tendencias en el uso de biotecnologia espaÑa

7/23/2019 Tendencias en El Uso de Biotecnologia ESPAA

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Diciembre 2008

Observatorio Industrial del

Sector Qumico

TENDENCIAS EN EL USO DE LA

BIOTECNOLOGA EN EL SECTOR QUMICO

Subsectores CNAE:

241 Fabricacin de productos qumicos bsicos

242 Fabricacin de pesticidas y otros productos agroqumicos

Realizado por


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TENDENCIAS EN EL USO DE LA BIOTECNOLOGA EN EL SECTOR QUMICO

Subsectores CNAE 241 y 242

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NDICE DE CONTENIDOS

NOTA......................................................................................................................................... 4DEFINICIONES BSICAS .................................................................................................... 4RESUMEN EJECUTIVO ........................................................................................................ 6INTRODUCCIN..................................................................................................................... 8DELIMITACIN DEL ESTUDIO. OBJETIVOS ................................................................15METODOLOGA.................................................................................................................... 16USOS ACTUALES DE LA BIOTECNOLOGA................................................................17

Tecnologas....................................................................................................................... 17Conversin de biomasa en azcares fermentables ....................................................... 17Fermentacin ............................................................................................................................ 18

Biocatlisis ................................................................................................................................ 18Productos .......................................................................................................................... 20Subsector 241: Productos qumicos bsicos .................................................................. 20

Etanol ...................................................................................................................................... 20cido lct ico ......................................................................................................................... 231,3-Propanodiol .................................................................................................................... 25cido i tacnico .................................................................................................................... 28cido actico ........................................................................................................................ 30Lisina ...................................................................................................................................... 30Acri lamida............................................................................................................................. 31Enzimas.................................................................................................................................. 32

Subsector 242: Pesticidas y otros productos agroqumicos....................................... 36Sntesis de precursores e in termediarios..................................................................... 36Biopesticidas ........................................................................................................................ 37Biofertilizantes..................................................................................................................... 40Giberelina .............................................................................................................................. 41

TENDENCIAS TECNOLGICAS EMERGENTES......................................................... 42Nuevas tecnologas ........................................................................................................42

Conversin de biomasa en azcares fermentables ....................................................... 42Fermentacin ............................................................................................................................ 43

Sacarificacin y fermentacin simultneas (SSF)...................................................... 43Co-fermentacin de azcares C6 (hexosas) y C5 (pentosas)................................. 43

Bioprocesamiento consolidado...................................................................................... 44Biocatlisis ................................................................................................................................ 44Nuevos avances y tendencias en procesos industriales establecidos .................... 44

Nuevos productos...........................................................................................................46Subsector 241: Productos qumicos bsicos .................................................................. 46

Butanol ................................................................................................................................... 46cido succnico................................................................................................................... 48cido fumrico ..................................................................................................................... 51cido mlico ......................................................................................................................... 52cido c is,cis-mucnico..................................................................................................... 531,2-Propanodiol .................................................................................................................... 55

cido 3-hidroxipropinico................................................................................................ 563-Hidroxipropionaldehdo................................................................................................. 58


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cido propinico ................................................................................................................. 59cido but rico ....................................................................................................................... 60cido pirvico (y otros cidos 2-oxocarboxlicos) .................................................... 61

2,3-Butanodiol ...................................................................................................................... 61Acetona ................................................................................................................................. 62Isopropanol ........................................................................................................................... 64Otros productos................................................................................................................... 64

Subsector 242: Pesticidas y otros productos agroqumicos....................................... 66Sntesis de precursores e in termediarios..................................................................... 66Biopesticidas ........................................................................................................................ 67Elicitores y vacunas........................................................................................................... 68

ANLISIS COMPARATIVO DE LAS TENDENCIAS TECNOLGICAS EMERGENTESY LAS LNEAS CONTEMPLADAS EN EL PLAN NACIONAL DE I+D+I 2008-2011...69

Anlisis del Plan Nacional de I+D+I............................................................................ 71

Accin Estratgica de Biotecnologa ................................................................................. 71Lnea 2. Biotecnologa agraria y alimentaria................................................................ 71Lnea 3. Biotecnologa industrial.................................................................................... 72Lnea 4. Bioenerga y desarrollo de biocombustibles ............................................... 73

Accin Estratgica de Energa y Cambio Climtico....................................................... 74Anlisis de convocatorias concretas de concesin de ayudas derivadas delPlan Nacional de I+D+I ................................................................................................... 74

Lnea instrumental de Proyectos de I+D+I ........................................................................ 74Programa Nacional de Proyectos de Investigacin Fundamental ......................... 74Programa Nacional de Proyectos de Investigacin Aplicada ................................. 74Programa Nacional de Proyectos de Desarrollo Experimental ............................... 76

Acciones Estratgicas............................................................................................................ 76Accin estratgica de Biotecnologa ............................................................................. 76Accin Estratgica de Energa y Cambio Climtico.................................................. 76

BARRERAS PARA LA ADOPCIN DE LAS TECNOLOGAS EMERGENTES ......77Barreras regulatorias, normativas y legislativas .................................................... 77Barreras econmicas ..................................................................................................... 79Barreras estructurales ................................................................................................... 81Barreras educativas y de formacin .......................................................................... 82Barreras sociales.............................................................................................................83Barreras tcnicas ............................................................................................................83

INSTRUMENTOS DE FINANCIACIN PBLICA APLICABLES AL SECTOR ....... 85Administracin General del Estado ........................................................................... 85

Lneas Instrumentales de Actuacin .................................................................................. 86Acciones Estratgicas............................................................................................................ 88

Comunidades Autnomas ............................................................................................ 88Entidades Locales y Universidades ........................................................................... 91Unin Europea................................................................................................................. 91

7 Programa Marco .................................................................................................................. 91ERA.net....................................................................................................................................... 92

CONCLUSIONES.................................................................................................................. 93RECOMENDACIONES ........................................................................................................94

BIBLIOGRAFA ..................................................................................................................... 96


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Subsectores CNAE: 241Fabricacin de productos qumicos bsicos242Fabricacin de pesticidas y otros productos agroqumicos

NOTA

Este trabajo ha sido encargado por el Observatorio Qumico del MITYC a propuesta deFEDIT-LEIA-CIDEMCO para analizar las tendencias existentes en I+D+i en biotecnologa ysu relacin con el Sector Qumico, con el fin de poner de manifiesto la situacin de Espaaen este campo e identificar las barreras existentes para la implantacin de estastecnologas. A partir de este anlisis se realizan una serie de recomendaciones tanto paraeliminar las citadas barreras como para definir la intensidad de la financiacin necesaria enla I+D+i del sector para ser competitivos.

El estudio ha sido realizado conjuntamente por Fundacin LEIA CDT (www.leia.es) yCIDEMCO (www.cidemco.es):

Toms Roncal (Fundacin LEIA CDT) (coordinador)

Jos Ramn Ochoa (Fundacin LEIA CDT)

Unai Cadierno (Fundacin LEIA CDT)

Javier Garca Jaca (CIDEMCO)

Izaskun Garmendia (CIDEMCO)

Maider Azpeitia (CIDEMCO)

DEFINICIONES BSICAS

Productos qumicos bsicos (subsector CNAE 241): Bajo este trmino podranconsiderarse los productos que en ingls reciben las denominaciones de commoditychemicals o bulk chemicals, y entre los que se incluyen tanto compuestos orgnicos comoinorgnicos. Se trata de un grupo heterogneo de compuestos qumicos cuya clasificacinbajo esta denominacin no se debe a similitudes o semejanzas de tipo qumico, sino a otros

criterios de tipo industrial/econmico, entre los que se incluyen fundamentalmente suvolumen de produccin, su precio y su utilidad. Los productos qumicos de base seran,pues, aquellos que presentan un elevado volumen de produccin y, como consecuencia deello, un coste reducido, y cuya principal utilidad, aunque no la nica, es servir como base ointermediarios para la produccin de otros compuestos qumicos y polmeros. Se trata, engeneral, de productos qumicos constituidos por molculas relativamente sencillas.

De acuerdo con la CNPA96 (Clasificacin Nacional de Productos por Actividades), queclasifica los productos por actividades CNAE, entran dentro de este grupo las siguientescategoras de productos:

241 Productos qumicos bsicos

2411 Gases industriales


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2412 Colorantes y pigmentos

2413 Productos qumicos inorgnicos bsicos

2414 Productos qumicos orgnicos bsicos2415 Abonos y compuestos nitrogenados fertilizantes

2416 Plsticos en formas primarias

2417 Caucho sinttico en formas primarias

Pesticidas y agroqumicos (subsector CNAE 242): Segn la definicin adoptada por laOCDE (1), se entiende por agroqumicos los compuestos qumicos, generalmentesintticos, producidos de un modo comercial utilizados en agricultura, tales comofertilizantes, pesticidas y acondicionadores del suelo. Sin embargo, frecuentemente seidentifica el trmino agroqumico nicamente con su acepcin de pesticida (o su sinnimoplaguicida) y es definido como cualquier sustancia o mezcla de sustancias usadas o

destinadas para ser usadas para prevenir, destruir, repeler, atraer, inhibir, o controlarcualquier insecto, roedor, ave, nematodo, bacteria, hongo, mala hierba u otro tipo de planta,animal o vida microbiana considerada como plaga (2). Para los propsitos de este informese ha considerado la primera definicin, por parecer menos restrictiva y ms adecuada atodos los niveles.

