Bioproecesos reto interdiciplinar

Nota:

• La utilización de microorganismos para trasformar materiales biológicos, han sido desarrollados, y parcialmente probados a nivel de laboratorio.
• El escalamiento a nivel industrial es un reto afrontado por áreas multidisciplinarias de ingeniería, ya que los sistemas biológicos son complejos de controlar sin embargo están regidos por las leyes de la física y la química.   

1. Ejemplos

   Nota:

   •  El avance tecnológico ha permitido el desarrollo de nuevas técnicas como ADN recombínate, pruebas genéticas, cultivo de tejidos entre otras, han permitido la manipulación de organismos vivos a favor de la producción de materiales de interés comercial, a continuación se observaran tablas y videos con algunos ejemplos.   
   1. Tabla 1.1 Productos mayoritarios del procesado biológico
   2. Vídeo: Producción de insulina industrial
2. Etapas
   1. Etapa de Desarrollo

      Nota:

      • Ocurre en el laboratorio, a pequeña escala realizada por expertos en biología molecular y bioquímicos.
      •  Usualmente se usa Escherichia coli. por su facilidad para adaptar los plásmidos, modificados con el gen de interés, a su genoma y capacidad de mutación; convirtiéndose en el organismo anfitrión.
      1. Manipulación Genética

         Nota:

         • Los parámetros mas importantes son la estabilidad de las cepas obtenidas y el nivel de expresión del producto deseado.
      2. Cultivo

         Nota:

         • Se realiza a pequeña escala en frascos de 250 ml a 1 litro.
         • Para observar los efectos del ambiente de cultivo sobre la función del organismo, utilizando parámetros de crecimiento, producción y rendimiento. 
         • Necesario conocimientos de microbiología y análisis cinético.
         • Analiza pH, Temperatura, composición media, entre otros condiciones ambientales sobre los parámetros.
   2. Escalamiento

      Nota:

      • Se procede con escalamiento, cuando se establecen las condiciones óptimas de desarrollo del cultivo.
      1. Biorreactor de prueba

         Nota:

         • Primera etapa con 1 a 2 litros de capacidad.
         • Equipadas con instrumentos de medición y ajuste de las variables del proceso (pH, Concentración de O2, agitación, etc.)
         • Existe monitorización para obtener información en tiempo real y tener un mejor control del proceso.
         1. Identifica limitaciones

            Nota:

            • Permite conocer si el reactor es capaz de proporcionar condiciones optimas de actividad celular.
         2. Determina el Proceso

            Nota:

            • Examina los resultados bajo diferentes modelos de operación, para determinar en cual el cultivo tiene el mejor performance.
            1. Continuo
            2. Discontinuo
            3. Semicontinuo
         3. Viabilidad económica

            Nota:

            • Los resultados determinan la posibilidad económica del proceso.
      2. Biorreactor piloto

         Nota:

         • Tienen entre 100 y 1000 litros de capacidad. Operados por ingenieros de bioprocesado. 
         • Examina la respuesta de las células al cambio de escala, que puede producir variaciones en el rendimiento.
         • Puede ser necesario reajuste de las proyecciones económicas, por perdida de rendimiento.
      3. Operacion a escala industrial

         Nota:

         • Completación del escalamiento, se diseña el biorreactor y los servicios que lo acompañan.
         • El diseño del proceso debe seguir las normas de seguridad exigidas al trabajar con organismos vivos o células patógenas.
   3. Extracción

      Nota:

      • Conforma la recuperación del producto, a menudo es la parte mas difícil y cara, constituyendo hasta el 80 - 90% del coste.
      • El método seleccionado depende de la naturaleza del producto y del caldo en el que se encuentra. 
      • También deben probarse utilizando aparatos a pequeña escala.
      • Se encargan los profesionales con conocimientos de química, bioquímica, ingeniería química y química industrial. 
      1. Física

         Nota:

         • Filtración, centrifugación, flotación, adsorción, cristalización, secado.
      2. Química

         Nota:

         • Extracción con disolventes, cromatrografía, 
      3. Biológica

         Nota:

         • Dispersión de las células si el producto es intracelular, filtración mediante membranas.
   4. Purificación y Envasado

      Nota:

      • Necesario ensayos clínicos y médicos para comprobar eficacia del producto.
      • Establecida la seguridad del producto por los ingenieros de bioprocesos con conocimientos de producción siguiendo las estandares y regulaciones pertinentes este puede comercializarse.