HISTORIA

La época industrial enmarca a los bioprocesos y a las industrias, esta se ha desarrollado desde los años 1886 hasta el 2000. El siguiente esquema, muestra de forma más detallada el entorno de este proceso.











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La Biotecnología surge a partir de la interacción entre las ciencias naturales y ciencias de ingeniería, las cuales se utiliza para obtener una diversidad de productos mediante la manipulación de organismos, células, partes de las misma y/o análogos moleculares.

La Biotecnología Industrial también es conocida como Biotecnología Blanca, relacionada con la creación o mejora de procesos industriales. La Biotecnología Blanca tiene como objetivo a consumir menos recursos que procesos tradicionales, lo que ayuda a plantear un panorama de inversión y producción económica, tiende a optimizar los procesos industriales, previo a la realización de la experimentación.Según el convenio sobre diversidad biológica en 1992 la biotecnología podría definirse como: "toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos".

La Biotecnología industrial es una disciplina de carácter horizontal que combina amplios conocimientos científicos y tecnológicos e implica la utilización de diversas técnicas: ADN recombinante, bioprocesos, cultivo de células y tejidos, etc. en la intervención en la solución de problemas asociados a productos y procesos de múltiples sectores de actividad: agropecuario, alimentos, textil, salud, celulosa y papel, medio ambiente, entre otros.

Para ello es necesario contar con conocimientos específicos de los diferentes procesos tecnológicos y los problemas asociados que atañen a los sectores productivos en materia biotecnológica.

La utilización de las biotecnologías reporta múltiples beneficios en simplificación de procesos, mejoras en la calidad de los productos, menor impacto ambiental, y ahorro de costos. También han permitido el desarrollo de nuevos productos. Por ejemplo, las tecnologías de ADN recombinante han permitido la producción de proteínas terapéuticas, que serían económicamente inviables de obtener por métodos extractivos.


DEFINICION



La biotecnología industrial permite a las industrias entregar productos novedosos que no pueden ser producidos a través de métodos industriales convencionales; adicionalmente hará posible reemplazar los procesos químicos por métodos biotecnológicos más eficientes en recursos, de ese modo extendiendo y fortaleciendo la bioeconomía basada en el conocimiento. Tambien se incluyen, los procesos biotecnológicos basados en la acción de microorganismos como agentes transformadores dentro de sistemas productivos a nivel industrial, orientados a la obtención de enzimas, vitaminas, aminoácidos, aditivos, proteínas celulares, y otros productos de uso alimenticio y terapéutico.

La ventaja principal de los bioprocesos industriales es que consumen menos recursos, son más rápidos y menos costosos que los procesos manufactureros tradicionales.
Una de las promesas más importantes de la aplicación de bioprocesos industriales es el reemplazo del petróleo y otros combustibles fósiles. A través de la utilización de sustratos alternativos y otras fuentes de energía (de los propios microorganismos), los bioprocesos industriales ya están aportando grandes innovaciones a las siguientes industrias:
  • Industria del envasado
  • Industria alimentaria
  • Industria textil
  • Industria química
  • Sector energético
  • Sector salud


LA INDUSTRIA




La industria se define como secuencia de operaciones unitarias para transformar la materia prima en productos elaborados de forma masiva.

Conjunto de procesos y actividades (operaciones unitarias) que tiene como finalidad la obtención, transformación o transporte de uno o varios productos.

El estudio de la Biotecnología Industrial implica el conocimiento de fenómenos de transferencia de materia, de calor y de masa así como también balances de materia y de energía que originan una serie de procesos que dan lugar a un sistema de producción .

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APLICACIONES

Los productos que pueden desarrollarse a través de la biotecnología industrial abarcan un amplio espectro, que incluye por ejemplo el empleo de enzimas en los detergentes, una condición que reduce el uso de otros ingredientes químicos o sintéticos que son nocivos para el medio ambiente. Otro ejemplo es la cosmética basada en sustancias y procesos naturales, que también merece más confianza por parte de los consumidores frente a los posibles impactos en la salud de algunos cosméticos de origen tradicional.
El empleo de la biotecnología en detergentes o cosméticos es solamente una ínfima parte de la gran cantidad de aplicaciones industriales que poseen estos procesos. Otro de los campos de acción es el de las pinturas, barnices y revestimientos, que contienen en su composición una importante cantidad de disolventes.

