Fundamentos de Biotecnología Industrial y Procesos de Fermentación

Asepsia, Desinfección y Esterilización

La asepsia consiste en prevenir o evitar la contaminación, manteniendo todo el proceso bajo control mediante agentes físicos. Entre estos destacan la temperatura (pasteurización, calor húmedo o autoclave y calor seco), el uso de filtros (de profundidad, membrana o nucleoporos) y las radiaciones (ionizantes o no ionizantes). Por otro lado, la desinfección y esterilización buscan descontaminar a largo plazo; este es un proceso prefermentativo que se aplica a los elementos que entrarán en contacto con el medio de cultivo.

Usos Industriales de Candida

El género Candida presenta diversas aplicaciones en la industria, tales como:

• Producción de proteínas celulares.
• Fabricación de saborizantes.
• Producción de bioetanol, acetona y xilitol.
• Obtención de uricasa.
• Tratamiento de aguas residuales.

Características Deseables en Biotecnología

Para que un microorganismo sea útil en procesos biotecnológicos, debe cumplir con ciertos requisitos:

• Rápida absorción de nutrientes y crecimiento acelerado a gran escala.
• Alta tasa metabólica y fácil adaptación.
• Manejo y manipulación sencilla de sus características.
• Alta productividad y facilidad para purificar la sustancia de interés.
• Crecimiento en cultivo axénico, definido, no contaminable y de bajo costo.
• Inóculos con larga viabilidad y fácil producción.
• Estabilidad genética y seguridad para el ser humano y el medio ambiente.

Generalidades Útiles en Biotecnología

Existe una gran versatilidad en los procesos biotecnológicos, destacando:

• Variedad de rutas metabólicas para obtener un mismo producto.
• Variedad de sustratos para dar el mismo producto.
• Variedad de organismos para el mismo producto.
• Variedad de productos obtenidos del mismo sustrato.

La Cerveza: Definición y Componentes

La cerveza es una bebida resultante de la fermentación alcohólica, mediante levadura seleccionada, de un mosto procedente de malta de cebada (sola o mezclada con otros amiláceos transformables en azúcares por digestión enzimática), al que se le añade lúpulo y derivados, sometiéndose a un proceso de cocción.

La Malta y el Mosto

• Malta: Granos de cebada sometidos a germinación, desecación y tostado en condiciones adecuadas.
• Mosto de malta: Líquido obtenido por el tratamiento de maltas y otras materias amiláceas con agua potable para extraer principios solubles.

Composición de la Cebada y el Lúpulo

• Cebada: Es una gramínea formada por almidón, proteína, celulosa, sales minerales y grasas.
• Lúpulo: Aporta resinas (que dan el sabor amargo), aceites (que aportan el aroma) y polifenoles (que contribuyen al color).

Configuración del Biorreactor

Los biorreactores pueden operar en distintas fases:

• Fase líquida: Donde los organismos se encuentran sumergidos en el líquido.
• Fase sólida: Donde se encuentran las bacterias; el medio de cultivo se introduce a presión por la parte inferior y sale por la superior.

Sistemas de Control y Mezclado

• Mezclado mecánico: Utiliza un eje con aspas y un motor.
• Aireación: Puede ser neumática o mecánica, utilizando aire a presión mediante un difusor que genera burbujas.
• Control de temperatura: Se realiza mediante una camisa externa, serpentín o cambiador externo.

Hitos en la Historia de la Biotecnología

• 1910-1915: Morgan acuña conceptos clave, aunque el término biotecnología es usado por primera vez en 1919 por el húngaro Karl Ereky.
• Años 70: Se populariza el término y nace la ingeniería genética; se construye la primera molécula de ADN recombinante, se utilizan plásmidos en E. coli y se sintetiza la insulina.
• Primera Guerra Mundial: Se consigue producir glicerol a partir de Saccharomyces en lugar de etanol.
• 1920-1950: Producción industrial de antibióticos.

El Diacetilo en Saccharomyces cerevisiae

El diacetilo es una sustancia asociada al sabor de la mantequilla. Durante el crecimiento bacteriano, se produce diacetilo porque se genera alfa-acetolactato para obtener valina, necesaria en la mitocondria. A partir del alfa-acetolactato se produce el diacetilo que aporta ese sabor característico en la cerveza. Se puede eliminar mediante bajas temperaturas o con la enzima maturex, que lo transforma en acetoína, la cual tiene un sabor menos desagradable.

Proceso de Elaboración de la Cerveza

1. Malteado: Incluye limpieza, remojo (2-3 días para aumentar la humedad y permitir la germinación), germinación, secado y tostado (se detiene la germinación eliminando humedad con calor).
2. Obtención del mosto dulce y lupulizado: Tras el malteado, se realiza la molienda para romper el grano y obtener una harina que se mezcla con agua (empastado), se macera y se somete a cocción.
3. Fermentación: Tras la cocción y el filtrado, se procede a la fermentación. En las cervezas tipo Ale se realiza a altas temperaturas, mientras que en las tipo Lager es a bajas temperaturas.
4. Maduración y envasado: Proceso necesario para que la llamada "cerveza verde" madure antes de su comercialización.

Bienes Producidos por Microorganismos

Existen múltiples productos derivados de la actividad microbiana:

• Cerveza, whisky, pan y vino.
• Insulina y antibióticos semisintéticos.
• Productos sin lactosa (mediante la enzima lactasa microbiana).
• Detergentes (que utilizan proteasas, lipasas, amilasas y celulasas).

Producción de Vinagre

El vinagre se obtiene mediante un proceso aerobio donde bacterias Gram negativas como Acetobacter o Gluconobacter transforman el etanol (C₂H₅OH) y oxígeno (O₂) en ácido acético (CH₃COOH) y agua, proceso en el cual participan dos deshidrogenasas.