Bioprocesos Fermentaciones Industriales

UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO
Facultad de Química
Químico
Materia: Bioprocesos: Fermentaciones Industriales
Clave: BIO-32016
Hora-semana-semestre: 4
Prerrequisitos:BIO-32011 (2), BIO-32012 (2)
Créditos: 8
Objetivo (s):
Proporcionar al estudiante la información suficiente para que conozca los desarrollos
tecnológicos actuales y pueda tanto analizar como evaluar algunos de los problemas de
mayor importancia en la biosíntesis de metabolitos a escala industrial, dentro del marco del
desarrollo biotecnológico mundial.
Temas Generales:
TEMA I. INTRODUCCIÓN A LA BIOTECNOLOGÍA
1. Antecedentes e importancia de la Biotecnología
2. Relación de la Biotecnología con otras áreas
3. Desarrollo de la Biotecnología en México.
TEMA II.- HORIZONTES DE LA BIOTECNOLOGÍA.
1. Terapéutica Humana
2. Agricultura
3. Tratamiento de desechos
4. Visiones del futuro
TEMA III. MICROORGANISMOS DE IMPORTANCIA INDUSTRIAL.
1. Métodos de aislamiento y selección de cepas
2. Criterios generales de selección
• Selección primaria
• Selección secundaria.
3. Mantenimiento de cepas
• Métodos de almacenamiento
TEMA IV. OBTENCIÓN E IDENTIFICACIÓN DE MUTANTES DE INTERÉS
INDUSTRIAL
1. Clasificación de las mutaciones
• Macrolesiones y microlesiones
• Mutantes auxotróficas
• Mutantes Oc.
• Mutantes ITEMA V. COORDINACIÓN DEL METABOLISMO
1. Sistemas constitutivos
2. Sistemas desreprimibles
3. Curvas diaúxicas
4. Represión catabólica
5. Regulación metabólica por producto final
•
•
•
•
Retrorepresión
Retroinhibición
a.- Isoenzimas
b.- Acumulativa
c.- Concertada
Mutantes sobreproductoras de metabolitos
Cepas mejoradas por Ingeniería genética.
6. Caso de estudio: Sobreproducción de lisina.
PRIMERA EVALUACIÓN. Preguntas de aseveración y problemas de aplicación
TEMA VI. MICROORGANISMOS: FÁBRICAS VIVIENTES DE
MACROMOLÉCULAS. PRODUCCIÓN Y SOBREPRODUCCIÓN DE
METABOLITOS
1. Proteínas por expresión heteróloga
• Bacterias
• Levaduras
2. Vacunas sintéticas y Recombinantes
• Impacto de la biotecnología en el desarrollo de vacunas
3. Insecticidas microbianos
• Bacillus turingensis, B. sphaericus, B. popilliae.
• Baculovirus
4. Enzimas microbianas
• Producción, procesos de fermentación.
• Aplicaciones a gran escala.
a.- Procesamiento de almidones
b.- Textiles
c.- Fabricación de queso
d.- Utilización en detergentes
5. Polisacáridos y poliésteres microbianos
• Polisacáridos bacterianos.
• Goma Xantana
a.- Xanthomonas, un patógeno de plantas.
b.- Biosíntesis de las xantanas.
• Poliesteres.
a.- Biosíntesis de copoliesteres
b.- Ingeniería genética de microorganismos y plantas para la síntesis de
poliésteres.
6. Aminoácidos
• Con mutantes auxotróficas
• Con mutantes regulatorias
a.- Rutas no ramificadas
b.- Rutas ramificadas
• Con cepas silvestres
•
•
Con tecnología de DNA recombinante
Producción con enzima.
TEMA VII. BIOSÍNTESIS DE PRODUCTOS MICROBIANOS CON ACTIVIDAD
FARMACOLÓGICA.
1. Agentes antibacterianos
• β-Lactamas
• Macrólidos
• Ansamicinas
2. Agentes antifúngicos
• Antibioticos antitumorales
• Metabolitos con actividades farmacologicas
a.- Filipina
b.- Davnomicina
c.- Adriamicina
d.- Dactinomicina
3. Búsqueda de nuevos antibióticos
Segunda evaluación. Preguntas de aseveración y problemas de aplicación.