De acuerdo con la CNPA96 se consideran los siguientes grupos de productos:

242 Pesticidas y otros productos agroqumicos

242011 Insecticidas preparados para la venta al por menor

242012 Herbicidas

242013 Productos inhibitorios de la germinacin; reguladores de crecimiento de plantas

242014 Desinfectantes

242015 Fungicidas; raticidas y productos anlogos

En el informe Anlisis de las Lneas de I+D Emergentes en el Sector Qumico (3), delObservatorio Qumico del Ministerio de Industria, Turismo y Comercio se muestra un listadoexhaustivo de los productos y familias de productos incluidos dentro de cada uno de los dossubsectores CNAE contemplados en este estudio.


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RESUMEN EJECUTIVO

Los avances logrados en los ltimos aos en el campo de la biotecnologa han puesto de

manifiesto el potencial que sta ofrece para la fabricacin de productos qumicos en general,incluyendo entre ellos los productos qumicos bsicos y los pesticidas y otros productosagroqumicos.

En la actualidad, prcticamente la totalidad de la produccin de productos qumicosorgnicos se realiza a partir de materias primas fsiles no renovables, bsicamente petrleoy gas natural, mediante procesos de tipo fsico-qumico principalmente. Sin embargo, unbuen nmero de esos mismos productos o productos qumicos de funcionalidad equivalentepueden ser obtenidos a partir de materias primas renovables de biomasa mediante elempleo de la biotecnologa.

La biotecnologa, en este sentido, puede jugar un importante papel ya que aporta ciertasventajas y beneficios que incrementan su competitividad frente a otros procesos

convencionales, lo que actualmente se denomina sostenibilidad, y que tiene que ver concuestiones como el impacto medioambiental, el consumo de recursos y la generacin deresiduos. En este sentido los procesos biotecnolgicos cumplen con los requisitos bsicosde sostenibilidad, ya que se caracterizan por la reduccin en el consumo de recursos(materias primas, energa, agua, aire...), por una mayor utilizacin de materias primasrenovables (biomasa), por la reduccin en la produccin de residuos y en su impactomedioambiental, y por el incremento en el reciclaje de los mismos.

Este estudio se centra en la situacin actual de la biotecnologa industrial y en sustendencias emergentes con relacin a su uso en el sector qumico, concretamente en lossubsectores englobados bajo los cdigos CNAE 241Productos qumicos bsicos y242Pesticidas y otros productos agroqumicos. Uno de sus objetivos es la identificacin de

los procesos y productos biotecnolgicos actualmente implementados a nivel industrial, y delas tendencias tecnolgicas emergentes, cuyos resultados puedan ser susceptibles deconvertirse en productos comerciales. A partir de este estudio prospectivo se realiza, acontinuacin, una comparacin de las tendencias identificadas con las lneas deinvestigacin contempladas en el Plan Nacional de I+D+I 2008-2011. A continuacin sepretende realizar una reflexin para tratar de identificar las barreras existentes para eldesarrollo e implantacin de tales tecnologas, y se hace una descripcin de losinstrumentos pblicos de financiacin aplicables al sector. Finalmente, partiendo de todo loanterior se derivan una serie de conclusiones y recomendaciones.

En el apartado USOS ACTUALES DE LA BIOTECNOLOGAse realiza una descripcin delas tecnologas y productos biotecnolgicos que se encuentran en la actualidad en tal gradode desarrollo que permiten la existencia de procesos industriales completamente maduros yque resultan en productos comerciales, referidos a los dos subsectores incluidos en elmbito de este estudio (productos qumicos bsicos, y pesticidas y agroqumicos). Dentro dela seccin de tecnologas se hace una breve referencia a las tres reas de mayor inters: laconversin de biomasa en azcares fermentables, la fermentacin y la biocatlisis. Entre losproductos descritos se incluyen etanol, cido lctico, 1,3-propanodiol, cido itacnico, cidoactico, lisina, acrilamida y enzimas, dentro del subsector de productos qumicos bsicos, yprecursores e intermediarios, biopesticidas, biofertilizantes y giberelina, en el subsector debiopesticidas y otros productos agroqumicos.

En el apartado TENDENCIAS TECNOLGICAS EMERGENTES se describen lastecnologas y bioproductos que se encuentran actualmente en fase de investigacin ydesarrollo, pero que no han adquirido todava tal grado de desarrollo como para permitir el

establecimiento de procesos industriales y su explotacin comercial. La seccin de nuevas


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tecnologas hace referencia a los ltimos avances y tendencias de las mismas reascontempladas en el apartado anterior. Los nuevos productos incluyen un buen nmero decompuestos que son tcnicamente posibles de obtener mediante la aplicacin de la

biotecnologa, tales como butanol, cido succnico, cido fumrico, cido mlico, cidocis,cis-mucnico, 1,2-propanodiol, cido 3-hidroxipropinico, 3-hidroxipropionaldehdo, cidopropinico, cido butrico, cido pirvico, 2,3-butanodiol, acetona, isopropanol y otros,dentro del subsector de productos qumicos bsicos, y precursores e intermediarios,biopesticidas y elicitores y vacunas, en el subsector de biopesticidas y otros productosagroqumicos.

El apartado ANLISIS COMPARATIVO DE LAS TENDENCIAS TECNOLGICASEMERGENTES Y LAS LNEAS CONTEMPLADAS EN EL PLAN NACIONAL DE I+D+I 2008-2011tiene por objeto realizar un anlisis de los contenidos cientfico-tecnolgicos del PlanNacional de I+D+I, es decir, de las lneas de investigacin prioritarias que en l secontemplan, y compararlo con las tendencias tecnolgicas identificadas en el apartadoanterior, referidas al uso de la biotecnologa para la produccin de productos qumicosbsicos, y pesticidas y otros productos agroqumicos. En general, no se encuentra en elPlan Nacional de I+D+I una clara y explcita concrecin y desarrollo de las lneas prioritariasde investigacin, no slo referidas a la biotecnologa, sino en ningn otro campo, que debenseguirse en cada una de las reas cientficas. nicamente en algunas convocatoriasconcretas de concesin de ayudas, en forma de anexos, se proporcionan listados deprioridades temticas, lneas y sublneas de investigacin por Sectores, Subsectores yAcciones Estratgicas.

La biotecnologa industrial, al igual que el resto de campos cientficos, se encuentra en sucamino con un buen nmero de barreras que impiden o dificultan su adecuado desarrollo yaplicacin. En el apartado BARRERAS PARA LA ADOPCIN DE LAS TECNOLOGASEMERGENTES se ha pretendido realizar una recopilacin y anlisis de las diferentes

barreras detectadas para el desarrollo de la I+D. Muchas de ellas son generales, es decir,afectan por igual a todas las reas temticas y disciplinas cientficas; otras, en cambio, sonms especficas de la biotecnologa. Las barreras identificadas han sido agrupadas endiferentes grupos temticos, entre los que se incluyen las cuestiones regulatorias,normativas y legislativas, econmicas, estructurales, educativas y de formacin, sociales, ytcnicas.

El esfuerzo inversor en Espaa en I+D+I, adems de ser insuficiente, provienefundamentalmente del sector pblico, con escasa participacin del sector empresarial. En elsiguiente apartado, INSTRUMENTOS DE FINANCIACIN PBLICA APLICABLES ALSECTOR, se realiza una exposicin de los principales instrumentos pblicos de financiacinde la I+D+I disponibles a los que puede acceder el sector de la biotecnologa industrial o

blanca. Las fuentes de financiacin pblica son ciertamente variadas, e incluyen a laAdministracin General del Estado, las Comunidades Autnomas, las Entidades Locales, lasUniversidades, y la Unin Europea, siendo la primera de ellas la ms importante porvolumen de fondos movilizados.

Por ltimo, el estudio finaliza con dos breves apartados de CONCLUSIONES yRECOMENDACIONES. En el primero de ellos, a partir de todos los datos recopilados yanalizados a lo largo de todo el informe, se realiza un resumen o recapitulacin de lascuestiones de mayor importancia tratadas. En el segundo, por su parte, se plantean unaserie de recomendaciones genricas cuyo propsito es impulsar la utilizacin industrial de labiotecnologa, intentar derribar las barreras existentes para su uso, y definir las necesidadesde financiacin para su adecuado desarrollo.


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INTRODUCCIN

Hasta hora, los intereses de la industria en relacin a la utilizacin de la biotecnologa se

han centrado principalmente en tres reas: la produccin de alimentos, piensos paraalimentacin animal, y las aplicaciones de uso sanitario. Sin embargo, los avances logradosen los ltimos aos en el campo de la biotecnologa han permitido considerar su aplicacintambin para la fabricacin de productos qumicos en general. As, adems de lasaplicaciones de mayor implantacin en los campos farmacutico, de qumica fina y deespecialidades qumicas, que quedan fuera del mbito de este estudio, se ha puesto demanifiesto el potencial que ofrece la biotecnologa para la fabricacin de productos qumicosbsicos orgnicos.

Desde el punto de vista de la industria, la biotecnologa industrial o blanca compite con laqumica clsica. El que la balanza se incline hacia uno u otro lado depende nicamente defactores econmicos, de los costes de produccin. En este contexto, sin embargo, deben sertambin considerados como factores econmicos el impacto medioambiental, el consumo derecursos y la generacin de residuos. La sostenibilidad, por tanto, se presenta como unacuestin clave, y es aqu donde la biotecnologa puede jugar un importante papel, ya queaporta ciertas ventajas y beneficios que incrementan su competitividad frente a otrosprocesos convencionales. En este sentido los procesos biotecnolgicos cumplen con losrequisitos bsicos de sostenibilidad, ya que se caracterizan por la reduccin en el consumode recursos (materias primas, energa, agua, aire...), por una mayor utilizacin de materiasprimas renovables (biomasa), por la reduccin en la produccin de residuos y en su impactomedioambiental, y por el incremento en el reciclaje de los mismos.