La mayoría de los disolventes que se emplean en este campo son de origen petroquímico, y su uso representa graves problemas medioambientales y de seguridad. Es importante tener en cuenta que se trata de productos tóxicos, no biodegradables, volátiles, destructores de la capa de ozono e inflamables. Por el contrario, actualmente pueden desarrollarse disolventes de origen biotecnológico, que se producen mediante procesos de fermentación a partir de materias primas renovables de biomasa. Además de su producción mediante materias primas renovables y de ser medioambientalmente benignos, estos disolventes biotecnológicos suprimen los costos relacionados con la eliminación y gestión de residuos. Considerando todos estos factores, puede decirse que la biotecnología industrial es un área de vital importancia para la economía del futuro, basada principalmente en el conocimiento y en el respecto de las condiciones de sostenibilidad en la producción.

Otro ejemplo puede ser la producción de vitamina B2 mientras que la síntesis tradicional era un complicado proceso químico en ocho fases, la fermentación en un solo paso (por medio del hongo Ashbya gossypii) permite reducir notablemente el impacto ambiental del proceso (Riechmann, 2004).


Hongo Ashbya gossypii
Hongo Ashbya gossypii




Impacto de la Biotecnología en los Sectores Industrial y Energético

ENTORNO TECNOLÓGICO


La Biotecnología Industrial y Energética consiste en la aplicación de las herramientas de la Biotecnología para la producción sostenible de compuestos químicos, biomateriales y biocombustibles, mediante el uso de células vivas o sus sistemas enzimáticos. Entre los principales beneficios que la Biotecnología puede proporcionar, se encuentran la mejora de los medios de producción, el desarrollo de nuevos productos y la reducción del impacto ambiental de las actividades industriales.

Los objetivos de la aplicación de la Biotecnología en esos sectores se pueden resumir en los siguientes:

  • Aumento de la competitividad de la industria química
  • Desarrollo de productos y procesos respetuosos con el medio ambiente.
  • Desarrollo de procesos que permitan la utilización de materias primas alternativas a los productos derivados del petróleo.
  • Reducción de las emisiones de gases con efecto invernadero.
  • Desarrollo de tecnologías que permitan la descontaminación.
  • Desarrollo de alternativas al uso del petróleo como fuente de energía.

Las biotecnologías disponibles para alcanzar estos objetivos son las siguientes:

  • Tendencia tecnológica I - BIOTRANSFORMACION
  • Tendencia tecnológica II - BIOPRODUCCION
  • Tendencia tecnológica III - GENÓMICA
  • Tendencia tecnológica IV - BIOCOMBUSTIBLES

Tendencia tecnológica I - BIOTRANSFORMACION
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Tendencia tecnológica II - BIOPRODUCCION

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Fotobioreactores (PBR)– Producción de biocombustibles mediante algas
Los fotobioreactores son sistemas capaces de generar biocombustibles mediante la fotosíntesis demicroalgas de alto poder energético. El siguiente esquema muestra el proceso de producción de biodiesel a partir de algas eucariotas. Las algaso cianobacterias crecen en fotobiorreactores, transformando el CO2 en biomasa gracias a la luz. Posteriormente se recogen y se lisan. Las grasas se separan del resto de componentes celulares mediante una extracción con solventes orgánicos. Después de evaporar los solventes, las grasas son transformadas en biodiesel. La ventaja de usar cianobacterias es que estas crecen más rápido que las algas eucariotas, pero su rotura es más difícil.

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En Microbiología Industrial, los procesos más complicados son también los más caros, estos procesos suelen ser los llamados procesos post-fermentativos, conocidos en inglés como downstream processing. Dichos procesos están diseñados para la recuperación y purificación de los productos obtenidos tras alguna fermentación industrial u otro procedimiento biotecnológico. En muchos casos, el microorganismo sintetiza el producto de interés y lo secreta al medio donde está creciendo, pero hay otras ocasiones el producto se queda en el interior de las células por lo que lo primero que se hace es separar las células y posteriormente romperlas para a continuación, separar el producto del resto de componentes celulares, este es el caso del biodiesel producido por cianobacterias.

