Introducción

= Bioprocesos =



Un bioproceso involucra la transformación de un sustrato determinado en productos mediante microorganismos, cultivos de células animales o vegetales o por materiales derivados de estos como las enzimas, estos productos se obtienen o modifican mediante procesos que involucran cambios físicos o químicos de la materia. El transporte de materia y energía es fundamental para muchos procesos biológicos y ambientales. El bioprocesado es una parte esencial de muchas industrias como de alimentos, químicas, farmacéuticas. La utilización de microorganismos para transformar materiales biológicos en la producción de alimentos fermentados tienen su origen en la antigüedad. Desde entonces el bioprocesado ha experimentado un gran desarrollo para un amplio abanicos de productos comerciales que abarcan desde materiales relativamente baratos, como el alcohol industrial y los disolventes orgánicos, hasta compuestos químicos especiales muy caros como antibióticos, proteínas terapéuticas y vacunas. Las enzimas utilizadas en las industrias y células vivas, como levaduras de pan y de la cerveza, son también productos comerciales de bioprocesamiento. (Dorán, 1998)

A diferencia de muchos procesos químicos, los bioprocesos no utilizan particularmente condiciones extremas de energía.Los fermentadores y reactores enzimáticos operan a temperaturas y presiones cercanas a las ambientales; se minimiza el suministro de energía en el procesado para evitar el daño a los productos sensibles al calor. Los efectos de energía son importantes porque los catalizadores biológicos son muy sensibles al calor y a los cambios de temperatura. En los procesos a gran escala, el calor desprendido durante la reacción puede causar la muerte de las células o la desnaturalización de las enzimas si no se elimina rápidamente. (Dorán, 1998)

Un bioproceso está compuesto de tres etapas principales: **Biotecnología** es la integración de ciencias naturales y de ingeniería aplicadas a microorganismos, células o sus componentes con el propósito de generar productos o servicios. Se puede hacer una distinción entre dos tipos de biotecnologías: tradicional y moderna. La //**biotecnología tradicional**// es la que se ha usado por siglos para mejorar cultivo de plantas y cría de animales, así como también elaborar pan, queso, vino y cerveza. En ésta se utilizan los organismos sin ningún tipo de manipulación genética. Durante la segunda guerra mundial la industria farmacéutica da comienzo, con la Penicilina, a la manufactura de antibióticos a partir de la fermentación microbiana. Por otro lado, la //**biotecnología moderna** // se basa en la manipulación genética “in vitro” de células o microorganismos con un propósito determinado. Esto es conocido como Ingeniería Genética o Tecnología del ADN recombinante (ADN-r). El organismo modificado se puede conocer como Organismo Transgénico u Organismo Genéticamente Modificado.
 * La primera etapa se define como la preparación de la materia prima donde se realizan diferentes operaciones necesarias para llevar a cabo con éxito las biotransformaciones, entre esas operaciones se encuentran el tamizado, la reducción de tamaño, la hidrólisis y otras operaciones comunes a muchos procesos industriales
 * Existen también operaciones como la formulación de los medios de cultivo y los proceso de esterilización, que resultan específicas de la industria biotecnológica.
 * Posteriormente la etapa de la bioreacción en la cual se producen las transformaciones del sustrato para convertirlo en biomasa o en biomasa más metabolitos primarios o secundarios.

**Biofarmacéuticos** Los biofarmaceúticos son medicinas creadas por ingeniería genética y típicamente son llamadas proteínas terapéuticas (enzimas, hormonas, péptidos, etc.). Estas proteínas las produce naturalmente el cuerpo, pero problemas de índole genético (hereditarios o no hereditarios) causan desórdenes de salud. Lo que ocurre es un déficit, cuantitativo o funcional, de proteínas con actividad biológica. Las proteínas son estructuralmente complejas y difíciles de sintetizar por el hombre. La ingeniería genética toma ventaja de que las células sintetizan éstas moléculas. Las proteínas son frágiles y se degradan fácilmente en el estómago por las condiciones de pH. De aquí que esta primera generación de productos basados en ADN-r se inyecta directamente al torrente sanguíneo. Los científicos están desarrollando la próxima generación de proteínas terapéuticas en la que la administración es oral o nasal.