Dejando aparte los compuestos inorgnicos, para los que la biotecnologa poco tiene queaportar en su produccin, prcticamente la totalidad de la produccin de los productosqumicos bsicos orgnicos se realiza en la actualidad a partir de materias primas fsiles no

renovables, bsicamente petrleo y gas natural. Segn diversas fuentes, entre un 8 y un13% de la totalidad de la produccin mundial de petrleo y gas natural se dedica a lafabricacin de productos qumicos (4, 5), los llamados productos petroqumicos. En la tabla1 se muestra esquemticamente parte de los principales productos petroqumicos obtenidosa partir del petrleo y gas natural.

En la tabla 2 se muestran algunos de los compuestos qumicos que pueden ser obtenidosmediante el empleo de la biotecnologa, fundamentalmente mediante fermentacin dematerias primas de biomasa (azcares). Comparando esta tabla con la tabla 1, se observaque para algunos de los productos petroqumicos es tcnicamente posible su obtencindirecta mediante el uso de procesos biotecnolgicos, lo que conducira simplemente a unasustitucin de la materia prima y de la tecnologa utilizada en su fabricacin. En algunos

otros casos, es posible convertir un bioproducto primario en el correspondiente petroqumicomediante una transformacin qumica. Por ltimo, para otros productos petroqumicos, encambio, no existe esa sustitucin directa, pero s es posible su sustitucin por otrosbioproductos de funcionalidad equivalente.

Los productos mostrados en la tabla 2 son compuestos que pueden ser sintetizados de unmodo biolgico. Se trata de algn modo de un listado de la diversidad de compuestosqumicos que los organismos vivos pueden producir a travs de las rutas metablicasconocidas. Ello no significa, sin embargo, que su produccin pueda realizarse de un modoindustrial. Los hay, como el etanol o el cido ctrico, que actualmente son producidosindustrialmente casi exclusivamente mediante procesos biotecnolgicos. Otros seencuentran todava en fase de desarrollo, ms o menos avanzada, y ser posible su

produccin industrial exitosa a corto/medio plazo. Para otros, en cambio, aunque suproduccin biotecnolgica es tcnicamente posible, no es viable desde el punto de vista


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econmico, ya que todava existen barreras insuperables que les impiden dar ese salto, querequerira en todo caso un enorme progreso futuro en investigacin bsica y en el estado dela tcnica.

Materias primas fsiles (petrleo y gas natural)

Metanol

Formaldehdo

cido actico

C1 - Metano

Gas de sntesis

Etileno

Polietileno

Dicloruro de etileno

Cloruro de viniloEtilbenceno

xido de etileno

Etilnglicol

Etanol

Acetaldehdo

Anhdrido actico

C2 - Etano

Acetato de vinilo

Propileno

Polipropileno

Acetona

Isopropanol

xido de propileno

Acrilonitrilo

cido acrlico

Cumeno

Fenol

C3 - Propano

1,2-Propanodiol

Butileno

Butadieno

1,3-Butanodiol

C4 - Butanos

MetiletilcetonaBenceno

Tolueno

Xileno

Ciclohexano

cido adpico

Aromticos

-Caprolactama

Tabla 1.Algunos de los principales productos qumicos bsicos orgnicos que pueden serproducidos a partir de materias primas fsiles (petrleo y gas natural).


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Materias primas renovables (biomasa)

Formaldehdo

cido frmico

C1

Metano

Etanol

cido actico

Acetaldehdo

cido glioxlico

cido oxlico

Etileno

C2

cido gliclico

cido lctico

cido 3-hidroxipropinico

3-Hidroxipropionaldehdo

cido propinico

cido acrlico

Isopropanol

cido malnico

Acetona

Glicerol

1,3-Propanodiol

1,2-Propanodiol

C3

Serina

cido succnicocido fumrico

cido mlico

cido butrico

cido tartrico

Metiletilcetona

cido asprtico

Butanol

2,3-Butanodiol

C4

Acetona

cido itacnicoC5cido glutmico

cido ctrico

cido acontico

Lisina

cido cis-cis mucnico

cido glucnico

C6

cido kjico

Tabla 2.Algunos de los principales productos qumicos que pueden ser sintetizados por organismosvivos a travs de las rutas metablicas conocidas, y que pueden ser de potencial inters como

productos qumicos bsicos.


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La produccin biolgica de productos qumicos bsicos no es una cuestin nueva, ms bienal contrario, se trata de una actividad que presenta una considerable historia tras de s.Hasta la primera mitad del siglo XX aproximadamente, diversos compuestos qumicos tales

como etanol, butanol y acetona, eran producidos principalmente mediante fermentacin apartir de materias primas de biomasa (melazas y almidn). Sin embargo, a partir de esemomento el incremento de los precios de las materias primas de biomasa y la reduccin delcoste del petrleo hizo que se produjera un desplazamiento hacia la utilizacin de steltimo como materia prima prcticamente exclusiva para la obtencin de la mayora de losproductos qumicos, quedando abandonados los procesos biotecnolgicos basados enbiomasa (salvo casos puntuales como el etanol).

Sin embargo, en los ltimos aos los precios del crudo han aumentado considerablemente,y ms an durante los tres primeros trimestres del ao 2008, periodo en el que los preciosse han duplicado con respecto a los de 2007 y han superado ampliamente la barrera de los100 dlares/barril (en mayo de 2008, por ejemplo, alcanzaron cifras superiores a los 130dlares/barril). En este sentido, hay que remarcar que los precios de los productos qumicosbsicos son especialmente sensibles a los precios de las materias primas de las quederivan, ya que se suele considerar que el coste de las materias primas supone entre un 50y 75% de los costes de produccin de tales productos (6). En consecuencia, diversosprocesos biotecnolgicos que fueron abandonados en el pasado por ser econmicamenteno competitivos frente a procesos equivalentes basados en el petrleo, estn siendoreconsiderados para su aplicacin a nivel industrial ante el alza imparable de los precios delpetrleo. De hecho, en algunos estudios comparativos de la competitividad de ambos tiposde procesos en funcin de los costes de las materias primas respectivas, se apunta queciertos bioprocesos seran altamente competitivos a partir de un petrleo cercano a 80dlares/barril (7). Por tanto, con los precios referidos superiores a 130 dlares/barril, ysubiendo, existen pocas dudas de que una segunda transicin de nuevo hacia los

bioprocesos basados en biomasa ser necesaria e inevitable.Tradicionalmente se ha considerado que un segundo inconveniente, adems del referidoreducido coste del petrleo y gas natural existente en el pasado, para realizar la transicindesde los procesos petroqumicos a los bioprocesos era la difcil adaptacin de lasinfraestructuras existentes y el elevado grado de integracin de los procesos actuales. Enestas condiciones, la mayora de los productos qumicos bsicos derivados de la biomasadifcilmente competirn con los derivados del petrleo. El desarrollo del concepto debiorrefinera integrada, entendido como una infraestructura anloga a la refinerapetroqumica, ser un gran avance y permitir aumentar la competitividad de estosbioprocesos.

En lo que se refiere a la produccin de productos qumicos bsicos mediante el uso de la

biotecnologa, por la naturaleza de sta, que se centra fundamentalmente en la qumica delcarbono, la gran mayora de los compuestos inorgnicos, si no todos, podran ser excluidosde este estudio. Por tanto, los compuestos qumicos bsicos a considerar serancompuestos orgnicos, derivados preferentemente de materias primas renovables debiomasa. En la actualidad la gran mayora de los productos qumicos bsicos orgnicos seobtienen a partir de materias primas no renovables, principalmente petrleo y gas natural. Acausa de la diferente composicin qumica elemental del petrleo (contenido en oxgeno40% en base al pesoseco) (9), la gama de productos qumicos que puede ser obtenida a partir de cada una deestas materias primas diferir notablemente. Esto significa que la mayora de los productosqumicos bsicos que puedan obtenerse a partir de la biomasa no sustituirn directamente alos productos petroqumicos bsicos, sino que definirn una nueva estructura para la

industria qumica.


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Hasta ahora, el mayor esfuerzo en la utilizacin de la biomasa y la biotecnologa se hadirigido hacia la produccin de biocombustibles y con fines energticos en general. Pero labiomasa puede ser tambin utilizada, no slo para producir energa, sino tambin para

producir compuestos qumicos, al igual que el petrleo y el gas natural, de los que el 8-13%se utiliza para fabricar productos qumicos y el resto para usos energticos (combustibles).Esto significa que la cantidad de biomasa necesaria para producir productos qumicos essustancialmente menor que la requerida para producir combustibles, por lo que realmentesera ms sencillo y ms viable realizar la transicin de petroqumicos a bioproductos que latransicin energtica.

En general, los procesos biotecnolgicos de conversin desde la biomasa hasta loscompuestos qumicos constan de diversas etapas: i) generacin de biomasa; ii)pretratamiento de la biomasa (fraccionamiento de los diversos componentes); iii)sacarificacin o hidrlisis de los polisacridos a azcares fermentables; iv) bioprocesamiento(fermentacin y biocatlisis); v) separacin/purificacin de los bioproductos. De todos estasetapas indicadas, los procesos de generacin de biomasa (por ser el rea de actuacin de labiotecnologa verde), y de pretratamiento de la biomasa y separacin de los productos (portratarse ambos de procesos fsico-qumicos fundamentalmente) quedan fuera del alcance deeste estudio, que se centra en la utilizacin directa de la biotecnologa en la produccin decompuestos qumicos bsicos y agroqumicos. Es decir, el objeto del estudio se centrar enel rea del bioprocesamiento en definitiva. Sin embargo, teniendo en cuenta la importanciaque los procesos de sacarificacin tienen en el bioprocesamiento, ya que son los queproporcionan las materias primas utilizables (azcares fermentables), y que esos procesosse realizan bsicamente mediante mtodos biotecnolgicos, este rea ser igualmentetratada brevemente.

