3. BIOTECNOLOGÍA INDUSTRIAL (BI) O BLANCA
APLICACIONES
Forma nuevos productos, Modifica procesos tradicionales haciéndolos más eficientes, y
Reduce el impacto ambiental.
Campo tecnológico de aprovechamiento
industrial de materiales biológicos o
renovables, encontrados en la naturaleza,
modificados o no como:
Microorganismos Enzimas
Incorpora los nuevos desarrollos iniciados con el conocimiento del ”Material Genético”
Ahorro energético y de residuos
4. BIOTECNOLOGÍA INDUSTRIAL (BI) O BLANCA
Se desarrolla en los campos:
Agrario Salud Medio ambiente
Marino
Procesos industriales
5. Ventajas de la BI
Aspectos de competitividad:
Beneficios
económicos
Relacionados al
ahorro
6. Ventajas de la BI
Menor costo de inversión, de operación y mayor eficacia tecnológica:
Al trabajar con frecuencia en mejores condiciones.
Demanda del consumidor de productos diferenciados:
Siempre lo mismo
y lo mismo
Por la competencia
internacional se busca
esta diferenciación.
7. Ventajas de la BI
Apoyo agrícola y comercial a productos, basados en la preparación de una
sociedad mejor.
El desarrollo tecnológico y económico del sector ha sido enorme en los últimos
30 años, tanto en la mejora de procesos tradicionales como en la creación de
nuevos productos, y de nuevos procesos.
Políticas gubernamentales:
8. Procesos industriales de base biológica
1. Procesos donde se utilizan microorganismos.
2. Procesos de utilización de enzimas.
3. Procesos de aprovechamiento de materiales biológicos.
10. 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON CÉLULAS
También se utilizan otros cultivos celulares, de tejidos u órganos.
La mayoría de los procesos biotecnológicos están basados en microorganismos
Los organismos más frecuentes son
Bacterias Levaduras
11. 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON CÉLULAS
Procesos conocidos desde hace siglos, pero constantemente se buscan innovaciones y
modificaciones que den lugar a nuevos productos con diferentes características.
Bebidas resultado de la fermentación alcohólica de diversos sustratos, como cereales o frutas.
Ejm:
1.1 FASE LÍQUIDA
Bebidas alcohólicas
Estos pueden clasificarse desde el punto de vista del bioproceso en fase líquida y en fase sólida.
Bebida Levadura Fermento
Cerveza Género Saccharomyces Malta (cebada germinada), lúpulo, agua
Vino Género Saccharomyces Zumo de las uvas
Sidra Género Saccharomyces Mosto de manzana
El vino y la sidra, además de fermentación alcohólica realiza la fermentación maloláctica, donde las
bacterias lácticas, transforman el ácido málico a ácido láctico
Mayor consumo
a lo largo de la
historia.
Rebaja acidez excesiva que tendría
12. 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON CÉLULAS
1.1 FASE LÍQUIDA
Ácidos Orgánicos
ACIDO FUENTE
Vinagre: De vino,
cerveza, sidra
Bacterias acéticas Acetobacter, Gluconobacter
Ácido láctico Fermentación mediante diferentes tipos de Lactobacillus.
Ácido cítrico Hongos Aspergillus niger o Candida guilliermondii a partir de melazas.
Ácido Glucónico Glucosa fermentada con A. niger
Ácido Lactobiónico Suero lácteo con Bacteria Pseudomonas taetrolens
13. 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON CÉLULAS
Se necesita regular las relaciones C/N y C/P que deben ser
elevadas, pH ácido y condiciones aerobias, utilizándose
melazas o suero lácteo como sustratos.
1.1 FASE LÍQUIDA
Grasas y aceites
Polisacaridos
Se producen en procesos mesófilos y aeróbicos. La goma Xantana
se obtiene de Xanthomonas campestris en medios con glucosa. Se
usa en jarabes, helados y confituras.
14. 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON CÉLULAS
La proteínas celulares utilizadas en alimentación humana y animal tienen
procedencia secundaria (los microorganismos son subproductos de otras
fermentaciones).