El bioproceso completo para la manufactura comercial de proteínas terapéuticas consta de dos tecnologías opuestas a nivel de escala. La primera etapa es a nivel micro que es la ingeniería genética cuyo objetivo es generar una colonia de células genéticamente modificadas para que produzcan una proteína en específica. Estas colonias deben caracterizarse y su estabilidad genética tiene que verificarse. Las colonias para producción industrial son crio-preservadas como banco de células en nitrógeno líquido a -180ºC. La otra etapa de manufactura es a nivel macro cuyo objetivo es cultivar las células hasta la etapa de producción, luego aislar la proteína cruda, purificarla y finalmente formularla.

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**Ingeniería Genética** Entre las macromoléculas que producen las células están las proteínas y ácidos nucléicos como el ADN y el ARN que son factores claves para la biotecnología moderna. Las proteínas son abundantes y tiene un rol importante ya que ejercen varias funciones en la actividad celular y forman parte de la estructura celular. El ADN (ácido desoxirribunocleico), el cual compone los cromosomas, almacena la información genética de los seres vivos en segmentos llamados genes. Incluye las recetas para que las células produzcan proteínas. El ARN (ácido ribonucleico), que se deriva del ADN, entre otras funciones transporta el mensaje (ARNm) del gen fuera del núcleo celular para que las proteína se manufacture en el citoplasma (ribosoma) celular. La síntesis celular para proteínas se resume así: ADN → ARNm → Proteína. Esta es la síntesis biológica que realizan las células cuando se están cultivando y multiplicando.



La técnica del ADN recombinante consiste en transferir información genética específica (gen) de un organismo a otro. En ésta tecnología intervienen tres organismos o sus componentes: //1)// el gen humano de interés (tiene la codificación de la proteína); //2)// el plásmido (ADN circular de una bacteria) que sirve de vehículo o vector para el gen humano; una sección de este se corta para insertarle el gen humano; //3)// la célula huésped recibe el plásmido recombinado y luego se reproduce para formar una colonia que sintetice la proteína deseada (proceso conocido como expresión). Por ahora los sistemas de expresión más usados son bacterias o las células de mamíferos.

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<span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">**Tecnologías de Bioprocesos** <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Las células para multiplicarse necesitan: nutrientes orgánicos e inorgánicos, oxígeno, control de temperatura y pH (buffers, CO<span style="font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; vertical-align: sub;">2 ) y agitación para promover la transferencia de masa y calor. En el bioreactor de producción el cultivo se lleva a su máxima densidad celular. Antes de llegar al reactor, las células de expresión se van cultivando (multiplicando) en aumento de escalas para permitir la aclimatación de las células. Las etapas previas al bioreactor de producción se conocen como corriente arriba. Por otro lado las etapas después del bioreactor son las de corriente abajo. La cosecha es la etapa en donde se recupera en forma cruda la proteína sintetizada. Esto se puede hacer por extracción, precipitación o filtración. Si la proteína producida permanece dentro de las células, éstas pasan por un proceso de rompimiento (como centrifugación a alta presión, homogenización) antes de la recuperación. Como en la bioreacción se forman impurezas, la proteína cruda hay que purificarla. Típicamente se hace en columnas de cromatografía. La solución acuosa de la proteína ya purificada se almacena en recipientes esterilizados. Dependiendo de la proteína, su formulación final es en jeringuilla para inyección o sólido liofilizado el cual para administrarse se disuelve en agua para inyección.

<span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">**DIAGRAMAS DE PROCESOS**

<span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Los diagramas de procesos son visualizaciones de cualquier tipo de proceso paso a paso. Generalmente se crean como diagramas de flujo con formas que representan los pasos del proceso conectados mediante flechas que indican el paso siguiente.Estos pueden ser:
 * <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Diagramas de bloque
 * <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Diagramas de Flujo
 * <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Simplificado de equipos
 * <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Deatallado de equipos
 * <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Lay out
 * <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Pipping and Instrumetation

<span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">**PRODUCCIÓN Y SISTEMAS DE PRODUCCIÓN**

<span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Toda producción es en esencia una transformación económica y algunas veces también física. Por ejemplo, producir muebles requiere la transformación física de la madera, pero en los casos en los cuales se ofrecen servicios no hay transformación física de ningún recurso o materia prima y también constituyen procesos productivos. <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">En la producción se busca que el rendimiento de esta transformación (física y económica) sea lo máximo posible. Por otra parte, al producir se pretende alcanzar cuatro objetivos básicos, que son:

<span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">1) Calidad en el producto, <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">2) Servicio a los clientes, <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">3) Eficiencia en el uso de recursos y <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">4) Mínimos costos.

