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**// BIOPROCESOS. //**
Un bioproceso, es aquel que emplea células vivas o alguno de sus componentes para el desarrollo de nuevos productos.

Existen varias industrias como son, las alimenticias, biotecnológicas, farmacéuticas, entre otras, hacen uso de células microbianas, animales o vegetales, así como también de productos moleculares que se derivan de éstas, como son las enzimas y/o proteínas para obtener una gran variedad de productos. Estos productos son el resultado de una serie de modificaciones biológicas generalmente acompañadas de un pre-tratamiento (upstream) y un post-tratamiento (downstream), los cuales están gobernados por cambios físicos y químicos, que permiten la preparación y purificación del producto, respectivamente.

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Por lo tanto, un proceso, es el conjunto de operaciones unitarias que mantienen una secuencia establecida, las cuales en conjunto producen cambios físicos o químicos de una sustancia o serie de sustancias, con el fin de obtener un producto purificado y eficiente.

Estas operaciones se basan en los fenómenos de transferencia de momento, masa y energía (ver figura 2).



El primer bioproceso conocido fue el de la fermentación, la cual consiste en la descomposición de azúcares contenidos en sustratos por medio de enzimas que producen los microorganismos, obteniéndose uno o varios productos. Sin embargo en la actualidad hay un sin número de bioprocesos conocidos como la levadura para hacer el pan, la fermentación de la cebada, el vinagre, etc; pero los más comunes son los bioprocesos en los que se utiliza biorreactores (DUQUE, 2010).

Un aumento de la temperatura de un bioproceso disminuye la producción de células, debido a la desnaturalización de las proteínas, lo cual provoca un aumento en el requerimiento de energía para el mantenimiento celular.

Generalmente el pH tiene un efecto sobre la actividad biológica de los organismos así como la temperatura; el pH pueden cambiar el metabolismo como resultado de una pequeña variación de sus valores (1-1.5).

Las principales líneas de investigación se relacionan con la producción de bioproductos mediante fermentación, obtención de bioproductos a partir de materia prima no tradicional, diseño y optimización de procesos de purificación de proteínas, diseño y optimización de procesos agro-alimentarios, aseguramiento de la calidad, entre otros (Departamento de Ingeniería química, 2010). En la siguiente tabla se puede observar algunos de los productos que son obtenidos mediante el uso de organismos vivos.

Tabla 1: Industrias y Productos a partir de organismos vivos.

Adaptado y Modificado de: Doran, 1998.
 * INDUSTRIA || ORGANISMO || PRODUCTO ||
 * Bebidas Alcohólicas || Saccharomyces cerevisiae || Etanol (cerveza) ||
 * Alimentos || Saccharomyces cerevisiae || Biomasa (pan) ||
 * ^  || Aspergillus niger || Ácido cítrico ||
 * ^  || Lactobacillus delbrueckii || Ácido láctico ||
 * Farmacéutica || Brevibacterium Flavum || L-lisina ||
 * ^  || Corynebacterium glutamicum || L-fenilalanina ||
 * ^  || Penicillium chrysogenum || Penicilina ||
 * ^  || Streptomyces griseus || Estreptomicina ||
 * ^  || Streptomyces erythreus || Eritromicina ||
 * ^  || Bacillus brevis || Gramicidina ||
 * ^  || Bacillus spp. || Proteasas ||
 * ^  || Bacillus amyloliquegaciens || a-amilasa ||
 * ^  || Aspergillus niger || Glucoamilasa ||
 * ^  || Eremothecium ashbyii || Riboflavina ||
 * ^  || Blakeslea trispora || b-caroteno ||
 * ^  || Corynebacterium diphtherie || Vacuna difteria ||
 * ^  || Clostridium tetani || Vacuna tétanos ||
 * ^  || Virus debilitados criados en riñon de cría de hamster || Vacuna rubeola ||
 * ^  || Escherichia coli recombinante || Insulina ||
 * ^  || Células recombinantes de mamífero || Eritropoietina ||
 * ^  || Células recombinantes de mamífero || Factor VIII-C ||
 * Estética || Rhizopus arrhizus || Esteroides ||
 * Química || Bacillus thuringiensis || Esporas de Bacteria (Insecticida) ||

Los bioprocesos consumen menos recursos, son más rápidos y menos costosos, debido a que utilizan sustratos alternativos y fuentes de energía propias de microorganismos, siendo su principal objetivo, satisfacer una necesidad para el bien común. Como ejemplo encontramos el bioproceso para tratamiento de chatarra resumido en el siguiente video.

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Una de las promesas más importantes de la aplicación de los bioprocesos industriales es el reemplazo del petróleo y otros combustibles fósiles mediante la utilización de sustratos alternativos y otras fuentes de energía (de los propios microorganismos), los bioprocesos industriales ya están aportando grandes innovaciones en las siguientes industrias:


 * Industria de envasado
 * Industria alimenticia
 * Industria textil
 * Industria química
 * Sector energético
 * Sector salud

Existen dos tipos de operaciones empleadas en los bioprocesos:


 * Operación por lotes: (la producción se realiza en un tiempo determinado realizando una pausa para producir otro lote de productos tratando de mantener los mismos estándares de calidad que los previamente elaborados)
 * Operación Continua: se dividen en:
 * 1) Recipiente único
 * 2) Recipientes múltiples

En la industria, el sistema más empleado es el de operación por lotes, el cual consiste en un biorreactor alimentado al principio del proceso con nutrientes y microorganismos de interés, permitiendo el crecimiento de estos por un tiempo determinado hasta obtener el producto deseado, sin agregar o extraer material del biorreactor.