Se han utilizado:
• Sustratos: Melazas, hidrolizados de madera, etanol, residuos orgánicos
• Levaduras: (microorganismos más comunes en este tipo de producción), se usa
Saccharomyces cerevisiae.
• Bacterias: Methylophilus, Methylomonas.
• Mohos y hongos superiores: Para setas en purines o compost sintético.
1.1 FASE LÍQUIDA
Proteína unicelular
15. 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON CÉLULAS
Muy utilizados en industria alimentaria, conservación de alimentos y mejora de
propiedades funcionales y organolépticas. Los más conocidos están en industria:
1.1 FASE LÍQUIDA
Inóculos o Starters
Usados como biocatalizadores en diversos bioprocesos
INDUSTRIA FUENTE FUNCION
Panadería Levadura de pan, S. Cerevisiae Utilizando melaza como substrato suplementado con
N, P y biotina en reactores continuos y aerobios.
Industria láctea Fabricación de quesos, Streptoccocus cremoris,
o Penicillium
Industria láctea Fabricación de yogures, Lactobacillus bulgaricus.
Industria cárnica Embutidos curados, Lactobacillus
plantarum, Pedioccocus cerevisiae o Micrococcus
Fermentaciones
alcohólicas
Levaduras, S. cerevisiae o Saccharomyces
carlsbergensis
S. cerevisiae (cerveza ale- crecimiento en superficie)
S. carlsbergensis (cerveza lager- crecimiento en
profundidad).
16. 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON CÉLULAS
Proteínas que actúan como catalizadores de las reacciones químicas de los
sistemas biológicos. Existen unas 400 enzimas de interés industrial. Ejm:
• Extracelulares: Producidas en la parte exterior de las membranas celulares:
1.1 FASE LÍQUIDA
Enzimas
ENZIMA FUNCION
Proteasas Hidrolizan proteínas, ejm: Bacillus subtilis utilizadas para ablandar
carnes o hidrolizar material gelatinoso
Amilasas Degradadoras de almidón para producir azúcares fermentables en
bebidas alcohólicas o harina, obtenidas de A. niger
Hemicelulasas Se utilizan para la extracción de zumos de frutas. Como pectinasas,
también obtenidas de A. niger
Celulasas Rompen células y tienen un uso alimentario se pueden obtener
de Trichoderma Reesei
Lipasas Se usan en detergentes, alimentación, biodiesel. Obtenidas de hongos y
levaduras
Lactasas Tienen amplios usos en alimentación
17. 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON CÉLULAS
• Intracelulares: Menos usadas, ya que para obtenerlas es necesario romper, y
por tanto inactivar el microorganismo productor. Entre ellas están:
1.1 FASE LÍQUIDA
Enzimas
- Glucosaisomerasa para producir fructosa en jarabes.
- Lactasas de diversas especies de Saccharomyces y Bacillus.
EJEMPLO ENZIMA EXTRACELULAR
ETAPA FUNCION
Fase y oxigeno Sumergida (líquida) mediante procesos aerobios
Fuente del medio
de cultivo
Se puede usar salvado de cereales o de arroz, o carbono como melazas
Tiempo de
fermentación
Pocas horas hasta 12 días
Microorganismos
utilizados
Bacillus y Aspergillus
Concentración 5-10 % de la masa celular
18. 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON CÉLULAS
Bioetanol (Brasil y USA).
1.1 FASE LÍQUIDA
Productos industriales
Las materias primas habituales son azúcares de caña,
remolacha, almidones de maíz.
El 95 % se obtiene con S. cerevisiae, Clostridium
thermocellum o Zhymomonas mobilis, trabajan en
anaerobiosis.
19. 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON CÉLULAS
Acetona y butanol
Se obtiene de almidones
utilizando Clostridium acetobutylicum.
La acetona sirve en productos con
grasas y el butanol en detergentes.
1.1 FASE LÍQUIDA
Productos industriales
Butanodiol
Se obtiene a partir de hexosas y
pentosas, mediante Klebsiella oxytoca,
aunque no es económicamente
competitivo con la industria química.
20. 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON CÉLULAS
Obtención de bioplásticos: Se obtienen de diversos materiales renovables,
concibiéndose como materiales biodegradables.