<span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Por el momento centrémonos en el punto exclusivo de la transformación o mejor llamado “producción”, en los sistemas de fabricación existen varias maneras de producir o manufacturar los productos, la selección de los procesos de fabricación se convierte en fundamental para lograr una producción considerada como económica.

<span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">La planificación y control de los procesos productivos tiene principios básicos aplicables a cualquiera que sea el modo de producción. Sin embargo nacen diferencias atendiendo a la siguiente clasificación:


 * 1) Por el tipo de producto que ofrece la empresa.
 * 2) Por la disponibilidad del producto.
 * 3) Por la disposición física de la secuencia del proceso.
 * 4) Por el tipo de demanda.

<span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">**1. Por el tipo de producto** <span style="font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Según el producto tratado los procesos productivos se clasifican en:
 * Los procesos que producen bienes tangibles o Fabricación.
 * Los procesos que producen bienes intangibles o Servicios.

<span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Es conveniente aclarar que en los servicios el producto consiste en atender a los clientes, aunque a veces ello comprenda la manipulación de bienes, como es el caso de la venta, servicios hospitalarios, la limpieza de edificios, entre otros,en los que la mercancía es solo un vehículo para prestar el servicio. Algunas de las diferencias más notables entre servicios y fabricaciones son:
 * <span style="font-family: Verdana,Geneva,sans-serif;">En el caso de los servicios, los productos son intangibles, no pueden almacenarse. La producción se realiza justo para atender a la demanda.
 * <span style="font-family: Verdana,Geneva,sans-serif;">Es claro que los servicios son productos irrepetibles. No hay dos atenciones iguales.
 * <span style="font-family: Verdana,Geneva,sans-serif;">Además los servicios son productos “acíclicos”. El tiempo requerido para producir una atención al cliente nunca es el mismo.

<span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Esto nos dice a las claras, que los servicios son productos muy individualizados, pues no hay dos iguales, ya que cada cliente requiere el suyo y además tienen un ciclo de vida muy corto. Todo esto hace que no sean aplicables ciertos aspectos típicos de la fabricación, lo cual no quiere decir que sean más o menos complejos de gestionar, simplemente son diferentes.
 * <span style="font-family: Verdana,Geneva,sans-serif;">Las diferencias entre fabricación y servicios se la puede resumir en los siguientes criterios:
 * <span style="font-family: Verdana,Geneva,sans-serif;">Inventarios: los procesos de bienes tangibles pueden contar con inventarios de sus productos. En los servicios no hay esta posibilidad.
 * <span style="font-family: Verdana,Geneva,sans-serif;">El control de calidad: en el caso de los procesos fabriles el producto se entrega al cliente después de un control, en los servicios es el propio cliente quien al ser atendido hace las funciones de “inspector de la calidad”.
 * <span style="font-family: Verdana,Geneva,sans-serif;">La localización de los procesos: las fábricas suelen estar en zonas especialmente destinadas a ello, lejos del punto de consumo. Los servicios por lo contrario, puesto que operan con productos de ciclo de vida muy corto, necesitan estar cerca del punto de consumo.
 * <span style="font-family: Verdana,Geneva,sans-serif;">Las inversiones: los procesos que fabrican son intensivos en capital,mientras que los servicios son intensivos en mano de obra.