La operación continua por otro lado, consiste en la alimentación periódica de un biorreactor con nutrientes, tratando de controlar la fase de muerte celular, removiéndose de forma simultánea y continua; la composición de la mezcla varía con la posición del equipo.

ETAPAS DE LOS BIOPROCESOS

Los procesos biotecnológicos basados en la acción de microorganismos como agentes transformadores dentro de sistemas productivos a nivel industrial abarcan tres etapas básicas.(Novoa, 2010)


 * Pretratamiento o upstream: comprende la preparación y esterilización del medio de cultivo (materia prima) y el inóculo, los componentes de los medios y su naturaleza química debe cumplir con los requerimientos del crecimiento y de formación de productos y suministrar energía para el mantenimiento celular.


 * Biotransformación: Se da por acción de un catalizador biológico que generalmente es un microorganismo o una enzima, industrialmente este proceso ocurre en un Bioreactor.


 * Postratamiento o Downstream: que comprende concentración y purificación, operaciones que se denominan Bioseparación.



ROL DE LA BIOTECNOLOGÍA

La biotecnología trabaja con los organismos vivos y con sus derivados para obtener productos con una calidad y valor cada vez más grande para el ser humano, ambiente, animales y plantas. La biotecnología ha sido utilizada por el hombre desde los comienzos de la historia; sin embargo, con los problemas que enfrenta el mundo actual (pobreza, contaminación, salud, entre otros); ha surgido la necesidad de comercializar nuevos productos obtenidos a través del empleo de la biotecnología, lo cual requiere un coordinado acople de operaciones unitarias a fin de desarrollar un proceso eficiente.

De acuerdo al Convenio sobre la Diversidad Biológica de1992, 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"

El área de bioprocesos realiza investigación y desarrollo en diferentes aspectos de los procesos biotecnológicos, enfocándose en aplicaciones para la industria agro – alimentaria, acuícola, farmacéutica, entre otras. Las principales líneas de investigación se relacionan con la producción de bioproductos mediante fermentación, obtención de bioproductos a partir de materia prima no tradicional, diseño y optimización de procesos de purificación de proteínas, diseño y optimización de procesos agro-alimentarios, aseguramiento de la calidad, entre otros.

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APLICACIONES DE LOS BIOREACTORES Entre las aplicaciones más comunes de los bioreactores se encuentran las siguientes:


 * Producción de metabolitos secundarios
 * Cultivo de células y órganos vegetales
 * Reactores de niebla para raíces
 * Fermentadores
 * Cultivo de células animales
 * Fotobioreactores (PBR)

Cultivo de células y órganos vegetales

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. Por ejemplo, son metabolitos secundarios el mentol y las drogas anticancerígenos vincristina y taxol, y algunos edulcorantes.



Reactores de niebla para raíces

El diseño de un biorreactor niebla básica, como se muestra en la siguiente figura, se compone de un sistema de generación de niebla, un depósito de medio de cultivo, una bomba peristáltica de líquido, un suministro de aire filtrado estéril, un contador de gas de flujo, un temporizador para regular el tiempo de nebulización y una cámara 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.

La anterior figura muestra el diseño de un bioreactor de niebla para el desarrollo de raices a nivel de laboratorio, se puede observar que el reactor esta alimentado por una bomba de aire y una bomba peristáltica que alimenta al reactor de medio de cultivo. La principal característica de este reactor es que posee un condensador de niebla que atomiza las moléculas de agua y mantiene la humedad en el reactor. En el siguiente gráfico podemos ver un reactor de raices para la obtención de metabolitos secundarios.



Las raíces vegetales, especialmente aquellas transformadas por Agrobacterium rhizogenes producen 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 puede ser u tilizado como granja biológica para la producción de proteínas 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 metabolitos secundarios a partir de raices.



Fuentes Bibliográficas:


 * Departamento de Ingeniería química, 2010, consultado el 4 enero. http://diq.usach.cl/index.php/investigacion/biotecnologia-y-bioprocesos
 * Duque, J. (2010). Biotecnología panoramica de un sector. Coruña: netbio.com.
 * Duran, Pauline. (1998). Principios de Ingeniería de los Bioprocesos. Traducido por: Garcia, F. Ed Acribia. ISBN:84-200-0853-2. España.
 * Welson C, 2006. Consultado el 4 enero del 2012. http://passthrough.fw-notify.net/download/289785/http://www.systemsbiology.cl/recursos/archivos/Libro_OOUUIv2.pdf
 * Novoa, D. 2010. Introducción a las bioseparaciones.Consultado el 4 de Enero del 2012. Disponible en:
 * http://soebi.wordpress.com/bioprocesos-e-industrias-de-alimentos/
 * http://www.bioprocesoscr.com/