Principios y Aplicaciones Clave en Procesos Biotecnológicos

Fundamentos de la Biotecnología

Definición y Procesos Clave

La biotecnología se define como la aplicación tecnológica que utiliza sistemas biológicos y organismos vivos para crear o modificar productos o procesos para usos específicos.

Un proceso clave en biotecnología es la fermentación, que utiliza células o enzimas como biocatalizadores para realizar cambios físicos o químicos en materiales bioquímicos.

Ventajas y Desventajas de la Producción Biotecnológica

• Ventajas: La producción biotecnológica permite obtener macromoléculas difíciles de sintetizar químicamente. Además, es un proceso selectivo que ocurre en condiciones suaves.
• Desventajas: Generalmente, es un proceso más lento y resulta más complicado aislar el producto final en comparación con los métodos químicos.

Técnicas de Separación y Purificación en Bioprocesos

Métodos de Filtración

Filtro rotativo al vacío

Se destacan los filtros de tambor rotatorio por su capacidad para la eliminación automática de la torta de filtración y su operación continua, lo que los hace eficientes en procesos industriales.

Filtro de prensa

Estos filtros son utilizados para eliminar levaduras en la producción de bebidas y son ideales para suspensiones con bajas concentraciones de sólidos, permitiendo lograr una elevada pureza del producto.

Filtración tangencial

En este método no se forma torta de filtración, ya que el flujo es paralelo al material filtrante. Se utiliza comúnmente para la concentración y purificación de proteínas, empleando membranas con diferentes tamaños de poro.

Sistemas de Secado en Bioprocesos

El secado consiste en la eliminación de agua u otros disolventes para obtener productos comerciales que sean fáciles de manipular y que no se degraden. Generalmente, es la última etapa del proceso productivo y busca alcanzar una humedad inferior al 10%.

Métodos de Reducción de Agua

Antes de la etapa de secado final, se suelen utilizar métodos como la sedimentación, la flotación y la filtración para reducir el contenido inicial de agua de manera eficiente.

Equipos Industriales de Secado

Existe una gran diversidad de equipos de secado, que pueden clasificarse según su operación (discontinuos o continuos), la presión de trabajo (presión atmosférica o vacío) y la dirección del flujo del gas de secado (a contracorriente o en igual sentido).

Bioseguridad en el Laboratorio: Equipos de Contención

Cabinas de Seguridad Clase II

Las cabinas de seguridad biológica de Clase II ofrecen una protección triple: protegen al personal, al producto y al medio ambiente. Esto se logra porque el aire es filtrado tanto al entrar como al salir de la cabina mediante filtros HEPA.

Subclases y Funcionamiento

Se dividen en varias subclases, cada una con diferentes características de flujo de aire y sistemas de expulsión:

• Clase II A1 y A2: Recirculan una parte del aire filtrado dentro de la cabina y expulsan el resto al exterior, también a través de filtros HEPA.
• Clase II B1 y B2: Expulsan la mayor parte del aire al exterior, lo que las hace especialmente adecuadas para trabajar de forma segura con productos químicos volátiles.

Aplicaciones, Ventajas y Limitaciones

• Uso Común: Se utilizan en laboratorios de investigación, hospitales y en la industria farmacéutica para trabajos con agentes biológicos de riesgo moderado a alto (Nivel de Bioseguridad 2 y 3).
• Ventajas: Proporcionan un entorno estéril para la manipulación del producto y garantizan una alta protección para el usuario y el medio ambiente.
• Limitaciones: Suelen ser más costosas y requieren un mantenimiento más riguroso y periódico para asegurar su correcto funcionamiento.

Control de la Contaminación en Bioprocesos

Control de Espuma: Antiespumantes

Los antiespumantes son agentes utilizados para controlar la formación excesiva de espuma en los procesos de fermentación. Incluyen sustancias como aceites (por ejemplo, triacilglicerol) y productos basados en silicona. Es importante notar que algunos pueden ser tóxicos, por lo que su uso se limita a cuando es estrictamente necesario.

Esterilización y Desinfección

La esterilización es un proceso fundamental para eliminar o destruir todos los microorganismos, incluyendo sus formas más resistentes como las esporas. Puede realizarse de forma continua o discontinua y es crucial para mantener la esterilidad de los biorreactores y los medios de cultivo, asegurando la asepsia y evitando la contaminación.

Es importante diferenciarla de la desinfección, la cual destruye las formas vegetativas de los microorganismos, pero no es efectiva contra las esporas.

Métodos de Esterilización

Existen diversos métodos físicos y químicos. El autoclave (esterilización por calor húmedo) es el método más común en laboratorios. Otro método relevante es la esterilización por radiaciones.

Esterilización por Radiaciones

• Radiaciones Ionizantes: Incluyen rayos X, rayos beta, rayos gamma, partículas alfa, protones, electrones y neutrones. Se caracterizan por su alta frecuencia, gran energía y elevado poder de penetración. Se utilizan para materiales termolábiles (sensibles al calor) y en la esterilización en frío de materiales desechables.
• Radiaciones No Ionizantes: Incluyen los rayos ultravioleta (UV), que tienen baja frecuencia, menor energía y poca capacidad de penetración. Su uso se centra en mantener la esterilidad de superficies y del agua en ambientes controlados.