Los bioprocesos implican el uso de células vivas como microorganismos, plantas u organismos superiores para producir productos valiosos en biorreactores. Los microorganismos industriales como levaduras, mohos y bacterias se cultivan a gran escala en fermentadores para producir sustancias como antibióticos y vitaminas. Los bioprocesos deben controlar parámetros como el pH, la temperatura y la transferencia de oxígeno para crear las condiciones óptimas para el crecimiento celular y la producción del producto deseado. Los product

1. BIOPROCESOS
MICROORGANISMOS INDUSTRIALES,
FERMENTACIONES, REGULACIÓN Y SEGURIDAD.

2. ¿QUÉ SON?
 Bioproceso es un componente importante de la mayoría de los procesos
de biotecnología tanto nuevos como viejos y normalmente implica células
vivas completas (de microbios, mamíferos o plantas), orgánulos o enzimas
como biocatalizadores y cuyo objetivo es producir cambios químicos y/o
físicos en materiales orgánicos (es decir, el medio). Para poder ser viable
en un determinado contexto industrial, el bioprocesamiento debe
presentar ventajas sobre otros métodos de producción competitivos, tales
como la tecnología química. En la práctica, muchas técnicas de
bioprocesamiento se usan a nivel industrial porque constituyen el único
camino práctico para obtener un producto específico (tales como vacunas
o antibióticos)

3.  Todos los bioprocesos se desarrollan esencialmente
dentro de los sistemas contenedores o biorreactores.
Un gran número de células está implicado
invariablemente en estos procesos y el biorreactor
asegura su estrecha relación con el medio y las
condiciones de crecimiento y formación de productos
adecuados. También debe restringir la liberación de las
células dentro del ambiente. La principal función de un
biorreactor es minimizar el corte de producción de un
producto o servicio determinado. En el cuadro se
muestran ejemplos de productos de varias categorías
producidos industrialmente en biorreactores

6. MICROORGANISMOS
INDUSTRIALES
 Son, principalmente, levaduras,
mohos, bacterias y actinomicetes
(bacterias filamentosas); hoy se
suman a ellos los cultivos de
células de mamífero y los
"hibridomas": nuevas células
creadas por la fusión de dos
líneas celulares.

7. REQUISITOS
 Un microorganismo de uso industrial debe producir la sustancia de interés;
debe estar disponible en cultivo puro; debe ser genéticamente estable y
debe crecer en cultivos a gran escala. Otra característica importante es
que el microorganismo industrial crezca rápidamente y produzca el
producto deseado en un corto período de tiempo. El microorganismo debe
también crecer en un relativamente barato medio de cultivo disponible en
grandes cantidades. Además, un microorganismo industrial no debe ser
patógeno para el hombre o para los animales o plantas.

8.  Otro requisito importante es la facilidad de separar las células microbianas
del medio de cultivo; la centrifugación es dificultosa o cara a gran escala.
Los microorganismos industriales más favorables para esto son aquellos
de mayor tamaño celular (hongos filamentosos, levaduras y bacterias
filamentosas) ya que estas células sedimentan más fácilmente que las
bacterias unicelulares e incluso son más fáciles de filtrar.

9.  Han demostrado ser particularmente útiles debido a la facilidad de su cultivo en masa, la
velocidad de crecimiento, el uso de sustratos (que en muchos casos son desechos) y la
diversidad de productos potenciales.
 AISLAMIENTO DE MICROORGANISMOS
 COLECCIONES DE CULTIVOS MICROBIANOS
MEJORA DE LA CEPA
Recombinación
Mutagenesis
Ingeniería genética
 ESTABILIDAD

10. FERMENTACIONES
Se emplea el termino fermentación en dos contextos diferentes:
 En el metabolismo, se refiere a generación de energía donde los compuestos
orgánicos actúan como donante del electrón. Es un proceso catabólico
 En microbiología industrial, se refiere al crecimiento de grandes cantidades de
células en condiciones aerobias o anaerobias, dentro de un recipiente denominado
un fermentador o biorreactor.

11.  El cultivo de células vegetales se destina principalmente a la obtención de
productos secundarios, tales como saborizantes artificiales, perfumes y
medicamentos, mientras que el cultivo de células de mamíferos se ha
vinculado con la producción de vacunas y anticuerpos y la producción de
proteínas recombinantes como
el interferón, interleuquinas y eritropoyetina.

13. •Medios de fermentación
 Medios de fermentación deben satisfacer todos los requerimientos
nutricionales del microorganismo y cumplir con los objetivos técnicos del
proceso. Los nutrientes deben ser formulados para promover la síntesis
de producto objetivo, biomasa celular o un metabolito específico.
 Donde los metabolitos primarios son el producto de destino, el objetivo es
un medio que permite un crecimiento del microorganismo.
 Para metabolitos secundarios, como los antibióticos, su biosíntesis no es
relacionados con el crecimiento.

