Biotecnologie microbiche
L'espressione BIOTECNOLOGIE MICROBICHE si riferisce ai processi in cui le materie prime sono trasformate in
prodotti utili a opera di microrganismi o di enzimi.
Le applicazioni delle biotecnologie microbiche offrono oggi un ampio ventaglio di possibilità:
- in campo alimentare sono impiegate per ottenere prodotti di qualità costante, controllando o modificando le
trasformazioni degli alimenti;
- in ambito ecologico, intervengono nella depurazione delle acque reflue, nel compostaggio dei rifiuti e nei
processi di disinquinamento e biorisanamento;
- in campo medico, nella produzione di antibiotici, ormoni come insulina, eritropoietina e HCG, vitamine, anticorpi
monoclonali, vaccini, interferone;
- nel settore della chimica, si utilizzano per la produzione mirata di nuove molecole non inquinanti, o per nuove
forme di energia.
Gli aspetti biotecnologici dei processi fermentativi sono studiati dalla biotecnologia delle fermentazioni e dalla
microbiologia industriale, attraverso lo studio dei modelli cinetici dello sviluppo microbico in relazione a come si
consuma il substrato e si forma il prodotto.
Conoscenze approfondite permettono notevoli miglioramenti nelle rese di fermentazione e di conversione.
Con il termine di fermentazione si intendono, anche in modo improprio tutti i processi (aerobici o anaerobici) che
usano microrganismi al fine di ottenere prodotti utili e di interesse.
I processi di microbiologia industriale sono costituiti da una serie di operazioni suddivisibili in due fasi o step:
• UPSTREAM, che comprende le trasformazioni chimiche di fermentazione o biotrasformazione;
• DOWNSTREAM, che comprende le varie tecniche, per separare e ottenere il prodotto di interesse.
Nelle biotecnologie microbiche vengono utilizzati:
- gli enzimi, biocatalizzatori molecolari delle reazioni. In molti casi, gli enzimi possono essere estratti dalle cellule
che li producono e utilizzati come tali in diversi processi produttivi.
- i microrganismi, biocatalizzatori cellulari, possono essere utilizzati per produrre o trasformare molecole di
elevato interesse nei campi biomedico, alimentare, industriale, agrario, zootecnico ed ecologico-ambientale.
Possono costituire essi stessi i prodotti finali del processo produttivo come biomasse microbiche.
- i prodotti metabolici cellulari possono essere ottenuti da reazioni omofermentative, che danno origine a un
unico prodotto finale, ed eterofermentative, che sviluppano più prodotti.
I processi biotecnologici che impiegano microrganismi presentano diversi vantaggi:
- uso di materie prime naturali, che spesso sono residui di altre lavorazioni o di sostanze non altrimenti riciclabili;
- minor consumo di energia durante il processo;
- prodotti ecologicamente compatibili e di scarto riciclabili;
- condizioni operative blande come temperatura, pressione, pH;
- non sono richiesti metalli pesanti catalizzatori;
- possibilità di usare una grande varietà di substrati e di ottenere una grande varietà di prodotti;
- possibilità di realizzare processi multistadio e reazioni uniche e stereospecifiche.
Insieme alla scelta del microrganismo più efficiente e produttivo, quella del substrato più adatto a ottenere il
prodotto desiderato è altrettanto fondamentale in qualsiasi processo fermentativo.
Un aspetto di primaria importanza nell'economia di produzione è il rapporto fra costi e resa del processo: per
questo motivo, l'industria preferisce sfruttare come materie prime, per quanto possibile, i prodotti di scarto di
altri processi.
Nei processi biotecnologici industriali, si impiegano microrganismi selezionati in funzione del prodotto che si vuole ottenere.
Occorre quindi disporre di colture microbiche pure e attentamente selezionate, frutto di un accurato lavoro di screening.
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