DONWSTREAM (POST-TRATAMIENTO)









Forman parte una serie de operaciones de soporte, referidas colectivamente como "Downstream processing" o Procesamiento posterior, las cuales se realizan con el fin de recuperar, purificar o mejorar al producto final.

Estas operaciones inciden de manera significativa sobre la calidad del producto a obtener, y sobre el costo total del bioproceso; de alli la importancia en la seleccion de la tecnica mas adecuada para el diseño de un biproceso (Novoa, 2010). El post-tratamiento a diferencia del pretratamiento y bioprocesamiento, le confiere un valor extra al producto

Las estrategias de diseño que se emplean en el procesamiento posterior de productos conocidos pueden resumirse en:
  1. Conocer las propiedades físicas y químicas básicas del principio activo y características del producto final; (por ejemplo definir pureza requerida). Para agentes terapéuticos se requiere un alto grado de pureza del principio activo. Se admite un máximo de100 ppm de impurezas o de 10 pg/dosis, además de estar libre de pirógenos.
  2. Definir el material de partida; Por ejemplo, pueden existir componentes del medio de cultivo (por lo general subproductos como agua de hidrolizado de maíz, extracto de malta, sueros animales, albúmina u otros) que posean sustancias muy similares al producto final que, por lo tanto, interfieren en la purificación del mismo. En este caso se debe eliminar ese componente del medio de cultivo.
  3. Plantear diferentes esquemas de "upstream processing" y llevarlos a etapas de laboratorio y piloto; esto permitirá verificar su funcionamiento y eficacia. Para esto es necesario seguir los siguientes pasos:
    a) Elegir en etapas sucesivas procesos basados en diferentes propiedades físico-químicas. Por ejemplo si una primera etapa es cromatografía de intercambio iónico (propiedad: carga) se puede seguir con una cromatografía de filtración por geles (propiedad: tamaño). b) Separar las impurezas que están en mayor proporción en las primeras etapas. c) Es preferible utilizar en las primeras etapas de purificación, un método de alta resolución (por ejemplo cromatografía de afinidad). Estos métodos poseen un alto rendimiento aunque no brinden la mayor pureza. En cierta medida lo que se hace es seguir concentrando para reducir la cantidad de muestra a tratar en las etapas posteriores. d) Dejar el proceso más complejo (y por lo general más caro) para el final. Se usan estos métodos cuando tenemos la sustancia a purificar concentrada y pre-purificada.

La economía de los procesos Biotecnológicos depende en gran medida de las operaciones de bioseparación que involucran, de tal manera que la correcta selección de estas operaciones tiene un fuerte impacto en el éxito del proceso.
A continuación se presenta un video sobre el proceso de producción de papel el cual posee un pos-tratamiento luego de la biotransformacion.







METODOLOGÍAS UTILIZADAS EN LOS PROCESOS DE DOWNSTREAM


Algunas operaciones unitarias, que conforman en downstream son: ultrafiltración, cromatografía, destilación, adsorción, cristalización.

ULTRAFILTRACIÓN
La ultrafiltración es una operación unitaria que separa sólidos en suspensión de líquidos mediante un medio poroso, en el caso de la ultrafiltración esta trata de remover partículas coloidales como proteínas y ácidos nucleicos meidante una presión aplicada sobre una malla. En el siguiente video se muestra una instalación de ultra filtración en un proceso industrial.





CROMATOGRAFÍA
La cromatografía es un método físico de separación para la caracterización de mezclas complejas, en todas ellas hay una fase móvil que consiste en un fluido (gas, líquido o fluido supercrítico) que arrastra a la muestra a través de una fase estacionaria que se trata de un sólido o un líquido fijado en un sólido.






Cromatografia
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DESTILACIÓN
El proceso de destilación tiene como objetivo el separar varios componentes en una mezcla con distintas presiones de vapor y por tanto volatilidad que marca un punto de ebullición específico para cara sustancia. En este proceso se da la transferencia de masa debido al choque de las fases líquidas y fase vapor en la superficie del líquido, además se dá la transferencia de calor pr la aplicación de temperatura hasta alcanzar el punto de ebullición que es cuando se separan los componentes de la mezcla. En el caso de existir un mezcla de varios componentes el método a utilizar es la destilación fraccionada como muestra el siguiente video, esta destilación se da en una columna vigreux que permite mayor contacto entre fases.






ADSORCIÓN
La adsorción es un fenómeno de acumulación de partículas sobre una superficie, en donde la sustancia que se adsorbe es el adsorbato y el material sobre el cual la sustancia se adsorbe es el adsorbente. Es una operación unitaria controlada por la transferencia de materia. Consiste en la eliminación de algunos componentes de una fase fluida mediante un sólido que lo retiene. Es un fenómeno de superficie.
Características de la Adsorción
  • La adsorción es altamente selectiva.
  • Es un proceso rápido cuya velocidad aumenta cuando aumenta la temperatura, pero desciende cuando aumenta la cantidad adsorbida.

Clases de adsorción
  • Sólido-gas
  • Sólido-líquido
  • Líquido-gas.

Tipos de adsorción
  • Adsorción física: el adsorbato y la superficie del adsorbente interactúan por fuerzas de Van der Waals. (Reversible)
  • Adsorción química: las moléculas adsorbidas reaccionan químicamente con la superficie, se forman y se rompen enlaces. (Irreversible)

Factores que afectan la adsorción
  • Temperatura
  • Presión
  • Velocidad de flujo
  • Contaminacioón de partículas
  • Humedad








Ejemplos de adsorbentes
Para el tratamiento de agua se usan adsorbentes como:

  • Carbón activado
  • Resina adsorbente de intercambio iónico
  • Óxidos metálicos
  • Hidróxidos
  • Carbonatos
  • Alumína activada
  • Arena

Aplicaciones
  • Decoloración en la industria azucarera
  • —Decoloración de aceites en la refinación
  • —Desulfuración del gas natural (eliminación del H2S)
  • —Eliminación de agua de efluentes gaseosos
  • —Eliminación de olores e impurezas desagradables de gases industriales como el dióxido de carbono o ácido sulfhídrico.


CRISTALIZACIÓN

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La cristalización es una operación unitaria de transferencia de materia y energía en la que se produce la formación de un sólido (cristal o precipitado) a partir de una fase homogénea, es un métdo utilizado para purificación de componentes. La cristalización se logra mediante la sobresaturación que se puede dar mediante enfriamiento, calentamiento, evaporación o precipitación dando lugar a cristales con forma tridimensional regular. En el siguiente video se muestra como se da el proceso de cristalización a nivel de laboratorio.




Clases de cristalización
La cristalización se puede lograr por tres operaciones básicas:
  • Cristalización por enfriamiento: Si la solubilidad varia mucho con la °T, la concentración de saturación se puede sobrepasar por enfriamiento.
  • Cristalización por evaporación: Se evapora una parte del disolvente, hasta que la cantidad de sustancia disuelta en la solución restante supere la de saturación. Esta operación básica se emplea en los casos en que la solubilidad depende poco de la T.
  • Cristalización al vacío: Combinación de efectos. En un evaporador al vacío se evapora una parte del disolvente, la eliminación del calor necesario enfría además la solución. Ventajosa para sustancias sensibles a la °T

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Formación de cristales en una gota.



REFERENCIAS