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Orientación Universidad
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tarea de procesos de bioquimica, Apuntes de Procesos Químicos

Tarea de un resumen y ejercicio de biorreactores

Tipo: Apuntes

2021/2022

Subido el 21/05/2023

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE
VILLAHERMOSA
Nombre de la alumna:
Jaasai Rubí García Estrada 19300433
Materia:
Ingeniería de Biorreactores
Horario:
7:00-8:00
Docente:
Juan Manuel Urrieta Saltijeral.
ACTIVIDAD:
4.3 Criterios para el Escalamiento de Biorreactores
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INSTITUTO TECNOLOGICO DE

VILLAHERMOSA

Nombre de la alumna:

• Jaasai Rubí García Estrada 19300433

Materia:

Ingeniería de Biorreactores

Horario:

Docente:

Juan Manuel Urrieta Saltijeral.

ACTIVIDAD:

4.3 Criterios para el Escalamiento de Biorreactores

Instrucciones: Lea el siguiente texto y responda a los formulamientos que se le plantean INTRODUCCIÓN En el laboratorio se desarrollan procesos biológicos y químicos, y se pueden llevar a cabo en unidades pequeñas para producir una pequeña cantidad de producto. Sin embargo, la producción a pequeña escala no es suficiente para satisfacer las demandas del producto. Por lo que se vuelve necesario producir en una mayor escala. La traducción de la información de laboratorio a una escala más amplia deseada se denomina ampliación del proceso o escalamiento ascendente (scale up). El objetivo de la ampliación del diseño del bioreactor es determinar un criterio o un conjunto de criterios que son importantes para la transición sin problemas de información del proceso. Es difícil definir medidas adicionales para reunir toda la información a un bajo costo. La metodología del desarrollo de procesos que conduce a la ampliación es el factor principal para el éxito de una unidad de proceso. En general, la escala de las unidades se clasifican en laboratorio, plantas piloto y escala industrial. Los tópicos de ingeniería implicados en el diseño de bioreactores son los siguientes:

  • Termodinámica
  • Cinética del proceso y mecanismos de reacción (flujos metabólicos y bioquímicos)
  • Hidrodinámica/mecánica de fluidos
  • fenómenos de transporte o mecanismos de transferencia de masa, calor y momento De ellos, existen dos que son independientes de la escala. ¿Cuáles son? Existen problemas de escalamiento cuando se produce ¿Cuál o cuáles de los tres fenómenos de transporte? Los criterios de escalamiento incluyen los siguientes (Broadkey y Hershey, 1988).
  • Geometría del reactor
  • Potencia por unidad de volumen de líquido
  • Coeficiente de transferencia volumétrica de masa
  • Caudal volumétrico de gas por unidad de líquido (Q/V o volumen por minuto)
  • Velocidad superficial del gas (Vg )
  • El número de Reynolds, Re, para el impulsor de agitación.
  • Esfuerzo cortante o fuerza de Cizalla máxima
  • Tiempo de mezcla
  • Factor de momentum
  • Presión parcial de oxígeno de la fase del gas ¿Cuáles considera que son los problemas a atacar en el escalamiento empleando cada uno de esos criterios?

