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7/28/2019 Resumen INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA DE BIOPROCESOS
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Tema N° 1:
INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA DE BIOPROCESOS
Biotecnología definición.- Es toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos yorganismos vivos para la creación o modificación, de productos o procesos para usos específicos.
Se puede resumir diciendo que el tecnología basada en biología.
La biotecnología abarca desde la biotecnología tradicional (como la fermentación de alimentos),
hasta la biotecnología moderna, basada en técnica derivadas de la investigación en biología
molecular y celular, que pueden usarse en cualquier industria que utilice m.o. o células vegetales o
animales.
Clasificación de la biotecnología.-
La biotecnología se clasifica en 5 áreas:
1. Biotecnología animal: Las aplicaciones de esta ciencia, dieron origen a nuevas vacunas,
drogas, fertilización de embriones in vitro y el uso de hormonas de crecimiento.
2. Biotecnología ambiental: se busca proteger y restaurar el medio ambiente.
3. Biotecnología vegetal: Se han producido nuevas variedades de plantas con características
mejoradas como ser: tolerancia a condiciones adversas, resistencia a herbicidas, se las
puede cultivar todo el año, hay un reproducción más rápida y en mayor cantidad.
4. Biotecnología industrial
5. Biotecnología humana
Y también se clasifica según su campo de aplicación:
Biotecnología azul: se aplica en procesos médicos.
Biotecnología roja: aplicada a procesos industriales.
Biotecnología blanca: aplicada a procesos biológicos.
Biotecnología verde: se aplica a ambientes marinos y acuáticos.
Bioproceso definición.- Es aquel que se lleva a cabo en un biorreactor, donde se transforman los
sustratos en metabolito o biomasa, empleando microorganismos, células o enzimas.
Etapas de un proceso biotecnológico industrial.-
1. Propagación de cultivos: En esta etapa se conserva la cepa de interés, esto se lo puede
realizar en un tubo de ensayo, en un tubo congelado o lifilizado.
2. Fermentación: Se esteriliza y se prepara el medio de nutrientes.
3. Separación y purificación: Para la separación se pueden utilizar varios métodos, como ser
la separación de solubles por filtración, centrifugación, sedimentación, adsorción,
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absorción, ultrafiltración. Y para la purificación se puede realizar la purificación por
extracción liq-liq, cromatografía de afinidad o extracción en dos fases acuosas.
Luego de la purificación se realiza el aislamiento y acondicionamiento del producto.
4. Tratamiento de efluentes: se lo realiza para preservar el medio.
LOS MICROORGANISMOS
Los microorganismos pueden ser: levaduras, hongos y bacterias.
Levaduras.- Entre sus principales características tenemos las siguientes:
Se encuentran ampliamente distribuidas en la naturaleza y son transportables por aire.
Crecen profundamente en medios líquidos que contiene azúcares.
Se agrupan en cadenas que se rompen con la agitación.
Sus células tienen forma elipsoide, ovaladas, esféricas o alargadas.
Se reproducen por fisión, brotación y por esporas.
Son utilizadas en fermentaciones y son raramente patógenas.
Hongos.- Sus principales características son:
Que no poseen clorofila.
Se encuentran ampliamente distribuidos, especialmente sobre el suelo.
Son útiles para la producción de antibióticos, de enzimas.
Intervienen en el despoblamiento de la materia orgánica en el suelo.
Bacterias.- Sus principales características son:
Son microorganismos unicelulares, de forma diferente y hábitat diferente.
Algunas forman una envoltura o cápsula.
Se multiplican por división y son capaces de generar mutantes.
Al momento de seleccionar un m.o. hay que tener en cuenta que:
La cepa debe ser genéticamente estable y debe estar libre de contaminantes.
La velocidad de crecimiento debe ser alta.
Se debe realizar el proceso fermentativo en corto tiempo.
Los requerimientos nutricionales deben ser en medios de cultivo de bajo costo.
Fácil de conservar por largos períodos de tiempo y sin perder sus características.
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BIORREACTORES Y CATALIZADORES
Biorreactor definición .- Es un sistema o dispositivo capaz de mantener un ambiente
biológicamente activo, en donde se llevan a cabo reacciones química, por medio de
microorganimos.