<span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">**2. Por la disponibilidad del producto** <span style="font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;"> Atendiendo a la disponibilidad del producto la clasificación puede ser:


 * <span style="font-family: Verdana,Geneva,sans-serif;">Disponibilidad total: es el caso de que el cliente necesite el producto con más rapidez que lo que se tarda en producir. Para que el cliente no espere han de estar disponibles ciertas cantidades de producto terminado, es decir, se requieren inventarios de productos finales. Es de destacar que para producir de esta manera el producto debe se lo más simple posible, ya que un producto así tarda menos en fabricarse y es más barato.
 * <span style="font-family: Verdana,Geneva,sans-serif;">Disponibilidad condicionada: el cliente necesita el producto con unas características determinadas, por lo que debe esperar hasta que se fabrique. Dependiendo del grado de “particularización” del producto se posible hacer dos divisiones de este punto:


 * <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">El producto está totalmente diseñado conforme a los deseos del cliente: este tipo de producción se llama “producción bajo diseño” “por proyecto” y el cliente espera ya que quiere un producto exclusivo.
 * <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">El cliente elige un producto de un catálogo entre diversa opciones presentadas: la diferencia con el anterior radica en que el cliente tiene limitadas sus opciones sobre el producto a unas cuantas opciones, por lo que su decisión debe enmarcarse a éstas. Pero al igual que antes debe esperar a que el producto se fabrique.

<span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">**3. Por la disposición física de la secuencia del proceso** <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;"> <span style="font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Existe una tercera clasificación, que posiblemente es la más extendida, en lo que se refiere a procesos de producción, esta se refiere al tipo de disposición física de la secuencia del proceso y se clasifica en:

<span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">
 * Procesos dispuestos en Secuencia Contínua

<span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">La secuencia de operaciones está predeterminada y éstas se sitúan formando una cadena, una al lado de la otra, de manera que el orden en ejecutarse determina su posición en la línea productiva y es invariable y permanente. Estos procesos se adaptan bien a aquellos casos que se requiere producción a disponibilidad total del producto ya que la estandarización del producto permite fijar la secuencia de operaciones con anticipación, la mencionada estandarización obliga, casi siempre, a dedicar una maquinaria específica a esta tarea, cuyo costo es considerable por lo cual se exige producciones masivas, para de cierta forma amortizar el costo de la inversión. <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Las instalaciones se diseñan específicamente para un determinado producto y se procura trabajar de manera que los tiempos perdidos entre operación y operación sean mínimos, eso supone que los rendimientos en el uso de los recursos son muy elevados. Por lo contrario la producción es muy inflexible ya que no es fácil conseguir variedad. <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Dentro de este tipo de procesos es factible hacer una subdivisión, así tendríamos: <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">
 * //**Procesos continuos**//: son aquellos que producen sin pausa alguna entre operación y operación y no existe transición entre ellas, por ejemplo: una refinería de petróleo, la producción de energía eléctrica, entre otros.
 * <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">//**Procesos en serie:**// es estos procesos se distinguen transiciones entre las operaciones, es posible decir en que operación de la línea se encuentra el producto, por ejemplo, la producción de automóviles. Dentro de este tipo de procesos podemos encontrar:


 * <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">//**Procesos dedicados:**// son procesos en serie que fabrican un soloproducto, si es necesario tener “variedad” se monta una línea completamente distinta de producción.


 * <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">//**Procesos en lotes:**// son procesos que fabrican cierta variedad con una solo línea de producción, en el momento en que se cambia de producto, el proceso está parado, esto obliga a no producir durante este tiempo, lo que conduce a su vez a un costo susceptible de valorarse en términos de producción “no hecha”.


 * <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">//**Procesos de flujo alternado o flujo mezclado:**// los procesos en lotes tienen el inconveniente de producir “stocks” ya que usualmenteno coincide, la cantidad de producto que forma el lote con la demanda en el mercado, esto hace que se almacenen las cantidades sobrantes. Cuantas más unidades tiene un lote, más difícil es hacer coincidir, en cantidad, la producción con la demanda. Partiendo de un análisis de los párrafos anteriores, desprendemos 2 ideas principales para estos procesos en serie, a saber: 1) “Para realizar una producción sin stocks de producto final, se requiere que los tiempos improductivos sean muy reducidos o nulos” y 2) “Los inventarios constituyen – el termómetro que mide la fiebre de la ineficiencia del sistema – a más ineficiencia, más inventario”.


 * <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">//**Procesos en secuencia discreta o discontinua:**// se conocen también como “implantación de taller” u orientados a la función su principal característica es la de no tener predeterminada secuencia productiva. No se ensamblan las operaciones en línea se las agrupa por funciones – lo cual es ventajoso por la flexibilidad en el uso de recursos – el proceso no se diseña para uno o muy pocos productos, sino productos muy diversos y diferentes entre sí. Por lo que la maquinaria necesaria no es específica, sino de uso general. De aquí que comparativamente con los anteriores el costo de las instalaciones son inferiores.