La utilizacin de la biotecnologa en la produccin de productos qumicos bsicos incluyefundamentalmente procesos de fermentacin. Son pocos los procesos biocatalticos que

pueden considerarse en este mbito. Ello se debe a que la fermentacin permite laconversin de la biomasa, principalmente en forma de azcares, mediante rutas ms omenos complejas que incluyen varios pasos catalizados por enzimas que actan de unmodo integrado y concertado. En cierto modo, podra considerarse a la fermentacin comoun proceso complejo de biocatlisis, en el que el biocatalizador es una clula viva,constituida a su vez por un nmero de biocatalizadores o enzimas. Las reaccionesbiocatalticas tradicionales, en cambio, presentan varios problemas en relacin a lafermentacin. El principal es que la mayora suelen ser reacciones nicas, con lo que latransformacin realizada es muy simple y limitada desde el punto de vista qumico. Estacaracterstica supone una fuerte limitacin a la utilizacin directa de materias primas debiomasa (azcares), ya que los productos potencialmente obtenibles son pocos y,generalmente, de escaso inters industrial como productos qumicos bsicos. Adems,muchas de las enzimas potencialmente utilizables, tales como las deshidrogenasas,requieren la utilizacin de diversos cofactores que se consumen durante la catlisis y que esnecesario regenerar, cuestin que contina siendo muy complicada y costosa en laactualidad. Esto supone en la prctica que la produccin de productos qumicos bsicosmediante procesos biocatalticos se haya limitado a conversiones sencillas de otroscompuestos qumicos, tanto de origen no renovable como renovable, y gracias a queofrecen alguna ventaja considerable frente al proceso qumico anlogo, bien en trminos dedificultad tcnica, de rendimiento o de coste.

El otro rea de inters de este estudio se centra en los pesticidas y agroqumicos. Lautilizacin de pesticidas y agroqumicos ha contribuido de un modo decisivo durante lasltimas dcadas al notable incremento logrado en la productividad de los cultivos, y no es de

esperar que en el futuro se pueda prescindir de ellos. Sin embargo, existe una acuciante


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necesidad de reducir el impacto negativo de esos productos qumicos, especialmente deaqullos que son peligrosos para los humanos y para el medio ambiente. De nuevo, en estesentido, la biotecnologa puede contribuir de un modo importante para conseguir ese fin,

mediante la produccin por ejemplo de nuevos productos de origen naturalmedioambientalmente benignos.

Muchas de las cuestiones ya comentadas sobre los los productos qumicos bsicos valentambin para los pesticidas y agroqumicos, pero en este caso habra que mencionaralgunos aspectos exclusivos de este subsector.

En relacin con los pesticidas, la gran mayora de los actualmente existentes son de origensinttico, es decir, no son de origen natural, por lo que no es posible la sustitucin de losprocesos qumicos actuales de sntesis por procesos biotecnolgicos. nicamente habraalguna posibilidad de sustitucin en la sntesis de algn precursor o intermediario requeridodurante el proceso qumico. Por otro lado, adems de los pesticidas qumicos, existen losdenominados biopesticidas, que son microorganismos que son patgenos frente a diversas

plagas, bien por invadirlos o bien por producir compuestos txicos especficos contra ellas.Algunos biopesticidas consisten en el propio microorganismo patgeno, mientras que otrosson productos derivados de ellos, tales como protenas. Estos biopesticidas microbianos,aunque no se trate realmente de productos qumicos, son productos funcionalmenteequivalentes a los pesticidas qumicos y, al contrario que stos, s que pueden ser obtenidosmediante biotecnologa, mediante fermentacin. Por lo tanto, en algunos de estos casos, losproductos de la fermentacin no sern productos qumicos sintetizados por losmicroorganismos, incluyendo a las protenas dentro de esta consideracin, sino los mismosmicroorganismos.

En el caso de los productos agroqumicos (excluyendo de este grupo los pesticidas), lainmensa mayora de los fertilizantes tradicionales son compuestos inorgnicos, por lo que la

biotecnologa tiene poco o nada que aportar en su produccin. Sin embargo, existendiversos compuestos de origen natural (algunos de ellos producidos por las propias plantas)que actan como fitohormonas o factores de crecimiento para las plantas y que s puedenser producidos por mtodos biotecnolgicos. Por otra parte, la biotecnologa puede tambinintervenir de otro modo en la mejora de los cultivos, no produciendo agroqumicos ensentido estricto (productos qumicos), sino mediante la utilizacin directa de ciertosmicroorganismos, los denominados biofertilizantes. En estos casos, de un modo anlogo alo ya mencionado sobre los biopesticidas, los productos finales seran los propiosmicroorganismos. Entre ellos se podra mencionar a determinados microorganismossimbiticos que forman la denominada rizosfera, entre los que se encuentran algunosfijadores de nitrgeno que podran permitir a las plantas utilizar directamente el nitrgenoatmosfrico como fuente de nitrgeno y reducir la necesidad de fertilizantes qumicos

nitrogenados, por ejemplo.En definitiva, este estudio se centra exclusivamente en los bioprocesos (fermentacin ybiocatlisis), es decir, en los procesos en los que interviene directamente la biotecnologa, yno en el origen biolgico de las materias primas (biomasa), aunque en ambos casos sepueda hablar con propiedad de bioproductos. As, algunos compuestos derivados de labiomasa que podran considerarse como productos qumicos bsicos, tales como el furfuralo el cido levulnico, no se van a considerar en este estudio. Ello es debido a que aunqueson bioproductos, esta caracterstica deriva nicamente de que proceden de materiasprimas de biomasa, sin que en su conversin intervengan procedimientos biotecnolgicos,sino qumicos. Por ltimo, hay que indicar que el producto final del bioproceso, en el caso delas fermentaciones, no tiene porqu ser exclusivamente un compuesto qumico (incluyendoentre stos a las enzimas y protenas en general): puede tratarse tambin de un


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microorganismo (viable o no) o una parte del mismo, y as se va a considerar en esteestudio.


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DELIMITACIN DEL ESTUDIO. OBJETIVOS

Este estudio se ha abordado en el seno del Observatorio Qumico del MITYC (Ministerio de

Industria, Turismo y Comercio) y est por tanto centrado en la problemtica de la IndustriaQumica.

La biotecnologa moderna ha sido dividida en diferentes reas atendiendo a diversoscriterios. De acuerdo a una de las clasificaciones ms extendidas, a los principales camposde aplicacin se les ha asignado un color, como un modo de expresar grficamente susintereses. As, la biotecnologa roja se refiere a aquellos temas relacionados con la salud yla medicina; la biotecnologa verde hace referencia a los aspectos centrados en laagricultura; y la biotecnologa blanca incluye las aplicaciones industriales. Dado que esteestudio se encuentra dirigido hacia el uso industrial de la biotecnologa en la fabricacin deproductos qumicos, su centro de atencin se encuadra fundamentalmente en el mbito dela biotecnologa industrial o blanca (compuestos qumicos bsicos y agroqumicos), conalguna incursin puntual dentro de la biotecnologa verde (ciertas tecnologasagroqumicas). Sin embargo, el estudio no engloba a la totalidad de las aplicaciones de labiotecnologa industrial, definida como el moderno uso y aplicacin de la biotecnologa parala produccin y procesado sostenibles de combustibles, materiales y productos qumicos(10). Quedar excluida la produccin de biocombustibles como tales, si bien, con laexcepcin de uno de los biocombustibles ms importantes, el etanol o bioetanol, quemuchas veces, por su predominante utilizacin energtica, se olvida que puede y debeconsiderarse tambin como un producto qumico bsico.

La biotecnologa es hoy en da una tecnologa en creciente uso que, sin embargo, ancontina siendo, y ms an en nuestro pas, una tecnologa emergente. Por tanto, esnecesario un estudio que, basndose exclusivamente en consideraciones cientficas, pongade relevancia qu utilidad puede proporcionar la biotecnologa blanca (y verde) a la industria

qumica, principalmente a la PYMES, qu barreras ha de superar para su uso se extienda ycmo pueden eliminarse dichas barreras. Y para demostrar esa utilidad nada mejor que unanlisis de en qu productos y procesos se est utilizando, qu nuevos productos yprocesos estn emergiendo como consecuencia de su uso y qu ventajas aporta a dichosproductos y procesos con respecto a las tecnologas convencionales actualmente en uso.

Este primer estudio (2008) se centra en una parte del sector qumico, concretamente en lossubsectores englobados bajo los cdigos CNAE 241Productos qumicos bsicos y242Pesticidas y otros productos agroqumicos, en los que se incluyen los productosdefinidos en el apartado Definiciones bsicas. Asmismo, el mbito temporal se ha limitadoa los ltimos cinco aos.

El principal objetivo de este estudio es la identificacin de los resultados de la investigacinreciente susceptibles de convertirse en productos comerciales en el sector qumico o bien deincorporar nuevos atributos que mejoren sus actuales prestaciones a los actualmenteexistentes, as como la identificacin de las barreras existentes para su implantacin. Porotra parte, se pretende analizar las tendencias existentes en I+D+i en biotecnologa y surelacin con el Sector Qumico. De todo ellos se derivarn una serie de recomendaciones:

a) Recomendaciones para facilitar la difusin entre las PYMES del Sector Qumico delconocimiento relacionado con la biotecnologa y su impacto en el desarrollo deproductos y procesos.

b) Recomendaciones para eliminar las barreras existentes para la incorporacin de labiotecnologa como una tecnologa ms a tener en cuenta dentro de la amplia baterade tecnologas actualmente empleadas de manera rutinaria por el Sector Qumico.


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c) Recomendaciones para definir la intensidad relativa de la financiacin necesaria en laI+D+i del sector con respecto a cada una de las lneas tecnolgicas emergentes y enrelacin con su potencial impacto sobre la competitividad de las empresas.