fermentación, enzimas para elaboración de quesos, productos lácteos y levaduras híbridas. Para el período 1995 - 2000 se prevé comercializar bacterias y enzimas modificadas genéticamente, como elementos flavorizantes que mejoran la calidad de los alimentos, así como biocatalizadores y biosensores para la industria de producción y monitorización. En el sector agrícola, ya existen variedades transgénicas de tomates, patatas, algodón, tabaco y soja, experimentadas al nivel de campo en pequeños reductos que presentan características de resistencia a herbicidas, virus, insectos y cualidades específicas. Algunos están comercializados ya en 1995 y otros deberán pasar algunos controles que retrasarán su entrada en el mercado hasta casi el 2000, y su impacto previsible en la economía será hacia el 2005, probablemente. En los países en desarrollo, ese impacto se retrasará dos o tres años más. Dentro de sectores no alimentarios, la biotecnología ha influido en los sistemas de producción de metano o etanol, por fermentación anaerobia de biomasa, y en el crecimiento selectivo y propagación de árboles y plantas ornamentales. Las técnicas más utilizadas son las de ADNrec, ingeniería de proteínas y procesos e ingeniería de producción de anticuerpos monoclonales - un área muy limitada de la biotecnología-, que han revolucionado en un corto espacio de tiempo campos como el diagnóstico de enfermedades infecciosas y genéticas, la monitorización de procesos industriales y la producción de variedades de microorganismos capaces de elaborar sustancias farmacológicas o alimenticias y de metabolizar aceites para eliminar contaminaciones. El mercado de enzimas ha sufrido una auténtica revolución, especialmente por la variedad de productos de investigación ofrecidos a los profesionales. Aplicada a la medicina, muchos vaticinan que la biotecnología revolucionará los métodos terapéuticos de tratamiento de las enfermedades hereditarias, mediante las diversas modalidades de TG o los tratamientos antimieloma por inyección de TIL (linfocitos T infiltrados), transformados con TNF (factor necrótico de tumores). Los primeros productos desarrollados por sistemas biotecnológicos - insulina humana, interferón gamma y anticuerpos monoclonales- fueron los prototipos de una nueva generación de productos naturales y artificiales, producidos a pequeña escala (laboratorio) y fruto de una investigación biomédica enraizada en la investigación básica de determinados procesos celulares, sin dirección biotecnológica expresa. En 1991, ya se habían sometido a regulación 130 productos farmacológicos obtenidos por estos procedimientos en USA. Para el año 2000 se espera contar con un elevado número de test para diagnóstico genético y fármacos y vacunas para combatir enfermedades parasitarias. En sus orígenes la biotecnología ha estado mantenida con fondos públicos, pues casi todas las aplicaciones eran consecuencia directa de una investigación básica académica. Pero rápidamente proliferaron multitud de compañías de biotecnología, grandes y pequeñas, que aportan la mayor parte de las inversiones en el sector. El número de patentes relativas a la producción de antibióticos, enzimas y coenzimas, productos farmacéuticos, química fina, biomasa, aminoácidos, polímeros, ácidos orgánicos, aditivos para la industria alimentaria y esteroides ha aumentado significativamente en las dos últimas décadas.

  1. Impacto de la biotecnología en la economía global: Dentro de los países de la OCDE, pueden darse algunas cifras: Impacto económico de la biotecnología en los países de la OCDE Estos datos permiten inferir que la riqueza generada por los productos biotecnológicos estará determinada por los requerimientos en alimentación, agricultura y sanidad. El sector químico y energético representará sólo una pequeña parte. Mientras el valor estimado para productos agrícolas y alimentarios sufrió un retroceso en la estimación de 1990, el valor del sector de la energía se triplicó. Las expectativas de transformación de plantas no han dado durante este tiempo los resultados esperados. La estimación del sector energético tampoco ha sido correcta

porque la producción de metano a partir de biomasa no ha podido cubrir los volúmenes esperados, debido a problemas técnicos y económicos de rendimiento, y a que ha disminuido el entusiasmo inicial en esta fuente de energía como alternativa a las fuentes fósiles.

  1. Importancia económica del sector sanitario Si se divide el impacto económico por el volumen en tonelaje de producto final, la sanidad domina la economía desde el punto de vista de valor añadido, tanto por la producción de sustancias relacionadas con la salud humana como por la repercusión de estas sustancias en la calidad y cantidad de alimentos generados a partir de fuentes animales. Esta tendencia parece que ha de ser la dinámica del futuro y que la sanidad en todas sus vertientes será el motor de una economía en progreso. Es necesario tener en cuenta que mientras los requerimientos alimentarios en una sociedad desarrollada pueden alcanzar su techo - como sucede en muchos países la sanidad y la educación en estas mismas economías están en niveles deficitarios de servicio. Por esta razón, mientras que en décadas pasadas era la industria pesada y de material de equipo, junto con la agricultura, el grupo que representaba el mayor volumen de riqueza, en el futuro será la industria sanitaria y eugenésica, en su sentido positivo más amplio, la que servirá como marcador de la riqueza económico-social de las naciones desarrolladas. Desde este punto de vista podemos comprender mejor el enorme interés manifestado por los países biotecnológicamente desarrollados en controlar el mayor número posible de patentes relacionadas con la biomedicina. Muy probablemente, los desarrollos biotecnológicos más significativos de la próxima década se concentrarán en la producción de materiales con alto valor añadido, especialmente de aquellos utilizados en el campo biomédico y agrícola. A corto plazo el avance más espectacular se realizará en el campo biomédico; a medio plazo será en el industrial, y a largo plazo lo será en el agrícola. Aunque las aplicaciones médicas parecen las concreciones más inmediatas de la tecnología genética, es probable que, a medio plazo, sea la agricultura el sustrato de mayor actividad biotecnológica en volumen de impacto económico y social. La OCDE reconoce que en la década de los ochenta los descubrimientos que prometían un florecimiento espectacular de la agricultura fueron más rápidos de lo que se esperaba, pero que, sin embargo, la *Revolución del Conocimiento+ no condujo inmediatamente a la *Revolución Agrícola+. Los cambios genéticos inducidos en animales y plantas requieren, según parece, un mínimo de 20 ó 30 años para generar frutos. La causa de este retraso tiene que ver con factores económicos, restricciones legales y de seguridad, actitudes públicas y políticas industriales.
  2. Impacto en las relaciones comerciales A escala nacional e internacional es preciso adoptar políticas específicas que orienten el desarrollo de procesos biotecnológicos, especialmente en el Tercer Mundo y los países en desarrollo, para suavizar los posibles conflictos que se derivan de la competitividad excesiva entre pequeños países sin necesidad de poner barreras proteccionistas (que sólo las pueden establecer los países ricos, los únicos que disfrutan de ellas,los pobres las padecen-. Estas políticas deberían decidirse por alguna de las tres alternativas posibles, en función de la capacidad tecnológica disponible: Tecnologías que generen productos de alto volumen de producción, pero de bajo valor añadido, como metano, etanol, biomasa, alimento animal, purificación de aguas y tratamientos de materiales de desecho; Tecnologías que generen productos de menor volumen y de valor añadido intermedio, como aminoácidos y ácidos orgánicos, productos alimenticios, levaduras, acetona, butanol, polímeros, metales y otros similares. Los productos de bajo volumen y alto valor añadido se sitúan en otra escala de decisión política, como los antibióticos, productos farmacológicos, enzimas, vitaminas y las tecnologías de