1.1 FASE LÍQUIDA
Productos industriales
EJEMPLO:
El polilactato, plástico transparente
parecido al polietileno, se obtiene por
polimerización de ácido láctico
obtenido por fermentación de glucosa
de almidón de maíz.
https://www.youtube.com/watch?v=20GCaVsksf4 (bioplastico)
https://www.youtube.com/watch?v=HJiFNmnsO1o (pepa aguacate)
21. 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON CÉLULAS
1.1 FASE LÍQUIDA
Productos de uso alimentario
PRODUCTO COMO SE OBTIENE FUNCION
Aminoácidos Glicina, L-cisteina se obtienen por
fermentación
Nutrientes y saborizantes en
alimentos
Aditivos de sabor:
Nucleósidos
Metionina y L-treonina se obtiene por
fermentación
En el futuro competirá con las
plantas transgénicas.
Vitamina B2.
Rivoflavina
Se obtiene por fermentación aerobia con
levadura Ashbya gossypii
Los procesos de separación son
costosos.
Vitamina B12.
Cianocobalamina
Se obtiene en una o dos etapas de
fermentación aerobia con Pseudomonas
denitrificans y Propionibacterium respecti
vamente.
Los procesos de separación son
costosos
Carotenoides Fermentación de Blakeslea trispora con
medios viscosos y complejos,
requiriéndose la adición de antioxidantes
Los procesos de separación son
costosos
22. 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON CÉLULAS
1.1 FASE LÍQUIDA
Salud
Campo con gran crecimiento por la puesta en marcha de procesos biotecnológicos de
producción de fármacos. Mencionaremos algunos productos:
Antibióticos: La penicilina G y V se obtienen por fermentación de Penicillium
chrysogenium usando como sustratos carbohidratos fermentables
Bioinsecticidas: Los productos de fermentación de Bacillus thuringiensis se utilizan
contra orugas o mosquitos.
Fitohormonas: El ácido giberélico se obtiene por fermentación con Fusarium
monoliforme. Productos importantes en el desarrollo y crecimiento de las plantas.
23. 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON CÉLULAS
1.1 FASE LÍQUIDA
Aguas y Residuos
Tratamientos medioambientales, especialmente el tratamiento de plantas industriales.
Según el carácter oxidante (Redox) de la degradación suelen clasificarse en:
Procesos aerobios
Generándose como productos CO2 y agua,
con gran producción de biomasa, se necesita
energía para suministrar oxígeno.
Procesos anaerobios
Están bien desarrollados para residuos
líquidos, obteniéndose metano y CO2 en una
primera aproximación.
Procesos mixtos
Existen muchos procesos combinados con
residuos sólidos y líquidos.
24. 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON CÉLULAS
1.1 FASE LÍQUIDA
Aguas y Residuos
Ejemplo de proceso mixto: Residuos en vertederos, con sólidos que generan residuos líquidos
(lixiviados).
Aspecto desagradable, negro
o amarillo, denso y con mal
olor a ácido. Puede tener
espuma.
Líquidos que se forman como
resultado de pasar o
“percolarse” a través de un
sólido.
26. TRABAJO
• ENUMERE Y EXPLIQUE 3 EJEMPLOS DE LA BI EN EL CAMPO AGRARIO,
SALUD, MEDIO-AMBIENTE, MARINO Y PROCESOS INDUSTRIALES
• DESCRIBA QUE ES UN PROCESO DE ANAEROBIO Y AEROBIO
• DESCRIBA Y EXPLIQUE QUE ES UN PROCESO MESÓFILOS
• QUE ES UN INÓCULOS O STARTERS Y CUALES SON SUS PRINCIPALES
APLICACIONES EN LAS DIFERENTES INDUSTRIAS
• DESCRIBA BREVEMENTE EL PROCESO DE EXTRACCION DEL BIOETANOL
• DE QUE PRODUCTOS SE PUEDE OBTENER EL BIOPLASTICO
• EN LOS TRATAMIENTO MEDIOAMBIENTALES DESCRIBA 1 PROCESOS
AEROBIOS Y 1 PROCESOS ANEROBIOS
27. 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON CÉLULAS
1.2 FASE SOLIDA
Adquiere gran importancia, y pueden llegar a ser controlantes la materia prima y
temperatura. Comunes en el sector alimentario, medioambiental/energético y de la salud.