14.  Requisitos de medios de fermentación son: una fuente de carbono(aporta
energia, util en biosintesis) y fuentes de nitrógeno, fósforo y azufre; agua,
minerales, vitaminas, precursores, inductores, inhibidores,
antiespumantes. También un conjunto específico de condiciones; variable
pH, temperatura, etc., puede alterar el coeficiente de rendimiento.
 Los medios de fermentación también dependen de la magnitud de la
fermentación( nivel laboratorio, nivel industrial).

15. Los principales factores que afectan la elección final de materias primas
individuales son los siguientes.
 Coste y disponibilidad
 Facilidad de manejo en forma sólida o líquida, junto con el transporte y
almacenamiento
 Requisitos de esterilización y los posibles problemas de desnaturalización.
 Formulación, mezcla y viscosidad características que pueden influir en la
agitación, aireación y formación de espuma durante la fermentación y
procesamiento aguas abajo etapas.
 La concentración de producto objetivo logrado, su tasa de formación y
rendimiento por gramo de substrato utilizado.
 Los niveles y la gama de impurezas y el potencial para generar más
productos no deseados durante el proceso.
 Implicaciones de seguridad y salud.
 Afectar la recuperación de productos y purificación.

16. Sistemas de fermentación
 La función principal de un fermentador es proporcionar un ambiente
adecuado en el que un organismo puede producir eficientemente un
producto objetivo que puede ser producto de biomasa, un metabolito o
bioconversión de células. La mayoría está diseñada para mantener las
concentraciones de biomasa alta.
 El funcionamiento de cualquier fermentador depende de muchos factores,
pero los principales parámetros físicos y químicos que deben ser
controlados son velocidad de agitación, transferencia de oxígeno, pH,
temperatura y espuma de la producción

17.  Agitación
Agitación de las fermentaciones de la suspensión celular se realiza con el fin de mezclar las tres
fases dentro de un fermentador. La fase líquida contiene nutrientes disueltos y metabolitos, la
fase gaseosa es principalmente oxígeno y dióxido de carbono y la fase sólida se compone de
las células y cualquier sustratos sólidos que pueden estar presentes. La mezcla debe producir
condiciones homogéneas y fomentar la transferencia de nutrientes, gases y calor. Transferencia
de calor es necesario tanto para esterilización y mantenimiento de la temperatura durante la
operación. Mezcla eficaz es particularmente importante para la transferencia de oxígeno en las
fermentaciones aeróbicas.
 Control de pH
Es generalmente un factor importante como rendimiento de las fermentaciones muchos
productos que pueden alterar el pH de los medios de crecimiento. Medios de fermentación a
menudo contienen sales tampón.
 Espuma
Es en gran parte debido a los medios de comunicación de las proteínas que se adhieren a la
interfase aire – caldo donde se desnaturaliza para formar una espuma estable. Si no es
controlado la espuma puede bloquear los filtros de aire, resultando en la pérdida de las
condiciones asépticas; el fermentador se contamina y microorganismos se liberan en el medio
ambiente.

18.  Las fermentaciones de laboratorio pueden realizarse
en botellas o matraces cónicos que pueden ser
sacudidos para proporcionar aireación cuando sea
necesario. Estos vasos están conectados normalmente
con algodón o un tapón de espuma de poliestireno
para evitar la contaminación microbiana.
 Para procesos industriales, se utilizan fermentadores
con capacidades de hasta varios litros. Su diseño,
calidad de construcción, funcionamiento y el nivel de
sofisticación depende en gran parte el organismo de la
producción, las óptimas condiciones de
funcionamiento necesarios para la formación de
producto objetivo, valor del producto y la escala de
producción.

19. REGULACIÓN Y SEGURIDAD
 Las licencias del producto sólo se conceden después de que el
producto haya superado todos los requisitos del sistema regulador.
 GRAS: Generalmente considerado seguro
 En el caso de Farmacéuticos, por ejemplo, el proceso de
fabricación debe ser validado y el producto «bien caracterizado».
Esto implica un examen riguroso de su identidad (Características
de estructura, propiedades fisicoquímicas e inmunoquímicas),
cuantificación de potencia y pureza, y la identificación y
cuantificación de las impurezas.
 FABRICACIÓN Y SEGURIDAD AMBIENTAL
).

20. REFERENCIAS
 Biotecnología. 2004. John E. Smith. Editorial Acribia.
 Michael J. Waites, BSc, PhD, CBiol, MIBiol, Neil L. Morgan, BSc, PhD, MIFST, John S.
Rockey, BSc, MSc, PhD, Gary Higton, BSc, PhD. Industrial Microbiology:
 An Introduction. Edition B. pp 75- 24