Este documento define la biotecnología como la utilización de seres vivos o procesos biológicos para modificar o producir un producto. Explica que disciplinas como la microbiología, química e ingeniería contribuyen a la biotecnología. Describe aplicaciones de la biotecnología en sectores como la medicina, agricultura, alimentación e industria. Finalmente, resume procesos biotecnológicos como la fermentación para producir alimentos y bebidas, y el uso de biorreactores.

2. ¿Qué es la biotecnología?
 La biotecnología se define
como “la utilización de los
seres vivos o de sus
procesos biológicos, para la
obtención o modificación
de un producto, mejorar
una especie vegetal o
animal o la obtención de un
servicio”. Otra definición
sería “aplicación de
procedimientos científicos
para la transformación de
materias por agentes
biológicos para producir
bienes y servicios”.
Disciplinas que aportan contenidos a la
biotecnología
Son las disciplinas que aportan
contenidos a la biotecnología, como la
microbiología, química, ingeniería
industrial, informática se piensa que esta
ultima puede ser el futuro de la
biotecnología.

3. La biotecnología tiene aplicaciones en
múltiples sectores, como son:
 Sanidad y Medicina : Obtención de nuevas
vacunas, terapia génica, obtención de
medicamentos en OMG
 Industrias alimentarias: obtención de
alimentos transgénicos y SCP (pienso)
 Agricultura y ganadería: obtención de plantas
y animales transgénicos y clónicos.
 Medio ambiente: tratamiento de
aguas, biorremediación.
 Industrias: Producción de enzimas para
detergentes, biocombustibles
 Otras: Estudios filogenéticos, huella genética
(criminología, derecho), recuperación de
especies extinguidas

4. BIOTECNOLOGÍA APLICADA A LA
INDUSTRIA ALIMENTARIA
 Algunos microorganismos son capaces de transformar ciertas sustancias en
productos de utilidad para el hombre como el pan, yogurt y bebidas
alcohólicas. Se han utilizado desde las primeras civilizaciones aunque sin
saber su existencia ni su modo de acción.
Dichas transformaciones son
oxidaciones incompletas del
producto inicial en ausencia de
oxígeno, y son convertidos en
moléculas orgánicas más
sencillas que están todavía
reducidas. Es decir, hacen
fermentaciones. Sin
embargo, la mayor parte de los
procesos a nivel industrial son
aerobios, aunque reciban la
denominación de
fermentaciones.

5.  Para hacer las
fermentaciones, se utilizan
levaduras y bacterias. Sólo
unas pocas especies tienen
interés industrial. Las levaduras
más importantes son
Saccharomyces cerevisiae y
Saccharomyces
ellypsoideus, que se ha
empleado para fabricar
pan, vino, sake, alcohol y
cerveza. Sólo pueden fermentar
hexosas, por lo que si se le
suministra disacáridos o
polisacáridos previamente hay
que hidrolizarlos. Otras
levaduras utilizadas son
Saccharomyces uvarum
(vino), Saccharomyces cidrii
(sidra).
 Dentro de las bacterias destacan
los
Lactococcus, Lactobacillus, Acet
obacter y Streptococcus.

6. La biotecnología en la
actualidad
 FERMENTACIÓN
ALCOHÓLICA O
ETÍLICA:
El etanol es un
disolvente empleado en
la industria química y
componente
fundamental de las
bebidas alcohólicas. La
fermentación es
realizada por levaduras
del género
Saccharomyces que
transforman líquidos
ricos en azúcar en un
medio anaerobio.
Dependiendo de la levadura se obtiene distinto
tipo de bebidas: para el
vino, ron, coñac, whisky, cerveza, champán se utiliza
Saccharomyces cerevisiae, y a veces Saccharomyces
uvarum (para el vino), para la sidra Saccharomyces
cidrii.
Usos en la industria alimentaria

7. La biotecnología en la
actualidad
 PRODUCCIÓN DEL PAN :
 El pan también es obtenido por fermentación
alcohólica. Se utiliza también Saccharomyces
cerevisiae, y hasta el siglo XIX se conseguía de
las fábricas de cerveza. Hace una
fermentación alcohólica sobre los azúcares de
la harina del trigo.
Usos en la industria alimentaria
● Primera hay que disponer de
LEVADURA SECA, al hacer crecer
en un medio rico en oxígeno.
● La mezcla se centrifuga para
separar la levadura. Esta
levadura es la que se añade a la
mezcla de harina, agua y sal.
● Primero hay que dejarla en
reposo unas horas. El almidón es
degradado a glucosa por
enzimas (amilasas) de la propia
harina, y la glucosa liberada es
atacada por la levadura dando
lugar a CO2 (burbujas u ojos del
pan),y etanol.
● El CO2 desprendido esponja el
pan y aumenta de tamaño. La
masa fermentada se mete en el
horno, y con el calor de la
cocción se pierde el alcohol, el
CO2 y las levadura muere.