Alimentos
a) Pan: Ejemplo más tradicional de fermentaciones en fase sólida.
b) Lácteos fermentados: Quesos, Leches fermentadas como yogurt, Mantequilla
c) Cárnicos fermentados: Se busca en producir aromas y sabores característicos.
d) Fermentados especiales: Té, café o cacao.
28. 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON CÉLULAS
1.2 FASE SOLIDA
Tratamiento de residuos
Controla residuos urbanos y todo el seguimiento de los procesos de degradación naturales.
Aprovechamientos como el compostaje, biogás o fertilizantes.
Producción de células vegetales
En casos que no se pueda obtener suministro forestal, que no puedan ser sintetizados u
obtenidos mediante microorganismos. Se obtienen productos no proteícos, farmacéuticos,
colorantes, aromas, insecticidas.
29. 1. PROCESOS DE PRODUCCIÓN CON CÉLULAS
1.2 FASE SOLIDA
Cultivos de células animales
Tejidos en implantes. Se requiere el uso de estructuras sólidas sobre las que se colocan las
células para su crecimiento.
Algunos ejemplos son:
• Tejido hematopoyético
• Hígado artificial y otros órganos
30. 2. TRANSFORMACIONES INDUSTRIALES CON ENZIMAS
• El uso de enzimas está muy extendido en procesos industriales.
• El coste del biocatalizador (el enzima) representa un porcentaje importante
en el coste total del proceso.
• En la purificación industrial de las enzimas el coste es aún mayor cuando se
necesita alta pureza requiriéndose técnicas costosas (cromatografía,
electroforesis) para su purificación industrial.
• Algunos usos son:
31. 2. TRANSFORMACIONES INDUSTRIALES CON ENZIMAS
2.1. Industria de la alimentación
PRODUCTO ENZIMA FUNCION
Pan Proteasas, Lipoxidasas Degradar proteínas del gluten
(gluteninas y glianidinas)
Lácteos y
Quesos
Enzimas Lipolíticas y Proteolíticas,
como renina, lactasa
Zumos Pectina, Glucosa-Oxidasa, Amilasa,
Naringinasa
Degradar la pectina de las frutas
Carnes Papaina Ablanda la carne degrada
proteinas
32. 2. TRANSFORMACIONES INDUSTRIALES CON ENZIMAS
2.2. Otros usos industriales
Industria textil, cuero, farmacéutica para mejorar la digestión y en cosmética.
Algunos productos que requieren el uso de enzimas son:
Hidrólisis de polisacáridos
Transformación de glucosa en fructosa: Si la enzima se inmoviliza se reduce el coste
un 40 %.
Producción de aminoácidos esenciales
Glutamato
33. 2. TRANSFORMACIONES INDUSTRIALES CON ENZIMAS
2.3. Usos en medicina
Se investiga la funcionalidad o disfuncionalidad de las enzimas en el organismo.
No tiene grandes volúmenes, aunque sí son productos de gran valor añadido.
Es una industria que en los próximos años dará lugar a muchos nuevos
productos.
34. 3. APROVECHAMIENTO DE MATERIALES BIOLÓGICOS
• Principalmente los de crecimiento agrario y animal, presentan importantes
usos industriales.
• Las aplicaciones y usos de este tipo de materias primas requieren conocer con
bastante detalle la estructura de los materiales biológicos.
• Es clave disponer de la producción prima suficiente.
• Algunos productos de origen vegetal y animal, son:
35. Origen Vegetal
3. APROVECHAMIENTO DE MATERIALES BIOLÓGICOS
PROCESO EJEMPLO
Almacenamiento de hidratos
de carbono
- Producción de azúcar (sacarosa) a partir de caña
de azúcar o remolacha.
- Producción de polisacáridos (alginato, agar) a
partir de algas Gelidium.
Materiales de construcción
celular vegetal
Transformación de la madera en papel
Aprovechamiento de aceites Producción de biodiesel a partir de aceites usados
36. Hormonas
Algunas glándulas de animales ya han sido
utilizadas antiguamente por sus poderes
curativos. Estas glándulas endocrinas
segregan hormonas de usos farmacéuticos.
