bases bioingeniería
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BioingenieriaTRANSCRIPT
Bases de bioingeniería para el diseño de procesos
Lizzete Rivera Landa
Sarai Vargas Vázquez
Biotecnología
Conceptos implícitos y áreas de inferencia quedan comprendidos dentro de:
Microbiología industrial
Tecnología de enzimas
Tecnología de fermentaciones
Definiciones de biotecnología
Aplicación de la bioquímica , microbiología e ingeniería química al medio ambiente. Así como procesos y productos industriales. IUPAC
Aplicación de los principios científicos y de ingeniería para el procesamiento de materiales para agentes biológicos con el fin de producir bienes y servicios. EFB
Definiciones biotecnología
De una forma más restrictiva, la biotecnología implica:El uso integrado de la bioquímica, la
microbiología y la ingeniería para lograr la aplicación tecnológica de las capacidades metabólicas de micro-organismos, células y tejidos cultivados o de sus componentes . ODEC
bioingeniería
A menudo se le restringe al ámbito biomédico.Uso de la ingeniería y los principios
biológicos para la identificación de las funciones de sistemas vivos y para el desarrollo de dispositivos terapéuticos, especialmente partes y sistemas corporales artificiales.
Desarrollo biotecnológico
Desarrollo de bioprocesos (bioingeniería)
Manipulación genética Evaluación y selección de cepas o líneas celulares
Investigación de condiciones de producción
y análisis cinético del proceso
Investigación e metodología de recuperación y purificación de bioproductos
Diseño de sistemas de reacción
Diseño de biorreactores
Upstream processing, downstream processing
Análisis económico
Pueden definirse de acuerdo a sus competencias
Definición bioingeniería
Uso integrado de conocimientos y herramientas metodológicas de la bioquímica, microbiología, computación e ingeniería para el diseño y evaluación de bioprocesos.
Herramienta:Simulación de procesos
basada en modelos matemáticos
Requiere conocimientos en:Estequiometria de
reacciones biológicasBiocinéticaSistemas de reacción Transferencia de masa,
calor y momento en reactores biológicos.
Proceso fermentativo
• Preparación de materias primas, formulación y esterilización de mostos.
Upstream processing
Fermentación • Recuperación
y purificación de productos
Downstream
processing
Impacto económicoObjetivo bioprocesos: Encontrar condiciones de producción para obtener:
• Fermentación parte medular
Proteína unicelular
y tratamiento de aguas
• Recuperación de producto tiene mayor impacto.
Producción de
etanol
• Recuperación y purificación son las que más afectan en el costo global
Metabolitos de alta pureza
Alta concentración del producto.
Alta productividad.Alto rendimiento
Criterios fundamentales para diseño y evaluación de procesos fermentativos.
Proceso fermentativo
EN UN PROCESO FERMENTATIVO LOS REACTANTES SE CONVIERTEN POR ACCIÓN
MICROBIANA EN UNA MEZCLA DE PRODUCTOS DE REACCIÓN.
2.1 Estequiometria de reacciones biológicas
Población celular estática
Población celular funciona solo como biocatalizador de la reacción, se requiere formular la mezcla de reactantes considerando la estequiometria de la bioconversión.
Crecimiento
Debe considerarse la fracción de reactantes que se convierten en biomasa así como la parte de la fuente de energía utilizada para el metabolismo celular endógeno.
Producto de reacción es biomasa
Algún componente intra-celular o secretado que no represente fracción masa importante VitaminasEnzimasPéptidosEl medio de cultivo se formula a partir de la composición del propio material celular.
No hay desviación en metabolismo aerobio
No se presenta acumulación importante de subproductos, la fracción del sustrato que se incorpora a la masa celular es 66% aproximadamente; el resto se convierte en CO2.
Deberá haber exceso de carbono en el medio de cultivo para mantenerse balanceado.
Rendimiento celular
ESTIMACIÓN DE RENDIMIENTOS TEÓRICOS
Considerando un proceso aerobio, sin desviaciones del metabolismo celular y sin acumulación masiva de metabolitos se tiene la siguiente estequiometría:
A partir de esta base, podemos calcular el rendimiento teórico celular máximo:
Rendimiento calórico
Estequiometría de reacción en un proceso de combustión biológica
Dividiendo entre ΔX
Simplificando términos tenemos
Rendimiento de Oxígeno
El rendimiento de O2, YO2g, se puede estimar tomando en cuenta la liberación de 112 kcal por mol de O2 consumido en la combustión, YKO dado que:
YO2= YXO= YKOYXK