METODOLOGA

La metodologa empleada ha sido la siguiente:

a) Recopilacin documental: Se han realizado bsquedas de documentacin relevantepara los fines del estudio en tres tipos de fuentes de informacin: patentes,publicaciones cientficas e industriales relacionadas con la qumica, y noticias del sectorrelacionadas con resultados de investigacin transferibles al sector productivo. Entre lasfuentes utilizadas se incluyen Eurostat, OCDE, FEIQUE, CEP, ANAIP, WOK (Web ofKnowledge), Oficina de Patentes, Consorcio Nacional de Industriales del Caucho,revistas especializadas, pginas web especializadas, etc. Las bsquedas se hanlimitado al periodo de los cinco ltimos aos y a los subsectores de la industria qumicaenglobados bajo los cdigos CNAE 241Productos qumicos bsicos y 242Pesticidasy otros productos agroqumicos.

b) Anlisis de la informacin documental recogida, previa clasificacin: Toda la informacinrecopilada fue, en primer lugar, clasificada segn su temtica e importancia, paraseguidamente ser analizada de acuerdo a los fines perseguidos en el estudio, descritosen el apartado anterior.

c) Redaccin del informe final: A partir del anlisis de la informacin recogida se realiz elpresente informe.


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USOS ACTUALES DE LA BIOTECNOLOGA

Tecnologas

Conversin de biomasa en azcares fermentables

La gran mayora de los productos qumicos bsicos producidos hoy en da a nivel industrialmediante procedimientos biotecnolgicos se obtiene mediante fermentacin. Lafermentacin se puede considerar de un modo simplificado como un proceso biolgicomediante el cual un azcar o carbohidrato es convertido en biomasa celular y productosqumicos. Por lo tanto, la materia prima o sustrato para la realizacin de las fermentacionesson los azcares fermentables, fundamentalmente la glucosa y otras hexosas.

En la actualidad se utilizan fundamentalmente dos fuentes de azcares en los procesos defermentacin: almidn, procedente de cereales y patatas, y sacarosa, derivada de cultivosde caa de azcar y remolacha azucarera. La hidrlisis del primero genera nicamenteglucosa, mientras que la del segundo da lugar a una mezcla equimolar de glucosa yfructosa. La utilizacin de otras materias primas alternativas, entre las que destacan losmateriales lignocelulsicos, aunque ofrecen unas prometedoras posibilidades, no seencuentra todava en una fase de desarrollo lo suficientemente madura para permitir suutilizacin industrial. Por ese motivo sern tratadas en el apartado Nuevas tecnologas.

Los primeros procesos de hidrlisis del almidn se realizaban qumicamente, mediante lautilizacin de cidos y temperaturas elevadas (150-200C). Estos procedimientos, sinembargo, han sido sustituidos a partir de los aos 60 del siglo pasado por otros basados enla utilizacin de enzimas, principalmente a causa de su mayor rendimiento en glucosa. El

proceso se realiza en dos fases, denominadas licuefaccin y sacarificacin. La harina decereal obtenida tras la molienda se introduce en primer lugar en un tanque de licuefaccin,donde se mezcla con agua a alta temperatura (88C) y con la enzima -amilasa. Estaenzima ataca al almidn al azar, produciendo maltosa (dmero de glucosa) y oligmerossuperiores. Despus de la licuefaccin, la masa resultante se calienta brevemente a 110C ya continuacin se enfra a 60C, realizndose seguidamente la sacarificacin mediante laadicin de la enzima glucoamilasa. La glucoamilasa acta sobre el extremo no reductor delas molculas de maltosa y oligmeros superiores, liberando glucosa. En el almidn,adems de los enlaces (1-4), existen puntos de ramificacin unidos mediante enlaces (1-6), que no pueden ser atacados por ninguna de las dos enzimas anteriores. Sin embargo,estos enlaces pueden hidrolizarse mediante una tercera enzima, la pululanasa, queprobablemente se encuentra presente como componente minoritario en las preparacionesenzimticas comerciales. El resultado es la conversin casi completa del almidn englucosa.

Por su parte, al contrario de lo que sucede con el almidn, aunque la hidrlisis de lasacarosa puede ser tambin realizada enzimticamente mediante la enzima sacarasa oinvertasa, a efectos prcticos no es necesario realizar un proceso de hidrlisis previo a lafermentacin, ya que los microorganismos utilizados en la industria pueden utilizardirectamente la sacarosa por poseer una invertasa (extra- o intracelular) propia.


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Fermentacin

Hoy en da la inmensa mayora, tanto por nmero como por volumen de produccin, de losproductos qumicos bsicos obtenidos mediante procedimientos de biotecnologa industrial o

blanca, lo hacen por medio de fermentacin de azcares.La fermentacin es un proceso biolgico por el cual microorganismos convierten azcaressencillos en compuestos qumicos de bajo peso molecular, tales como cidos orgnicos ycompuestos neutros. Estos microorganismos, entre los que se encuentran bacterias,levaduras y hongos, son capaces de utilizar los azcares para producir la energa y loscompuestos qumicos que necesitan para vivir y reproducirse, y, al mismo tiempo, generarsubproductos como dixido de carbono, cidos orgnicos, hidrgeno, etanol y otros. Lasfermentaciones industriales se realizan en grandes depsitos de temperatura controladadenominados fermentadores. Los azcares se mezclan con agua para formar el caldo defermentacin, en el cual se ajusta la concentracin de azcares para satisfacer lasnecesidades del microorganismo. Asimismo, deben aadirse otros nutrientes, como una

fuente de nitrgeno apropiada, para posibilitar y favorecer el proceso. La fermentacincomienza cuando el caldo es inoculado con el microorganismo y transcurre paralelamente alcrecimiento de ste, finalizando cuando todos los azcares fermentables han sidoconsumidos, o cuando los productos o subproductos de la fermentacin inhiben o matan alos microorganismos. Los rendimientos de los productos de las fermentaciones en relacinal azcar inicial nunca son del 100%, ya que una fraccin ms o menos importante delazcar fermentable es utilizada por el organismo para su propio crecimiento y para sintetizarotros productos. En los casos ms favorables se han descrito rendimientos cercanos, eincluso superiores, al 90%, pero lo ms normal son rendimientos ms modestos, del ordendel 50%. Otra desventaja de las fermentaciones es que la concentracin final de losproductos en el caldo de fermentacin es relativamente baja, lo que supone una dificultadaadida durante la purificacin de los mismos. Sin embargo, la gran ventaja de los procesos

de fermentacin es que las reacciones son altamente especficas y que pueden controlarsehacia la formacin de productos qumicos de alto valor.

Biocatlisis

En lo que respecta a la temtica abordada en este estudio, que trata sobre la fabricacin de,por un lado, productos qumicos bsicos y, por otro lado, pesticidas y productosagroqumicos, la utilizacin de tecnologas de biocatlisis no est tan extendida como las defermentacin. Muy pocos compuestos considerados como productos qumicos bsicos seobtienen actualmente a nivel industrial por procedimientos de biocatlisis. Mayor es laaplicacin de esta tecnologa a nivel industrial en la sntesis de especialidades qumicas y

qumica fina, campos en los que los pesticidas y agroqumicos podran ser incluidos. Sinembargo, tampoco se encuentran muchas aplicaciones comerciales en este rea deaplicacin concreta.

La biocatlisis es la aplicacin de biocatalizadores o enzimas para la sntesis,interconversin o degradacin de productos qumicos. Los biocatalizadores se caracterizanpor su elevada especificidad y actividad, lo que implica que los procesos por elloscatalizados requieren generalmente un menor consumo de materias primas y generanmenores cantidades de subproductos y residuos que los procesos qumicoscorrespondientes. Adems, los procesos biocatalticos se suelen realizar a temperaturas ypresiones mucho ms reducidas que los procesos qumicos, necesitan un menor aporteenergtico. Todas estas propiedades hacen que, en conjunto, los procesos biocatalticospresenten grandes ventajas desde el punto de vista de la sostenibilidad.


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Entre todas estas propiedades es de destacar especialmente la elevada especificidad de lasreacciones biocatalticas, que las hace de especial inters a nivel industrial. Al contrario quelas sntesis qumicas convencionales, en las que generalmente se obtiene una mezcla de los

diferentes estereoismeros del producto, las reacciones catalizadas enzimticamenteespecficamente generan un nico ismero del producto.


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Productos

En este apartado se tratarn aquellos productos qumicos que pueden ser obtenidos

mediante procedimientos biotecnolgicos y que se encuentran en la actualidad en tal gradode desarrollo que permiten la existencia de procesos industriales completamente maduros yque resultan en productos comerciales. De acuerdo con el mbito de este estudio, sedescribirn en primer lugar los productos qumicos bsicos y, a continuacin, los pesticidas yagroqumicos.

Subsector 241: Productos qumicos bsicos

En relacin con los productos qumicos bsicos, se describirn nicamente aquellosproductos (con la excepcin de las enzimas) que cumplen los tres criterios indicados en elapartado Definiciones bsicas, esto es, elevado volumen de produccin, coste reducido yprincipal utilidad como base o intermediarios para la produccin de otros compuestosqumicos y polmeros. Esto significa, por ejemplo, que el cido ctrico, uno de los principalesproductos por volumen de produccin obtenidos por fermentacin ser excluido de esteestudio, ya que se utiliza fundamentalmente sin modificacin alguna, bien por suspropiedades acidulantes (industria alimentaria) o quelantes, sin que se conozcan usosrelevantes como precursor de otros compuestos qumicos o polmeros.