<span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">En los procesos en línea los problemas con un recurso repercuten directamente en la línea, sí un recurso no ejecuta su operación, la línea se para. En estos casos no ocurre necesariamente lo mismo, ya que suele haber más recursos del mismo tipo para sustituirle. <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Este tipo de procesos es el indicado para fabricar productos que presentan una amplia variedad de opciones, es decir para aquellos que son obtenidos por ensamblado. Ilustremos lo anterior, en base de un ejemplo de un taller general de mecánica que cuenta con varios servicios (productos) para sus clientes. <span style="font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Cada secuencia está representada de distinto color y señalan el orden de las operaciones necesarias para atender a un cliente. La petición de cierto cliente requerirá los recursos del departamento de soldadura Æ mecánica Æ pintura (secuencia 1), en ese orden. Otro, necesitará los recursos de enderezada Æ mecánica Æ pintura Æ electricidad (secuencia 2) y otro, utilizará mecánica Æ electricidad (secuencia 3). En este ejemplo el departamento o sección de “mecánica” es el más requerido, aunque no siempre ha de suceder de esta manera, porqué habrá otras peticiones que satisfacer y no tienen que coincidir en el tiempo las demandas de un recurso determinado, esto causa, dependiendo del mercado, que haya recursos sub-utilizados, mientras que otros pueden estar sobre saturados.


 * <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">//**Procesos sin Secuencia:**// se refieren a aquellos procesos utilizados para productos realizados conforme a las especificaciones del cliente. La característica principal es que el producto no suele repetirse o, sí es necesario, se fabrican unas pocas unidades. Por lo general, el producto permanece fijo, por lo que no hay flujo de productos y son los recursos los que se desplazan hasta el producto. Por ejemplo podemos mencionar, la explotación de una cantera (mina), las construcciones civiles, la fabricación de aviones, entre otras. Es importante mencionar, puesto que el objetivo es producir productos por encargo y por tanto diferentes, disponer de tan amplia gama de recursos haría inviable económicamente la producción, por lo que estos procesos requieran de la subcontratación de los recursos no disponibles por la empresa.

<span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">**4. Por el tipo de demanda** <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">La última clasificación de los sistemas de producción, es muy general, y consiste en establecer como la empresa fabrica su producto, basándose en previsiones de lo que quiere el mercado o atendiendo a sus necesidades para fabricar el producto. Producir sobre estimaciones de la demanda es otra forma de crear ineficiencias. Como el futuro nunca está asegurado, y cualquier previsión es errónea, es claro que, la producción no coincidirá con la demanda. <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Producir basándose en previsiones de la demanda es lo que se conoce como producción tipo PUSH. Se empuja el producto al mercado según estimaciones. <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Producir según las peticiones cursadas por el mercado y satisfacer éstas en el más breve plazo, se conoce como producción tipo PULL o en arrastre porque el mercado condiciona lo producido por la empresa, en estos casos no habrá excedente de producción. <span style="display: block; font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">En este ejemplo las peticiones del mercado se van trasladando hacia arriba en la “cadena”. La regla es: “dime tus necesidades (flujo de peticiones) y yo te daré el producto (flujo del producto)” <span style="font-family: Verdana,Geneva,sans-serif; text-align: justify;">Es indispensable que para configurarse como un flujo tipo PULL, este debe ser el orden: primero necesidades y después producto.

**BIBLIOGRAFÍA** > > • Felder R., Rousseau R., Principios básicos de los procesos químicos,Tercera edición, Editorial El Manual Moderno S.A., México D.F., 1989. > > • Perry R., Green D., Molones J., Manual del Ingeniero Químico, 6taedición, McGraw Hill, 1992. > > • Himmelblau D., Principios básicos y cálculos en Ingeniería Química, 6taedición, Prentice Hall, 1997. > > • Araujo Pablo, Planificación y Control de la Producción, IRFEYAL, Quito –2004
 * []
 * Ramón Martín Andino, La gestión de operaciones y su influencia en lasdecisiones financieras, Escuela de Organización Industrial, EOI, Madrid,2003.