TEMA VIII.- TIPOS Y CLASIFICACIÓN DE LOS FERMENTADORES
1. Sistemas cerrados, bioprocesos intermitentes.
2. Sistemas abiertos bioprocesos contínuos
3. Fermentadores de torre
4. Fermentadores Airlifth
5. Digestores
• Anaeróbios
• Aeróbios
TEMA IX.- DISEÑO Y FORMULACIÓN DE MEDIOS DE CULTIVO
1. Fuentes y disponibilidad de materias primas
2. Criterios de selección de materias primas para los procesos
3. Fuentes potenciales de materia prima no convencionales.
4. Formulación por balance químico elemental. Criterios de diseño
• Dostalek, Aiba y Johnson.
5. Esterilización de medios de cultivo
• Continua
• Discontinua
6. Optimación de medios de cultivo.
• Desarrollo estadístico por diseño factorial con 4 variables a dos niveles
TEMA X. CINÉTICA DE CRECIMIENTO Y PROPAGACIÓN DE
MICROORGANISMOS
1. Cultivos estacionarios
2. Cultivos sólidos
•
•
3. Cultivos sumergidos
4. Análisis matemático del desarrollo microbiano.
Sistemas de fermentación discontinuos
Sistemas de fermentación continuos de etapa sencilla
a.- Sistemas alimentados
b.- Sistemas con recirculación
• Sistemas de fermentación de etapa múltiple
TEMA XI. FERMENTACIÓN Y CINÉTICA DE FERMENTACIÓN
1. Criterios de clasificación de las fermentaciones.
• Maxon Gaden y Deindoerfer.
2. Registro e interpretación de resultados
• Curvas de diagnóstico. Ejemplos de bioprocesos (SCP, Antibioticos, Aminoácidos etc.)
3. Cálculo de rendimientos y productividad
• Yx/s, Yp/s
4. Balances de fermentación.
• Formación de producto.
• Desaparición de sustrato
TEMA XII. BIOMASA.
1. Hongos, levaduras, bacterias, algas y proteina foliar.
2. Substratos utilizados, convencionales y no convencionales
• Procesos de producción. Propagación de microorganismos
• Factores que afectan la producción
• Características que debe reunir la proteína para su uso en la dieta humana
y/o como complemento forrajero
TEMA XIII. INTERACCIONES PLANTAS-MICROBIOS.
1. Uso de simbiontes y patógenos
2. Producción de plantas transgénicas
• Agrobacterium tumefaciens
• Introducción directa del DNA
•
TEMA XIV. FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA E INDUSTRIAS BASADAS EN
ESTA FERMENTACIÓN
1. Bioquímica de la fermentación. Efecto Pasteur y Reacciones de Neuberg
2. Producción y clasificación de Bebidas alcoholicas.
• No destilados.
a.- Vinos
-Aperitivo
-Mesa
-Postre
-Vinos espumosos
• Destilados. Aguardientes
a.- Brandy, Whiskey, Ginebra, Ron, Vodka, Tequila, etc.
•
•
•
Producción de cerveza
Bebidas locales
El culto al vino.
a.- El trabajo de Somelier
TEMA XV. PRODUCTOS LÁCTEOS FERMENTADOS
• Producción de leches fermentadas. Yogurt, Koumiss, Kefir, Taete
• Elaboración y clasificación de quesos
Tercera evaluación. Preguntas de aseveración y opción múltiple, problemas de
aplicación.
Bibliografía básica:
• *Glazer, N. A. y H. Nikaido. Microbial Biotechnology. W. H. Freeman and Co. N.
Y. 1995.
• Bunders, J., B. Haverkort y W Hiemstra. Biotechnology; Building on farmers'
knowlwdge. MacMillan Education LTD. 1996.
• Kove, D. y E. Russo. Genetic Engineering; dreams and nightmares. Freeman /
Spektrum. 1995.
• *Aiba, S., A. Humpherey y N. F. Mills. Biochemical engineering. Academic Press.
1978.
• G. L. Solomons. Materials and methods in fermentation.Academic Press.1969.
Bibliografía complementaria
• Peppler, H. J. Y D. Perlman. Microbial Technology. Microbial Processes. Vol, 1
Academic Press. 2ª. Ed.
• Peppler, H. J. y D. Perlman. Microbial Technology. Fermentation technology. Vol. 2
Academic Press. 2ª. Ed.
• Casida; L. E. Jr. Industrial Microbiology. John Wiley and Sons, Inc. 1968
• Miller, Brinton, M. y W. Litsky. Industrial Microbiology. Mc Graw Hill Book
Company. 1975.
• Rohdes y Fletcher. Principios de Microbiología Industrial. Acribia. 1963
• James A. Kent. Quimica Industrial. Grijalvo. 1963.
Otras fuentes de información
Current opinión in Biotechnology.
Internet