Etanol

En los ltimos aos se ha vivido un gran incremento en la producin mundial de etanolmediante fermentacin. La principal causa de ello ha sido el fuerte impulso que desde losgobiernos e instituciones internacionales se ha dado a la utilizacin de biocombustibles,

entre ellos el etanol (o bioetanol), para reducir, por un lado, la dependencia con respecto alpetrleo y, por otro lado, para combatir el calentamiento global causado por los gases deefecto invernadero emitidos por la combustin de los combustibles fsiles. Estasobresaturacin relativa a los biocombustibles, entre los que el etanol es uno de losprincipales exponentes, ha enmascarado en gran medida otros usos de este alcohol, que lostiene y algunos tan importantes como el de ser un producto qumico bsico que puede serutilizado como punto de partida para la obtencin de una gran variedad de productosqumicos derivados. De hecho, ya en los aos 70 del siglo pasado, el etanol se utilizabacomo compuesto qumico bsico en la industria qumica orgnica para la sntesis decompuestos como el etileno y el acetaldehdo, procesos que fueron sustituidos por otrosms econmicos a partir del petrleo.

Desde la antigedad la humanidad ha venido produciendo etanol mediante fermentacin enla preparacin de bebidas alcohlicas. A lo largo de milenios el proceso se ha ido mejorandohasta llegar a la actualidad, momento en el que la mayora de la produccin mundial etanolse obtiene mediante fermentacin. La produccin mundial de etanol en el ao 2003 ha sidoestimada en 40.000 millones de litros (31,5 millones de toneladas), de los que ms del 95%ha sido obtenido por fermentacin.

Usos. Entre las variadas aplicaciones del etanol se incluyen su uso como disolvente,germicida y desinfectante, bebidas alcohlicas, agente conservante, anticongelante,depresivo, intermediario para la sntesis de otros productos qumicos, y combustible y aditivopara combustibles. Por sectores industriales, el 10% de la produccin mundial se utiliza enla industria alimentaria, el 21% en la industria qumica como producto qumico bsico y

disolvente, y el 69% en usos energticos como combustible. Como se puede apreciar lamayora del etanol se dedica a la generacin de energa mediante combustin, uso al que


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se debe el despegue de su produccin en las ltimas dcadas, hecho favorecido por laspolticas energticas impulsadas desde los gobiernos e instituciones internacionales.

El uso industrial del etanol es el nico segmento en el que el etanol producido por

fermentacin comparte parte del mercado con el etanol sintetizado a partir de recursosfsiles (etanol de sntesis).

Compuestos qumicos derivados.El etanol puede ser convertido en una amplia gama deproductos qumicos orgnicos mediante diversas reacciones qumicas conocidas yestablecidas. Entre los principales productos qumicos derivados se encuentran: etileno, etiltert-butil ter (ETBE), steres de etilo (acetato, lactato, acrilato), teres de etilo, etilamina,acetaldehdo, cido actico, anhdrido actico, butanodiol, butanol, butadieno.

Posiblemente el derivado ms interesante sea el etileno, que en la actualidad es el principalproducto qumico bsico por volumen de produccin. El etileno se utiliza a su vez en lafabricacin a gran escala de diversos productos, tales como el polmero polietileno y otrosproductos qumicos bsicos, entre los que se incluyen dicloruro de etileno, xido de etileno,etilnglicol y cloruro de vinilo. Aunque la sntesis de etileno a partir del etanol estcnicamente posible y, de hecho, en la dcada de los 70 del siglo pasado as se haca,actualmente la totalidad del etileno se obtiene de materias primas fsiles porque sus costesson comparativamente mucho ms bajos. Sin embargo, con la creciente escalada de losprecios del petrleo la situacin est cambiando y puede llegar a replantearse su produccina partir de bioetanol. La conversin de etanol en etileno se realiza mediante una reaccin dedeshidratacin a alta temperatura (300-600C) en presencia de un catalizador heterogneo(almina, arcillas activadas, zeolitas).

El ETBE, por su parte, se utiliza como aditivo para combustibles (antidetonante), y sesintetiza a partir de etanol e isobuteno. Compite en cuanto a su aplicacin con suequivalente metanol-derivado metil tert-butil ter (MTBE). Los steres de etilo se utilizan

frecuentemente como disolventes y entre ellos destacan los obtenidos por esterificacin deletanol con cidos orgnicos de origen biotecnolgico (acetato, lactato), constituyendo lo queen ciertas ocasiones se denomina disolventes verdes. El acetaldehdo se puede obtenermediante deshidrogenacin u oxidacin cataltica del etanol, y sirve de base a su vez para laobtencin de varios compuestos C4 (butanodiol, butanol, butadieno) derivados de sureaccin de condensacin aldlica, y de cido actico mediante oxidacin.

Potencial de sustitucin.Aparte de la evidente sustitucin del etanol de sntesis por elqumicamente idntico bioetanol, ste puede sustituir tambin a otros compuestos qumicosbsicos petroqumicos. Esta sustitucin no sera por poseer una funcionalidad qumicaequivalente, que no la posee, sino por poder obtenerse tales productos a partir del etanol y,as, sustituir realmente el origen de los productos (de no renovable a renovable). El mayor

potencial de sustitucin se encontrara, por tanto, con relacin al etileno y sus derivados, elMTBE, los diferentes disolventes (steres), acetaldehdo y cido actico y sus derivados.

Obtencin biotecnolgica. La produccin actual de etanol se basa en la fermentacin agran escala de carbohidratos derivados de materias primas de biomasa, fundamentalmenteazcar de caa y de remolacha (sacarosa) y de almidn de maz, por la levaduraSaccharomyces cerevisiae. Este modo de produccin se ha ido mejorando gradualmentedurante dcadas y en la actualidad puede ser considerado como tcnicamente maduro. Ellono obsta para que todava haya puntos susceptibles de mejora, que conduzcan a futurasreducciones de los costes de produccin. En este sentido, hay que mencionar que el costede las materias primas suponen el 70-80% de los costes totales de produccin.Posiblemente el principal punto en el que habr que incidir para lograr futuras reduccionesde los costes de produccin debern venir de la utilizacin de residuos agrcolas delignocelulosa, punto que es tratado en mayor detalle en el apartado de Tendencias


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tecnolgicas emergentes. (El tratamiento individualizado de esta cuestin se debe a queno slo afecta a la produccin de etanol, sino a todos los procesos de fermentacin deazcares por igual). Con los costes actuales de materias primas y de proceso, para que el

proceso sea viable comercialmente el rendimiento de etanol con respecto a la cantidad deazcar fermentable utilizada debe alcanzar un valor del 90-95% del mximo terico, yproductividades de al menos 1 g de etanol/L/h.

Se conocen un gran nmero de microorganismos (bacterias, levaduras y hongos) capacesde fermentar carbohidratos a etanol en condiciones de ausencia de oxgeno. De entre todosellos, la levadura S. cerevisiaees el que se emplea en la inmensa mayora de los procesosindustriales por sus elevados rendimientos y productividades de etanol, y por su toleranciafrente al alcohol. Otros microorganismos pueden presentar algunas propiedades similares alos de la levadura, pero generalmente tienen el inconveniente de que producensimultneamente otros compuestos qumicos y subproductos que dificultan su uso industrial.

La fermentacin transcurre en anaerobiosis desde la glucosa (u otro azcar fermentable)

hasta el cido pirvico a travs de la glucolisis o glicolisis (ruta de Embden-Meyerhof-Parnas). El cido pirvico formado es, a continuacin, descarboxilado a acetaldehdo por laenzima piruvato descarboxilasa, y ste es reducido finalmente a etanol por la alcoholdeshidrogenasa.

Ruta metablica

Balance global

Figura 1.Esquema global simplificado de la ruta metablica de sntesis de etanol.

La reaccin global supone la conversin neta de una molcula de glucosa en dos de CO2ydos de etanol. Por tanto, el 51% en peso de la glucosa podra convertirse en etanol. stesera el mximo terico. Pero no toda la glucosa puede ser convertida en etanol, ya que una

parte de ella se destina a la formacin de diferentes componentes celulares (biomasa) y

Glucosa (C6H12O6) 2 Etanol (CH3CH2OH) + 2 CO2Glucosa (C6H12O6) 2 Etanol (CH3CH2OH) + 2 CO2

Glucosa(carbohidratos)

Piruvato

Acetaldehdo

Etanol

Glicolisis

Piruvatodescarboxilasa

Alcoholdeshidrogenasa

CO2


Piruvato

Acetaldehdo

Etanol

Glicolisis

Piruvatodescarboxilasa

Alcoholdeshidrogenasa

CO2


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otros compuestos bioqumicos (glicerol, por ejemplo). Ello supone que en condicionesptimas de fermentacin, durante la fase de crecimiento activo, el rendimiento mximo deetanol con respecto a la glucosa consumida se aproxima al 86% del mximo terico.

Cuando el crecimiento se detiene este valor puede subir hasta el 90-95%, pero la toxicidaddel etanol acumulado impide que se incremente an ms (la levadura tolera concentracionesde etanol de hasta el 12-15%).

En procesos de fermentacin industrial de etanol han sido referidas concentraciones finalesde alcohol de hasta 100 g/L, con rendimientos con respecto al azcar consumido de hasta el92% y productividades de 2,2 g/L/h utilizando almidn de maz y 4-8 g/L/h utilizando azcarde caa.Referencias:4, 6, 7, 11.

cido lct ico

El cido lctico (cido 2-hidroxipropinico) es el cido hidroxicarboxlico ms simple quecontiene un tomo de carbono asimtrico. Desde el punto de vista de la biotecnologa, elcido lctico puede ser producido mediante fermentacin anaerbica de carbohidratosllevada a cabo por microorganismos, tales como ciertas bacterias y hongos. Al contrario delo que ocurre con el cido lctico producido de un modo qumico-sinttico, que se presentacomo una mezcla racmica pticamente inactiva, el producido por fermentacin estconstituido generalmente por uno slo de los ismeros pticos (L(+) o D()).