8. La biotecnología en la
actualidad
 FERMENTACIÓN LÁCTICA
Usos en la industria alimentaria
Él ácido láctico tiene varios usos. Los lactatos de
hierro se emplean en el tratamiento de
anemias, los de calcio para aumentar el nivel de
calcio y los de sodio en la industria del plástico.
Los microorganismos que llevan a cabo esta
fermentación se denominan "fermentos lácticos" o
"bacterias del ácido láctico", que se encuentran
de forma natural en la leche como los géneros
Lactococcus, Lactobacillus (L.
bulgaricus, L. acidophilus) es
heterofermetador, y Streptococcus (S. lactis, S.
termophilus y S. cremoris) es
homofermentador y a veces Leuconostoc
(heterofermentador). Son cocos o bacilos
móviles, anaerobios facultativos. El proceso de
esterilización de la leche (altas temperaturas) los
En esta fermentación estas
bacterias convierten la
lactosa (azúcar de la leche)
primero en galactosa y
glucosa, y estas después en
ácido láctico .

9. Estas bacterias son las responsables
del agriamiento espontáneo de la leche
(leche cortada), al formarse el ácido
láctico, baja el pH y se coagulan
(desnaturalización) las proteínas lácteas
adquiriendo una textura más o menos
sólida. Están presentes en la leche de
forma natural. Esta fermentación se
utiliza para obtener derivados lácteos
como
1. Leches fermentadas o agrias
(yogurt, kéfir, kuomis), por
Streptococcus, Lactobacillus, Leucono
stoc. Típicas de
Rumania, Bulgaria, Turquía, etc
2. Mantequilla, por Streptococcus lactis
y Streptococcus diacetalis
3. Quesos. La textura final de cada tipo
de queso depende de hongos que
La biotecnología en la
actualidad
Usos en la industria alimentaria

10. La biotecnología en la
actualidad
 FERMENTACIÓN ACÉTICA
 La realizan las "bacterias del vinagre" o
"bacterias del ácido acético", como Acetobacter
aceti, Acetobacter oxydans o Gluconobacter, que
son Gram- flagelados. Degradan parcialmente el
etanol hasta ácido acético.
 Este proceso es aerobio, y el O2 es el aceptor
final de los electrones que pierde el etanol, por
lo que NO es una fermentación en sentido
estricto. Se la denomina fermentación porque la
oxidación es incompleta.
 El sustrato inicial que contiene etanol puede ser
el vino (agriamiento del vino), una disolución de
etanol, etc. Dura varias semanas, ya que en el
tonel la difusión del aire en el tonel es lenta.
Usos en la industria alimentaria

11. La biotecnología en
la actualidad
BIOTECNOLOGÍA Y LA INDUSTRIA FARMACEÚTICA
La industria farmacéutica incorporó la
utilización de microorganismos en los década de
1940. En los últimos años está utilizando la
tecnología del ADN recombinante e ingeniería
genética, lo que ha supuesto una revolución en
las perspectivas de la medicina. Los
microorganismos se utilizan para la obtención de
una gran número de sustancias, como por
ejemplo:
• Producción de antibióticos
• Producción de vacunas (antígenos
bacterianos y víricos), sueros y anticuerpos
monoclonales
• Producción de hormonas (insulina, del
crecimiento, esteroides)
• Producción de
vitaminas, aminoácidos, enzimas, factores de
coagulación
• Antifúngicos y antitumorales
(interferón)

12. La biotecnología en
la actualidad
Uno de los problemas
ambientales más
importantes en los países
industrializados es la
enorme cantidad de
residuos generados, como
son:
 Urbanos (RSU y aguas
residuales)
 Industriales, muy
contaminantes, como
los vertidos de metales
pesados
 Agrícolas, como los
purines, fertilizantes, i
nsecticidas, restos de
cosechas
BIOTECNOLOGÍA Y MEDIO AMBIENTE
Dada la capacidad
descomponedora y
transformadora de los
microorganismos sobre la
materia (recordar su papel en
los ciclos biogeoquímicos), esta
se puede aprovechar para la
eliminación de residuos
producidos en distintas
actividades humanas, muchos
de ellos con enorme poder
contaminante, contribuyendo a
la conservación del medio
natural. Esta capacidad es
natural (bacterias que comen
hidrocarburos) y también es
diseñada por el hombre
(bacterias transgénicas que
comen explosivos).
Se denomina BIORREMEDIACIÓN
a la utilización de los microbios
para la descontaminación del
medio ambiente (suelos o
aguas). Si se utilizan plantas se
habla de FITORREMEDIACIÓN.
Algunos ejemplos son:

13. Se denomina BIORREMEDIACIÓN a la utilización de los microbios para la
descontaminación del medio ambiente (suelos o aguas). Si se utilizan plantas se habla
de FITORREMEDIACIÓN. Algunos ejemplos son:
 Bacterias que comen metales pesados del agua y suelo. (Doñana, minas). La
contaminación por metales pesados es el principal problema medioambiental a nivel
mundial.
 Tratamiento de los residuos por los microorganismos.
 Depuración de aguas residuales
 Eliminación de RSU, RI y R. Agrarios (fabricación de compost)
 Bacterias que comen explosivos
 Bacterias que comen hidrocarburos y aceites. Pseudomonas y Nocardia comen
petróleo, y se utiliza en las mareas negras y limpieza de conductos
petrolíferos, tanques de petroleros.
 Eliminación de COMPUESTOS XENOBIÓTICOS. Pseudomonas come herbicidas e
insecticidas.
 Producción de compuestos biodegradables. BIOPLÁSTICOS. Uno de los residuos más
problemáticos son los plásticos, ya que no son biodegradables. Sólo unas bacterias
(Alcaligenes eutrophus) pueden fabricar unos compuestos, los
polibetahidroxialcanos (PHA) o bioplásticos. Son casi iguales que los plásticos
basados en el petróleo. Tiene la ventaja de ser biodegradables y se ha fabricado
envases con ellos.

16.  Un biorreactor es un recipiente o
sistema que mantiene un ambiente
biológicamente activo. En algunos
casos, un biorreactor es un
recipiente en el que se lleva a
cabo un proceso químico que
involucra organismos o sustancias
bioquímicamente activas derivadas
de dichos organismos. Este proceso
puede ser aeróbico o anaeróbico.
Estos biorreactores son
comúnmente cilíndricos, variando
en tamaño desde algunos mililitros
hasta metros cúbicos y son
usualmente fabricados en acero
inoxidable.
¿ Que es un biorreactor?

17. Los criterios básicos de diseño de
un biorreactor son:
 Características bioquímicas del cultivo a
realizar.
 Características hidrodinámicas del reactor:
es necesario minimizar los fenómenos de
transporte en el reactor, para evitar
gradientes de nutrientes, temperatura.
 Cinética de crecimiento y producción del
microorganismo.
 Asegurar la estabilidad genética del
microorganismo, impidiendo que se
estimulen mutaciones.
 Esterilización lo más barata posible, hasta el
punto de que, a pesar de su importancia, y
según el proceso, se llega a obviar.
 Control de las condiciones ambientales.
biorreactor batch

18.  Diseño y modo de operación.
 Potencial para el escalado creciente de
producción.
 Inclusión de sistemas de oxigenación
adecuados a las exigencias del
microorganismo.
 Sistemas de muestreo para determinar las
condiciones internas del biorreactor.
 Adopción de refrigeradores, para mantener
constantes las condiciones de temperatura (la
actividad microbiana genera una gran cantidad
de calor, que puede afectar negativamente a
la producción).
 Materiales no tóxicos (ni para el
microorganismo ni para el consumo).
 Capacidad para soportar altas presiones.
 Resistencia a la corrosión.
Los criterios básicos de diseño de
un biorreactor son:

19. Tipos de biorreactores
 De lecho fijo o empaquetado.
Los microorganismos se
encuentran en una matriz
empaquetada. Por lo
general, la alimentación se
produce de forma vertical en
sentido ascendente.
 En columna de burbujas. El
sustrato es el medio líquido
en el que están inmersas las
células, aportándose éste por
la parte inferior del reactor.
Se insufla gas comprimido por
la parte inferior que, junto
con una serie de bucles
externos, permite
homogeneizar el interior del
reactor, suprimiendo posibles
gradientes.

20.  De lecho fluidizado. No son muy corrientes, dados su
alto coste y complejidad. El microorganismo
permanece suspendido (debido a burbujeo continuo, lo
que no es fácil de conseguir) en el fermentador, como
consecuencia del sustrato líquido ascendente.
 De lecho de goteo. Son los más tradicionales
(similares a los de lecho fijo). El sustrato se hace pasar
lentamente por la matriz empaquetada que contiene
al microorganismo (un proceso semicontinuo, aunque
permiten trabajar también en discontinuo), lo que
supone la consideración de un tiempo de residencia en
dicha matriz.
 De enzimas o células inmovilizadas. Son los más
interesantes y novedosos. Los de enzimas presentan
grandes ventajas, pero es difícil aislar la enzima que
nos interesa. Permiten reutilizar continuamente el
biocatalizador, disminuyendo los costes. Dicha
inmovilización puede efectuarse por medios físicos
(adsorción, el más usado, o atrapamiento mecánico en
matriz o membrana) o químicos (enlaces covalentes).
Presentan el inconveniente de que, dado que las
células pueden participar en varios procesos
fermentativos, aumenta la inestabilidad genética.