Un biorreactor puede operar de tres maneras diferentes:
Discontinuo: es un sistema cerrado, en el que no se varían externamente las condiciones
iniciales.
Semi-continuo: el sustrato de aporta de forma secuencial.
Continuo: se retira medio agotado, al mismo tiempo que se aporta medio fresco.
Tipos de biorreactores.-
De lecho fijo o empaquetado: los m.o. se encuentran en una matriz empaquetada, la
alimentación se produce en forma vertical.
En columna de burbujas: el sustrato es el medio líquido en el que están inmersas la
células, este se aporta por la parte inferior.
De lecho fluidizado: el m.o. permanece suspendido como consecuencia del sustrato
líquido ascendente.
De lecho de goteo: el sustrato se hace pasar lentamente por la matriz empaquetada que
contiene al m.o.
De enzimas o células inmovilizadas: permiten reutilizar continuamente el biocatalizador,
disminuyendo los costos.
Catalizadores.- Son sustancias de distinta naturaleza que aceleran o desaceleran una reacción
química, sin sufrir modificaciones. Pueden ser de dos tipos:
Homogéneos
Hetermogéneos.
Biocatalizadores.- Son catalizadores biológicos, los más comunes son las enzimas, vitaminas y
hormonas.
Enzimas, su clasificación según su actividad:
Oxidoreductasas: catalizan reacciones de óxido-reducción.
Transferasas: catalizan reacciones de transferencia de grupos funcionales.
Hidrolasas: catalizan reacciones de hidrólisis.
Liasas: catalizan reacciones de adición de grupos funcionales a moléculas que poseen un
doble enlace.
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Isomerasas: catalizan reacciones en las cuales un isómero se transforma en otro.
Ligasas: catalizan la unión de moléculas.
Aplicaciones de las enzimas.- Algunas aplicaciones son:
Maduración de frutas
Envejecimiento deseable de algunos productos cárnicos.
Tratamiento de desechos y heridas.
Aplicaciones textiles.
Prevenir turbiedad en la cerveza.
Cinética enzimática.- Estudia la velocidad de las reacciones químicas que son catalizadas por
enzimas.
Inhibición enzimática.- Los inhibidores se unen a las enzimas reduciendo total o parcialmente su
actividad catalítica.
Existen dos tipos de inhibición:
Inhibición irreversible: cuando el inhibidor se une covalentemente a la enzima y anulan su
capacidad catalítica.
Inhibición reversible: el inhibidor se une por medio de enlaces débiles a la enzima, por lo
que la unión es temporal y la actividad enzimática se puede recuperar.
La inhibición reversible se clasifica a su vez en:
Inhibición competitiva: el inhibidor y el sustrato no se pueden unir a la enzima al mismo
tiempo, por lo que tienen que competir por el acceso al sitio activo de la enzima.
Inhibición acompetitiva: el inhibidor no puede unirse a la enzima libre, sino únicamente a
la combinación enzima-sustrato.
Inhibición no competitiva: el inhibidor se fija a la enzima, ya sea que este libre o con el
sustrato; por lo tanto tampoco impide que el sustrato se fije.
Factores que afectan la actividad enzimática.-
Concentración del sustrato: a mayor concentración del sustrato y una concentración de la
enzima fija, se obtiene la velocidad máx.
Temperatura: una temperatura demasiado elevada hace que la enzima pierda
suactividad.
pH: un pH por encima o por debajo de los máximos permitidos, desnaturalizan a las
enzimas.
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Etapas del crecimiento de los m.o.
1) Etapa de latencia o inducción: es cuando se adapta el inóculo al medio.
2) Etapa de crecimiento exponencial: hay una rápida multiplicación de las células, es una
etapa muy corta.
3) Etapa de desaceleración: hay un crecimiento desbalanceado, debido al consumo de losnutrientes escenciales o por la formación de productos tóxicos; las células deben
readaptarse a condiciones hostiles.
4) Etapa estacionaria: la velocidad de crecimiento es nula, pero las células siguen activas.
5) Etapa de declinación celular o muerte: baja el número de células.