A continuación mostramos un video sobre la fabricación de combustibles a base de algas:













Sin embargo, lisar las cianobacterias no es fácil debido a sus paredes celulares lo que hace al proceso muy costoso. En la actualidad se ha desarrollado un nuevo método para conseguir romper las cianobacterias de forma barata y sencilla diseñando una cianobacteria de especie Synechocystisque presente autolisis inducida. Así que le han introducido en su genoma varios genes líticos derivados de virus bacteriófagos y los han colocado bajo el control de un promotor inducible que se activa cuando hay níquel en el medio de cultivo.

Aquí se muestra el nombre de algunas algas con alto contenido de lípidos con que se puede pretender hacer aceite, y sus probables rendimientos:
Microalga...............................Oilcontent (% drywt)


Botryococcusbraunii.............................25 - 75
Chlorellasp.........................................28 - 32
Crypthecodiniumcohnii.........................20
Cylindrothecasp..................................16 - 37
Dunaliellaprimolecta............................23
Isochrysissp........................................25 - 33
Monallanthus salina..............................>20
Nannochlorissp....................................20 - 35
Nannochloropsissp................................31 - 68
Neochlorisoleoabundans........................35 - 54
Nitzschiasp...........................................45 - 47
Phaeodactylumtricornatum.....................20 - 30
Schizochytriumsp.................................. 50 - 77
Tetraselmissueica..................................15 – 35


A cntinuacion una presentacion que muestra el desarrollo de bioreactores de algas para obtener biocombustrible:











Tendencia tecnológica III - GENÓMICA

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Tendencia tecnológica IV - BIOCOMBUSTIBLES


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PROCESO DE PRODUCCIÓN DE CERVEZA












CULTIVO DE CELULAS Y ORGANOS VEGETALES
El cultivo de celulas y organos vegetales tiene utildad a nivel industrial en el campo de la obtencion de metabolitos secundarios, por ejemplo, los metabolitos secundarios como el mentol y las drogas anticancerígenos vincristina y taxol, y algunos edulcorantes.
La obtencion de metabolitos empieza con la obtencion de callos, una vez obtenidos los callos a partir de algún explante, los mismos pueden disgregarse para obtener una suspensión de células. Esta suspensión puede utilizarse para generar embriones somáticos, o puede directamente cultivarse para producir metabolitos secundarios, que son compuestos químicos sintetizados por las células vegetales en determinadas condiciones, con gran utilidad para las industrias farmacéutica y alimenticia, entre otras.

REACTORES DE NIEBLA

El diseño de un biorreactor niebla básica, como se muestra en la siguiente figura, se compone deunsistema de generación deniebla, un depósito de medio de cultivo, una bomba peristáltica de líquido, un suministro de aire filtrado estéril, un contador de gas de flujo,untemporizadorpara regularel tiempode nebulizaciónyunacámara de cultivo. La mayoría de los reactores de niebla también requieren de un enrejado u otros medios de apoyo para la suspensión de sus raíces en la cámara de crecimiento, como se muestra en la siguiente figura.


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Las ventajasdel biorreactor deniebla(BNM) son:

  • Tensión de cortebajaa las raícescultivadas.
  • Transferencia alta de nutrientesdebido a un áreade transferencia grande.
  • Rápida reposiciónde los nutrientes.
  • Eliminación demetabolitos tóxicos.


Las raíces vegetales, especialmente aquellas transformadas por Agrobacteriumrhizogenesproducen un aumento en la ramificación de la raíz con la finalidad de aumentar la biomasa y por consiguiente la cantidad del producto. El cultivo de raíces también puedeser utilizado comogranjabiológicapara la producción deproteínas recombinantes.Un ejemplo de compuesto farmacológico producido por cultivo de raíces es el paclitaxel, o taxol, que es utilizado como anticancerígeno.

A continuación se muestra la secuencia en la optimización de un proceso para la producción de metabolitossecundarios a partir de raices.


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En el siguiente documento encontrarás información acerca de biotecnología industrial y utilización de biomasa:




BIOPROCESOS Y ALTERNATIVAS ENERGÉTICAS (CONFERENCIA)







El siguiente vídeo contiene información acerca de la formación de especialistas en biotecnología industrial:



REFERENCIAS