En el ao 2002, la produccin mundial de cido lctico alcanz del orden de 120.000-150.000 toneladas, a lo que habra que sumar otras 50.000-80.000 toneladas de sales ysteres de cido lctico.

Usos.Al igual que el etanol, el cido lctico tiene tambin tras de si una larga historia deuso en el campo alimentario. De hecho, sus principales usos continan hoy en daasociados con la industria alimentaria (cerca del 50% del total), donde se utiliza como aditivoacidulante, aromatizante y tamponante del pH, as como inhibidor del deterioro causado porotras bacterias en alimentos preparados. Otros usos del cido lctico se encuentran en lasindustrias qumica, farmacutica y cosmtica. Dentro de sus aplicaciones como productoqumico bsico la principal es su utilizacin como monmero en la fabricacin del polmerobiodegradable poli[cido lctico] (PLA). Las propiedades de este polmero son comparablesa las de otros polmeros convencionales derivados de materias primas fsiles, y se utiliza enlas industrias textil y de envases. Otra interesante utilidad del cido lctico se encuentra enla fabricacin de disolventes verdes, en forma de derivados tipo ster (lactato de etilo).

Compuestos qumicos derivados.Por su volumen de produccin, el principal derivado del

cido lctico es el polmero biodegradable PLA, que es sintetizado mediante un proceso depolimerizacin por apertura de anillo del dmero del cido (denominado lactida). Un segundoderivado de importancia creciente es el lactato de etilo, que posee unas excelentespropiedades como disolvente. Se sintetiza mediante esterificacin del cido o de su dmero(lactida) con etanol y, dado el origen biolgico de sus dos precursores, su carcterbiodegradable y su reducida toxicidad, se le suele encuadrar dentro del apelativo dedisolvente verde. Finalmente habra otros dos derivados de especial inters: el cidoacrlico y el propilnglicol. El cido acrlico se puede obtener mediante deshidratacincataltica del cido lctico, y el propilnglicol a travs de una reaccin de hidrogenacin delderivado esterificado del cido.

Potencial de sustitucin.El principal inters del cido lctico viene de su utilizacin en la

sntesis del polmero biodegradable PLA, que por sus propiedades es un buen sustituto endeterminadas aplicaciones de los polmeros poli[etiln tereftalato] (PET), poliestireno (PS) u


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polipropileno (PP), obtenidos a partir de recursos fsiles. Tambin hay que mencionar elgran potencial de sustitucin del lactato de etilo hacia numerosos disolventes derivados delpetrleo, incluyendo la mayora de los disolventes halogenados, metiletilcetona y tolueno. En

cuanto a la sustitucin de cido acrlico y propilnglicol obtenidos de materias primas fsilespor sus equivalentes derivados del cido lctico, indicar que se trata de una posibilidadinteresante, pero que an necesita de un desarrollo ms importante para mejorar losprocesos de conversin.

Obtencin biotecnolgica.Prcticamente la produccin mundial completa de cido lcticoa escala industrial se realiza en la actualidad por fermentacin. El xito de la aproximacinbiotecnolgica se ha debido a los menores costes de produccin, a la pureza ptica delcido lctico producido y a la creciente demanda del mercado hacia este tipo de producto deorigen biolgico.

El proceso microbiano de sntesis de cido lctico se denomina fermentacin cido lctica yes realizado principalmente por un grupo de bacterias denominado conjuntamente bacterias

cido lcticas, que incluye especies de los gneros Lactobacillus, Leuconostoc,Pediococcus, Lactococcus y Streptococcus. Una especie de hongo, Rhizopus oryzae, hasido tambin descrita como un gran productor de cido lctico.

Existen dos tipos de fermentacin cido lctica: homolctica y heterolctica. La fermentacinhomolctica produce predominantemente cido lctico, mientras que la fermentacinheterolctica produce, adems de este compuesto, tambin grandes cantidades de otrosproductos, tales como cido actico, etanol, cido frmico y dixido de carbono. El que seproduzca un tipo u otro de fermentacin viene determinado por diferentes factores, entre losque se incluyen el microorganismo seleccionado y las condiciones de cultivo (pH, presenciade O2, nutrientes...).

El cido lctico es producido en condiciones de limitacin de oxgeno a partir del cido

pirvico generado durante el metabolismo de los carbohidratos mediante reaccin catalizadapor la enzima lactato deshidrogenasa (figura 2).

Ruta metablica

Balance global

Figura 2.Esquema global simplificado de la ruta metablica de sntesis de cido lctico.


Piruvato

cido lctico

Glicolisis

Lactatodeshidrogenasa


Piruvato

cido lctico

Glicolisis

Lactatodeshidrogenasa

Glucosa (C6H12O6) 2 cido lctico (CH3CHOHCOOH)Glucosa (C6H12O6) 2 cido lctico (CH3CHOHCOOH)


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Los sustratos que pueden se utilizados para la fermentacin a cido lctico incluyen lashexosas (fundamentalmente la glucosa) y todas aquellas materias primas que pueden serfcilmente convertidas en ellas, tales como almidones, azcares, melazas, jugos de

remolacha azucarera, licores de sulfito y lactosuero. En el futuro se espera que losmateriales lignocelulsicos sean tambin sustratos apropiados, cuando se hayan superadolas barreras tcnicas actuales referentes a su hidrlisis a azcares fermentables.

La produccin industrial del cido lctico se lleva a cabo en fermentaciones anaerobias deLactobacillus delbruckii o L. bulgaricus, ambas bacterias homofermentadoras, llevadas acabo a 45-60 C y pH 5-6, durante 4-6 das y con rendimientos de hasta un 90% respecto alos azcares fermentables. Se emplean fuentes de nitrgeno complejas y suplementadascon vitaminas, en glucosa o sacarosa como fuente de carbono (o lactosa procedente desueros de leche).

Se han alcanzado concentraciones de cido lctico en fermentaciones industriales de hasta160-180 g/L, con rendimientos superiores al 90% con respecto a los azcares fermentables.

Se dispone de cepas productoras con productividades superiores a 5 g/L/h. Los valores mselevados descritos en la literatura son de 771 g/L para la concentracin de cido lctico,conseguido mediante extraccin continua del cido durante la fermentacin, y de 52-144g/L/h para la productividad, logrado mediante recliclado de las clulas.

Referencias:4, 7, 12, 13, 14.

1,3-Propanodiol

El 1,3-propanodiol (1,3-PDO, 3G, 1,3-propiln glicol, trimetiln glicol) es un glicol alifticolineal, ismero del propiln glicol, con dos grupos hidroxilo primarios de reactividadequivalente. El 1,3-PDO es un compuesto de gran inters para la industria qumica, de baja

toxicidad y de mltiples aplicaciones. Hasta fechas recientes su volumen de produccin noha sido muy importante, lo que ha implicado que su coste fuera elevado y, por tanto, su usocomercial restringido. Sin embargo, esto ha cambiado en los ltimos aos, con laintroduccin de nuevos procesos de produccin de 1,3-PDO ms eficientes y rentables.

Usos. Como diol que es, el 1,3-PDO se utiliza, al igual que otros dioles de bajo pesomolecular (etiln glicol, 1,4-butanodiol), en la fabricacin de plsticos de tipo polister.Adems de sta, entre las aplicaciones del 1,3-PDO se incluyen tambin su participacin encomposites, adhesivos, laminados, revestimientos, disolventes, anticongelantes,estabilizador de detergentes, agente humectante en cosmtica y otros. De todas esasaplicaciones, la ms exitosa y de mayor volumen es su uso como co-monmero junto con elcido tereftlico o el dimetil tereftalato (DMT) en la fabricacin del polmero poli[trimetiln

tereftalato] (PTT), cuya mayor utilidad es la fabricacin de productos textiles, principalmentealfombras. Los dos principales productores mundiales de PTT son Shell y DuPont, quecomercializan sus productos bajo las denominaciones de Corterra y Sorona,respectivamente. Ambos utilizan procesos muy diferentes para la produccin de 1,3-PDO.Mientras que Shell lo produce a partir de materias primas fsiles (no renovables) medianteprocedimientos qumicos, DuPont utiliza procesos biotecnolgicos de produccin mediantefermentacin de materias primas renovables (almidn de maz).

Compuestos qumicos derivados.La principal aplicacin del 1,3-PDO se encuentra en lafabricacin de polmeros, en los que mayoritariamente se utiliza tal cual, sin modificacinqumica previa. Ello significa que sus derivados no presentan en la actualidad un graninters industrial. Entre ellos se podra citar, no obstante, a cido malnico, 1,3-dioxanos,

1,3-propanodiol dinitrato, 1,3-diaminopropano, entre otros.


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Potencial de sustitucin. El principal potencial de sustitucin de 1,3-PDO lo ofrece suaplicacin mayoritaria, la fabricacin del polmero PTT, que puede sustituir exitosamente alos polmero poli[etiln tereftalato] (PET) y nylon. En el caso del PET la sustitucin sera, por

tanto, del etilnglicol al 1,3-PDO. Tambin puede intervenir en la sntesis de otros polmeros,aunque en estos casos se considera que su potencial de sustitucin no es tan importante.

Obtencin biotecnolgica. Se conocen varias especies bacterianas capaces de producir1,3-PDO de un modo natural, entre las que se incluyen Lactobacillus brevis, Lactobacillusbuchnerii, Bacillus welchii, Citrobacter freundii, Klebsiella pneumoniae, Clostridiumpasteurianum, Clostridium butyricum, Clostridium acetobutylicum y Enterobacteragglomerans. Todas ellas producen el 1,3-PDO mediante fermentacin de glicerol comofuente de carbono y energa. No se conoce ningn microorganismo que de un modo naturalsea capaz de fermentar directamente los azcares a 1,3-PDO. Hay microorganismos quepueden fermentar el glicerol a 1,3-PDO, y otros que pueden producir glicerol a partir deazcar, pero ninguno que sea capaz de realizar todo el proceso completo.