22. Escalado de bioprocesos
Los bioprocesos se desarrollan e implementan de
diferentes maneras, en sus escalas de
laboratorio, piloto, y manufactura
El escalado puede definirse como el procedimiento para
diseñar y construir un sistema de GRAN ESCALA base de
los resultados de experimentos con equipamiento de
PEQUEÑA ESCALA
El desempeño de los bioprocesos es afectado por
varios parámetros:
 El diseño geométrico
 Las variables de operación
 Propiedades del fluido
 Procesos de transporte
 Cinética de los organismos
El diseño de un prototipo optimizado para lograr la
mayor producción debe ser trasladado a gran
escala, considerando toda esta complejidad de

23. Efectos que puede tener el
cambio de escala:
 Disminución del rendimiento
 Cambio de cinética
 Efecto de la esterilización
 Efecto del inóculo
 Problemas de transporte
(homogenización)
La información sobre la cinética referido
al metabolismo del cultivo o
microorganismo obtenido a pequeña
escala es independiente de la escala (pH,
temperatura, medio de cultivo, calidad
de las materias primas) y no es necesario
tenerlas en cuenta para determinar la
estrategia de escalado (de hecho, los
fenómenos de transporte son los únicos
fenómenos que son dependientes del
escalado)
•Las reglas generales para el
escalado son una extensión de
las utilizadas en los reactores
químicos, y están basados en
aquellos parámetros que se
pueden mantener constantes
•(números adimensionales y
correlaciones empíricas)

24. Criterios de escalado
 Mantener constante la potencia por volumen
utilizada, P/V
 Mantener constante el coeficiente volumétrico de
transferencia de masa, kLa
 Mantener constante la velocidad de la punta de
las paletas del agitador.
 Mantener constante el tiempo de mezclado
 Mantener constante el número de Reynolds, Re
 En los casos de procesos donde el producto es
muy viscoso (plásticos, polisacáridos) o el
crecimiento es filamentoso, la limitación la
plantea la relación P/V (o la agitación) del fluido
 En general en el caso de procesos aeróbicos (como
producción de amino ácidos, levaduras de
panificación y antibióticos) se debe mantener
constante la transferencia de oxigeno (kLa) como
objetivo del escalado
Producción
biotecnológica
de hidrogeno

25. Criterios de escalado
 Se estima que un tercio de los
proyectos de producción emplean la
regla de mantener P/V, aprox 20%
usan la velocidad de la punta del
agitador, otro 20% de las plantas
industriales realiza sus escalados en
base al tiempo de mezclado. El resto
de los escalados utiliza la
concentración de sustrato o producto
limitante o inhibitorio, más
comunmente sobre la base de la
concentración del oxígeno disuelto
 Igual consumo de potencia
Basado en la historia práctica del
escalado, la mayoría de los procesos
fermentativos para la producción de
alcohol y ácidos orgánicos han
seguido el concepto de la similitud
geométrica y mantener constante la
relación de potencia por volumen
Ejemplo de cultivo de
micro algas para generar
hidrogeno.

26. Bibliografía:
 Fári, M. G. y Kralovánszky, U. P. (2006) The founding father of biotechnology:
Károly (Karl) Ereky Orsós Ottó Laboratory, University of Debrecen, Centre of
Agricultural Sciences, Department of Vegetable. Publicado en International
Journal of Horticultural Science. Con acceso el 2008-01-15
 Cronología de la biotecnología vegetal en usinfo.state.gov. Con acceso el
2008-01-15
 Artículo 2 de Convenio sobre diversidad biológica. Secretaría del Convenio
sobre la Diversidad Biológica. Río de Janeiro, 1992.
 a b c d e La biotecnología en la alimentación y la agricultura FAO
 Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología del Convenio
sobre la Diversidad Biológica Secretaría del Convenio sobre la Diversidad
Biológica. Montreal, 2000
 Ochave, José María (mayo 2003). eASEAN Task Force, PNUD, APDIP (ed.):
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 Frazzetto, Giovanni (2003). «White biotechnology». EMBO reports 4 (9): pp.
835-837. Consultado el 15/11/07.