3. APROVECHAMIENTO DE MATERIALES BIOLÓGICOS
Origen Animal
Alimentación
Transformación de materia prima en
alimentos sin fermentación. Ejm: Producción
de platos preparados o precocinados.
Pieles, cueros y plumas
De las plumas de aves de corral se puede obtener
queratina usándose en el sector farmacéutico y
cosmético.
HORMONA FUNCION
Cortisona Regula el metabolismo de las grasas y carbohidratos
Adrenalina Síntesis de corticoesteroides
Colesterol Síntesis de vitamina D
Tromboplástina Coagulante sanguíneo
Insulina Regulación del metabolismo del azúcar
Melanógena Enfermedades mentales
Se obtienen del cerebro, hígado, pulmones, médula espinal, páncreas, glándula pineal
37. VENTAJAS DE LA BI
• Alternativa a otros procesos que parecen ser menos sostenibles.
• Disminución del impacto medioambiental por los procesos biotecnológicos
• Fuertes perspectivas de desarrollo en todos los sectores industriales a escala
global.
39. Tecnología de la fermentación o bioprocesamiento
• Para ser viable el bioprocesamiento debe presentar ventajas sobre otros métodos como
la tecnología química.
• Algunas veces constituyen el único camino para obtener un producto (vacunas o
antibióticos).
Presente en la mayoría de los procesos de biotecnología tanto nuevos como viejos
• Normalmente implica células vivas (de microbios, mamíferos o plantas), organelos o
enzimas como biocatalizadores
• Producir cambios químicos y/o físicos en materiales orgánicos (es decir, en su medio).
40. Tecnología de la fermentación o bioprocesamiento
Surgieron de la producción de comidas (queso, yogur, embutidos) y bebidas (cervezas,
vinos y sidra)
Permitió conocer el papel de los microorganismos en la eliminación de desechos,
dando lugar a:
Estas formas de bioprocesamiento se consideraron como artesanías, pero
ahora se ven sometidos a un conjunto de ciencia y tecnología moderna.
1. Purificación de aguas
2. Tratamiento de efluente
3. Gestión de los desechos sólidos.
41. El bioprocesamiento implica una multitud de reacciones
complejas catalizadas por enzimas dentro de sistemas
celulares específicos, y estas reacciones son muy
dependientes de las condiciones físicas y químicas que
existen en su entorno inmediato.
42. PRODUCTOS DE FERMENTACION SEGÚN LOS SECTORES
INDUSTRIALES
Estos productos dominan actualmente grandes mercados industriales y son esenciales para la sociedad moderna
43. ORIGEN CELULAR PRODUCCION
Células de plantas Productos secundarios: saborizantes artificiales,
perfumes y medicamentos
Células de mamíferos Producción de vacunas, anticuerpos y proteínas
recombinantes como interferón, interleuquinas, etc.
La tecnología del bioprocesamiento usa cada vez más células
El futuro de estos bioproductos está asegurado debido a que la mayoría no se pueden producir
de forma económica por otros procesos químicos.
Será posible crear nuevas economías en la producción mediante organismos modificados
genéticamente que dan productividades mayores utilizando nuevos avances tecnológicos
44. Ventajas y desventajas de la producción de compuestos
orgánicos por procedimientos biológicos en lugar de químicos
45. FORMACION DE PRODUCTOS DE TECNOLOGIA DE BIOPROCESAMIENTO
Las fases de formación de productos de bioprocesamiento son muy similares.
Independientemente del organismo, medio de cultivo usado y producto formado
Crecen bajo condiciones definidas y controladas de temperatura y aireación un gran número
de células. Los organismos son cultivados e incentivados a formar los productos deseados
por medio de un sistema contenedor físico/técnico (biorreactor o fermentador)
Procesos de biotecnología
46. Todos los procesos biotecnológicos se desarrollan esencialmente dentro de los
sistemas contenedores o biorreactores
La principal función de un biorreactor es:
Minimizar el costo de producción de un producto o servicio determinado.
Ejemplos de productos producidos industrialmente en biorreactores.