adelante a las exigencias puramente mercantiles y cuyos móviles no sean otros que los meramente derivados de su rentabilidad monetaria. Puesto que tanto la biotecnología de primera generación como, sobre todo, la de segunda generación (tipo 3), estará disponible sólo en los países con alto nivel tecnológico y de conocimientos de ciencia básica, por razones económicas y técnicas la biotecnología afectará a las relaciones de intercambio comercial entre los países. Una competitividad internacional en esta área regida sólo por el móvil económico condenará al aislamiento económico y social a los países no desarrollados, relegados al nivel de productores de bienes de servicio para los países desarrollados, con un valor añadido intermedio o casi nulo. Los productos biotecnológicos que ya están en el mercado son más caros que los producidos por sistemas tradicionales, y no es difícil averiguar por qué. Si las tecnologías tradicionales han creado una situación en la que el 20% de la población más rica acumula el 82,7% de los ingresos, el 81,2% del comercio, el 94,6% de los préstamos comerciales, el 80,6% del ahorro interno y el 80,5% de la inversión; y el 20% más pobre acumula el 1,4% del ingreso mundial, el 1% del comercio, el 0,2% del préstamo y el 1,5% de la inversión, )cuál será la situación, cuando el negocio de valores futuros gire en torno a productos de elaboración sofisticada? Es inevitable pensar que aumentará la ya casi insuperable distancia establecida: en 1960, el 20% de la población más rica tenía 30 veces más que el 20% de la población más pobre. En 1990 el 20% más rico tiene 60 veces más que el resto.

  1. Algunos desequilibrios asociados a la irrupción de las biotecnologías Aparte de su contribución a un empeoramiento de las ya deterioradas relaciones económicas entre los países industrializados y los no industrializados, estas tecnologías han provocado grandes sobresaltos en los industrializados. En las décadas de los ochenta y los noventa, los progresos biotecnológicos en estas naciones han continuado de forma ascendente, pero la mayor parte de las industrias biotecnológicas de EE.UU. ha perdido dinero y sólo el 20% de todas ellas han sobrevivido al año 1990, siendo rentables. Las economías de los países en desarrollo no pueden permitirse estos fallos. En la explicación de este fracaso algunos aducen que las tecnologías del ADNrec pronto dejaron de ser patrimonio de unos pocos afortunados y se han convertido en rutina para muchos laboratorios. Por otra parte, el desarrollo de los productos derivados ha sido y es más lento de lo que se esperaba. Y se han establecido regulaciones muy definidas y exigentes, en cuanto a control de calidad, para la aprobación de los productos. El intercambio de productos agrícolas y, sobre todo, sanitarios indica hasta qué punto se ven alteradas las relaciones entre países industrializados y países en vías de desarrollo. En 1990, el mundo desarrollado tenía aproximadamente el 24% de la población mundial y el 85% de la actividad económica; y se calculaba que para su consumo necesitaba alrededor del 50% de la producción total de grano. Esto supone que el 76% de la población del Tercer Mundo se beneficia sólo del 15% de la actividad económica y cuenta, para su alimentación, con el otro 50% del grano. Pero la alimentación en el Tercer Mundo está basada sobre todo en el consumo de grano, mientras que la del mundo industrializado está mucho más diversificada. Disparidades parecidas se dan en el consumo de energía. Si no se garantiza que los países no desarrollados puedan acceder a productos de alto valor añadido como los sanitarios, la distorsión puede ser aún mayor y conducir a una nueva modalidad de esclavitud e hipocresía, "como la que refleja el interés en producir fármacos y vacunas para veterinaria porque es rentable y dejar de producir los fármacos necesarios para preservar la vida de aquellos que simplemente no pueden pagar, aunque pudieran alimentarse. Con respecto a los productos sanitarios, podría ser irrisorio el ejemplo clásico de que el Tercer Mundo necesita vender varias toneladas de producto bruto de hierro para pagar una espiral de reloj"

