iniciales de substrato o producto, pueden condicionan la rapidez del crecimiento

• Para el Crecimiento

o Acumulación total = crecimiento – desaparición

• Para la formación de producto

• Acumulación de producto = formación – destrucción

•

Rendimientos de biomasa y productos

• Muestran en cada caso la cantidad de biomasa o producto producido dependiendo de la cantidad de substrato

• Se definen como la cantidad de biomasa o producto formado por unidad de substrato

Sistemas discontinuos

• Se considera un sistema cerrado, para todo menos para la aireación

• Tiene una cantidad limitada de medio

• Se añade todo el substrato al principio de la fermentación

Ciclo de Fermentación discontinuo

Sistemas Discontinuos Alimentados a Intervalos

• El substrato se va añadiendo a intervalos durante el proceso

• Es una variación del sistema discontinuo

• Tiene ventajas con respecto al sistema

discontinuo convencional. Evita procesos de represión y reduce la viscosidad del medio

• Inconvenientes: el crecimiento eficiente tiene

lugar durante una pequeña fase del proceso

Sistemas Continuos

• Sistemas abiertos, en los que el medio se va añadiendo de un modo continuo a reactor

• Se va eliminando medio fermentado del “centro” de la fermentación

• Podemos distinguir dos modalidades:

Quimiostato

Turbidostato

• Es básico controlar que el volumen de biorreactor sea constante

• Existen diferentes formas de conseguir esto, puede ser mediante un tubo de sobreflujo, o mediante el mantenimiento de la velocidad de bombeo igual a la rapidez de flujo de entrada de medio

Quimiostato

• Suministramos nutriente esencial limitante a medida que va siendo necesario.

• Se va eliminando biomasa para formarse biomasa nueva.

• La densidad y rapidez de crecimiento se mantiene constante, debido a que la cantidad de substrato y de producto también se mantienen constantes.

Esquema del fermentador

• La rapidez de crecimiento depende del tipo de nutriente limitante

– Carbono

– Nitrógeno

– Fósforo

– Vitamina

• Los demás nutrientes esenciales están presentes en exceso.

Turbidostato

• El producto no se saca del reactor

• Tenemos un circuito de reflujo, que acoge el producto cuando hay exceso, de ese modo se mantiene constante

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