La produccin fermentativa de 1,3-PDO a partir de glicerol es un proceso anaerbico dedismutacin que incluye dos rutas metablicas. La primera es la canalizacin del glicerol a laglicolisis mediante su deshidrogenacin a dihidroxiacetona fosfato. Paralelamente, pararegenerar el NAD+consumido en la ruta anterior, otra parte del glicerol es dirigido hacia laformacin de 1,3-PDO en dos pasos. El primero es la deshidratacin del glicerol a 3-hidroxipropionaldehdo, reaccin catalizada por la enzima glicerol deshidratasa, de la que,dependiendo de la especie bacteriana, se conocen dos variedades, una dependiente y otraindependiente de vitamina B12. El segundo paso es la reduccin del 3-hidroxipropionaldehdo a 1,3-PDO, que es catalizada por la enzima NADH-dependiente 1,3-PDO deshidrogenasa.

Desde el inicio, por tanto, los intentos de producir 1,3-PDO mediante fermentacin se

encontraron con el grave inconveniente de no poder utilizar directamente los sustratoseconmicamente ms favorables (azcares) en un proceso simple de fermentacin llevada acabo por un microorganismo individual productor natural de 1,3-PDO. A la vista de estasituacin se plantearon dos alternativas.

Una de ellas consista en la realizacin de una fermentacin en dos etapas (sucesivas o concultivos mixtos), la primera de fermentacin de glucosa a glicerol realizada por una levaduracomo Pichia farinosao Saccharomyces cerevisae, y la segunda de fermentacin del glicerolproducido en la primera etapa a 1,3-PDO por la bacteria Klebsiella pneumoniae.

La segunda alternativa consisti en la construccin, mediante tcnicas de ingenierametablica, de un microorganismo recombinante conteniendo la ruta metablica completadesde la glucosa al 1,3-PDO. Desde 1995 la empresa DuPont, en colaboracin con

Genencor y Tate & Lyle, est desarrollando un microorganismo recombinante y un procesode fermentacin para la produccin biotecnolgica de 1,3-PDO (Bio-PDO) a partir deglucosa procedente de almidn de maz. El proceso se encuentra en un avanzado estado dedesarrollo e incluso en fase de produccin. La cepa productora est basada en la bacteriaEscherichia coli, que ha sido sustancialmente modificada genticamente para producir 1,3-PDO a partir de glucosa, para lo que se le ha introducido una nueva ruta metablica. Estaruta metablica incluye genes de la levadura Saccharomyces cerevisiae y de la bacteriaKlebsiella pneumoniae, adems de otros genes de la propia bacteria husped. Adems, sehan eliminado genes correspondientes a otras reacciones competidoras no productivas, seha mejorado el sistema de transporte de glucosa por la bacteria, y se ha modulado laexpresin de otros genes ajenos a la ruta de produccin de 1,3-PDO. Partiendo de laglucosa, a travs de la glicolisis se llega a a la dihidroxiacetona-fosfato que, en una reaccin

catalizada por la enzima glicerol deshidrogenasa, es reducida a glicerol-3-fosfato. ste, a


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continuacin, es desfosforilado a glicerol por la glicerol fosfatasa, y el glicerol as formadocontina por la ruta ya descrita anteriormente hasta 1,3-PDO.

El rendimiento terico mximo es, por tanto, de dos moles de 1,3-PDO por mol de glucosa

consumido (0,84 g/g). Sin embargo, como el 1,3-PDO se encuentra ms reducido que laglucosa, es necesario que algn otro compuesto sea oxidado para compensar el balanceelectrnico global. Si se asume que el subproducto oxidado es el CO2 procedente delmetabolismo de la glucosa, entonces el rendimiento mximo terico real es de 1,5 moles de1,3-PDO por mol de glucosa consumido (0,63 g/g).

Como resultado de toda la investigacin realizada se ha logrado finalmente unmicroorganismo recombinante capaz de producir hasta 135 g/L de 1,3-PDO, con unaproductividad de 3.5 g/L/h y un rendimiento del 51% en relacin a la glucosa consumida(81% del rendimiento terico mximo).

Ruta metablica

Balance global

Figura 3.Esquema global simplificado de la ruta metablica de sntesis de 1,3-propanodiol.

Como se ha indicado anteriormente, las estrategias arriba descritas se basaban en que losprecios de las materias primas eran significativamente ms competitivos en el caso de losazcares que en el del glicerol. Sin embargo, con la creciente disponibilidad de glicerol como

resultado del desarrollo de la industria del biodiesel, y la consiguiente bajada de sus precios,

Glicolisis

Glicerol-3-Pifosfatasa

Gliceroldeshidrogenasa

Pi

Glucosa

Dihidroxiacetona-Pi

Glicerol-3-Pi

1,3-Propanodiol

Glicerol


Gliceroldeshidratasa

1,3-Propanodioldeshidrogenasa

Productores naturales

Productores recombinantes

Glicolisis



Pi

Glucosa

Dihidroxiacetona-Pi

Glicerol-3-Pi

1,3-Propanodiol

Glicerol




Glicolisis



Pi

Glucosa

Dihidroxiacetona-Pi

Glicerol-3-Pi

1,3-Propanodiol

Glicerol




Productores naturales

Productores recombinantes

Glucosa (C6H12O6) + 4 NADH + 4 H+ 2 1,3-PDO (CH2OHCH2CH2OH) + 4 NAD

+ + 2 H2OGlucosa (C6H12O6) + 4 NADH + 4 H+ 2 1,3-PDO (CH2OHCH2CH2OH) + 4 NAD

+ + 2 H2O


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la premisa inicial es cada vez menos cierta, y la utilizacin del glicerol como materia primaes cada vez ms competitiva con respecto al azcar. Debido a ello el estudio de procesosde fermentacin de glicerol a 1,3-PDO se contempla con inters creciente, como una

alternativa cada vez ms atractiva desde el punto de vista industrial.Entre los productores naturales de 1,3-PDO a partir de glicerol, la mayor atencin se hadedicado a C. freundii, K. pneumoniaey C. butyricumpor sus mayores tolerancia al sustrato,rendimiento y productividad. En los casos ms favorables descritos en la literatura se hanalcanzado concentraciones de 1,3-PDO de hasta 80-85 g/L, con productividades de 3 g/L/hy rendimientos del 55% con respecto al glicerol consumido.

Referencias:4, 7, 15, 16.

cido i tacnico

El cido itacnico (cido 2-metilenbutanodioico) es un cido dicarboxlico de cinco tomosde carbono tambin conocido como cido metilensuccnico. Presenta el potencial de serutilizado como producto qumico bsico para la sntesis de otros compuesto qumicos ypolmeros.

El uso del cido itacnico, a pesar de sus enormes posibilidades como compuesto qumicobsico, se ha visto limitado por sus elevados costes de produccin a partir del petrleo. Suproduccin mediante fermentacin, que es el proceso industrialmente establecido, presentaun coste menor, pero el volumen de produccin no es todava lo suficientemente elevadocomo para permitir que se expanda su uso. En el ao 2000 su volumen de mercado se haestimado en alrededor de 15.000 toneladas. Por tanto, cualquier incremento notable en suutilizacin debe pasar necesariamente por una mayor reduccin de los costes de producciny por unos niveles muy superiores de capacidad de produccin.

Usos.El cido itacnico se utiliza principalmente en la industria qumica como monmero enla sntesis de copolmeros con cido acrlico y en sistemas de estireno-butadieno, dondeinterviene en niveles del 1-5%. Otras aplicaciones incluyen su participacin comoingrediente en la fabricacin de fibras sintticas, revestimientos, adhesivos y espesantes.

Compuestos qumicos derivados.La qumica bsica del cido itacnico es similar a la delcompuesto petroqumico cido maleico (y su anhidrido), por lo que de l pueden derivarsemediante reacciones de hidrogenacin/reduccin compuestos tales como 2-metil-1,4-butanodiol, 3-metil tetrahidrofurano, 3- y 4-gamma-butirolactona y 2-metil-1,4-butanodiamina. Tambin puede convertirse en derivados tipo pirrolidona.

Potencial de sustitucin. Como compuesto de funcionalidad anloga al cido/anhidrido

maleico, su principal potencial de sustitucin se refiere a este compuesto y a sus derivados,fundamentalmente como componente de polmeros y copolmeros equivalentes. Por suestructura qumica, el cido itacnico puede considerarse como un cido acrlico ometacrlico -sustituido, por lo que tambin se considera que puede competir con el metilmetacrilato y otros acrilatos, as como en el campo de los adhesivos sensibles a la presin.

Obtencin biotecnolgica.La produccin industrial de cido itacnico se realiza mediantefermentacin llevada a cabo por el hongo Aspergillus terreus, en un proceso similar alempleado para el cido ctrico. Aunque ambos procesos son similares, como es de esperarpara un subproducto del ciclo del cido ctrico (TCA), presentan una diferencia significativa:la tolerancia del microorganismo productor hacia el producto es menor en el caso del cidoitacnico, lo que requiere la continua neutralizacin del medio para obtener concentraciones

de cido elevadas.


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Hasta la fecha, muy poca investigacin se ha dirigido hacia la mejora de la produccin decido itacnico. De hecho, uno de los procesos ms eficientes fue patentado en los aos 60del siglo pasado, el cual se realizaba mediante fermentacin del azcar presente en

tendencias en el uso de biotecnologia espaÑa

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