En esta situación, parece que la única alternativa es una política de desarrollo regulada a escala mundial, para que pueda recibir el nombre de desarrollo humano. Las instituciones que contribuyen al progreso científico en este terreno no deberían someterse sin más al oportunismo de una visión mezquina de la economía, regida sólo por el principio de lucro monetario. El problema no es si llegará o no llegará a ser una realidad un planteamiento biotecnológico a escala mundial, sino cuál ha de ser el grado de sacrificio que se ha de pedir a la humanidad antes de caer en la cuenta [de] que prevenir no es solamente mejor y más rentable que curar, sino que, aun en términos monetarios, produce mayores beneficios. Sería penoso y desde luego nada humano que la planificación y las tragedias vengan impuestas por fuerzas egoístas que se revuelven contra sus promotores y que no sea la inteligencia colectiva la rectora de la historia. Un informe de la OCDE ha puesto de manifiesto que la biotecnología es claramente una tecnología de las naciones muy industrializadas, con importantes recursos destinados a I+D y gran potencial de mercado. En estas naciones, una industria biotecnológica poderosa permitirá explotar la genética de plantas y llegar a reemplazar las materias cosechadas en el Tercer Mundo. Esto apunta hacia un incremento de la concentración del mercado mundial en el área de la OCDE. Además de reducirse en volumen de tonelaje el intercambio de productos alimentarios entre la OCDE y los países en desarrollo, incluso en relación con aquellos productos sobre los cuales existe competencia internacional (maíz, cacao, azúcar y algodón), la ganancia neta seguirá disminuyendo porque los precios se han reducido en los últimos años en un 70%, 60%, 59% y 53% respectivamente. Lo mismo que no existe relación comercial significativa entre los países del área desarrollada y los del Tercer Mundo en el terreno de la industria pesada, puede llegar el momento en el que desaparezca esta relación en los productos agrícolas. El momento de esa desaparición está llegando, porque ya, en el terreno sanitario, por ejemplo, es casi inexistente.

  1. Romper el desequilibrio, la única alternativa razonable Para romper el desequilibrio que puede crear la biotecnología entre los países desarrollados y los países en vías de desarrollo, será necesario disponer de grandes cantidades de dinero para subvenciones y preparación de mano de obra especializada, junto a proyectos de investigación y formación que capaciten a estos países para establecer sus propias infraestructuras y poder así evaluar el impacto de la biotecnología sobre las relaciones comerciales. El riesgo a evitar será incurrir en círculo vicioso, si las subvenciones en concepto de préstamos responden a la pauta tradicional de endeudamiento. Un endeudamiento crónico producido para poner en marcha una tecnología de nivel 1, potencialmente útil para resolver determinados problemas de producción, exportación y captación momentánea de divisas, sin repercusión en una industrialización interna diversificada (y capaz de transformar el mercado interior, incluso en ausencia de esa exportación) no resuelve ningún problema, sino que agrava los existentes. La clave está en una transferencia de tecnología que no provoque desequilibrios internos imposibles de asimilar, y condenada a la desaparición cuando el soporte externo deje de existir. Posiblemente, un primer paso sería poner a su disposición medios para mejorar sus sistemas naturales/tradicionales de cultivo, producción, extracción y conservación de productos propios. Esta inversión puede contribuir a elevar el nivel de calidad de vida, de sanidad primaria y educación, fundamental para adoptar medidas posteriores de mayor alcance. Los países no desarrollados no pueden permitirse el lujo de hacer grandes inversiones en I+D, en investigación de alto riesgo y en tecnologías de producción para cuyos productos no tengan mercado. Por eso es absolutamente imprescindible la coordinación de las actividades, programas, planes de formación y cooperación en la escena internacional. La puesta en marcha de soluciones concretas para cada país dependerá de su situación social, de su potencial industrial y de mano de obra, de su capacidad económica y científica y de sus relaciones con el exterior en los sectores público y privado. No se puede aplicar las mismas recetas a los países que no están