Tratamiento de los Productos de las Bioreacciones. Concentración Y Purificación

Resumen

Se revisa sobre algunos procesos biotecnológicos como la concentración y purificación de proteínas convencionales y recombinates proveniente de fermentaciones a mayores volúmenes y se analiza sus particularidades a tener en cuenta en este nivel productivo.

Concentración de productos

La reducción del volumen de los caldos de fermentación es una de las primeras etapas en el procesamiento de los productos, debido fundamentalmente a la necesidad de reducir el volumen a procesar en las etapas de purificación, y por lo tanto de lograr una sustancial economía en el proceso. Además se debe tratar, siempre que sea posible, que la concentración y purificación requerida para los productos se realice en el menor número de etapas posible (preferentemente no más de 6 o 7), también para lograr la mayor reducción posible de los costos de la purificación, ya que los costos del procesamiento de los productos típicamente representan entre el 60 y el 80% del costo de producción de los productos de fermentación

Existen un gran número de métodos para concentrar un producto en solución en una fase líquida y todos ellos tienen en común la adición de una segunda fase, inmiscible con la fase líquida original. Esta segunda fase se puede crear de varias maneras:

Creando o añadiendo una fase vapor (evaporación, destilación y absorción de gas)

Creando una fase sólida que contenga principalmente el producto (cristalización, precipitación)

Añadiendo una fase sólida que absorba principalmente el producto (distintas variantes de cromatografía)

Añadiendo una segunda fase líquida

En este caso la fase puede ser:

a) Un solvente orgánico (muy empleada en producciones de antibióticos),

b) Una segunda fase acuosa (por adición de polímeros o mezclas de polímeros y sales),

c) Un gas con propiedades de líquido (Se lleva al gas a una presión y temperatura tales que adquieres propiedades de líquido, se convierte en un fluido supercrítico. El más empleado es el CO2 supercrítico)

Añadiendo una membrana semipermeable. En ese caso se puede tener también una fase de vapor en un lado de la membrana y se tiene entonces la pervaporación o una segunda fase líquida y se tiene la perextracción.

En alguno de estos casos se tiene realmente una operación de purificación en lugar de una simple concentración, pero en esencia el mecanismo es el mismo y la división entre operaciones de concentración y purificación es puramente convencional.

En general, para la concentración de los productos biotecnológicos son menos utilizadas en la Industria Biotecnológica, las operaciones más comunes de la Ingeniería Química como la destilación y la evaporación, ya que éstas se reservan para el caso de productos de bajo peso molecular como el etanol, que son resistentes a las altas temperaturas

La mayor parte de los productos bioquímicos, sin embargo, son muy sensibles a la temperatura y por ello se utilizan más ampliamente métodos menos comunes como el empleo de membranas filtrantes (microfiltración y ultrafiltración), electrodiálisis, ósmosis reversa (hiperfiltración) y precipitación.

La ósmosis reversa es una técnica muy practicada pero en ella los requerimientos de energía pueden ser significativos, debido a que el agua debe pasar a través de la membrana y para ello se requieren diferencias en la presión osmótica, aunque en ocasiones es posible utilizar una solución salina en el lado corriente abajo de la membrana, para mejorar las tasas y reducir los costos de energía. En esta operación al igual que en todas las separaciones de líquidos empleando membranas, hay que considerar el problema del ensuciamiento de la membrana.

La microfiltración y la ultrafiltración, se basan en medios filtrantes compuestos de membranas porosas, se diferencian estas dos operaciones fundamentalmente por el rango de tamaño de las partículas que pueden procesar. Las membranas de microfiltración retienen sólidos suspendidos hasta 0.05m, de manera tal que se separan fácilmente bacterias, hongos y células de tejidos, mientras que las proteínas y las enzimas pasan fácilmente a través de esas membranas. Las membranas de ultrafiltración tienen poros mucho más finos (1 – 20 nm), los que permiten la retención de proteínas, enzimas y carbohidratos, con diferentes pesos moleculares máximos a partir de los cuales retienen los productos Algo más recientemente se han desarrollado también los procesos de nanofiltración, los cuales ocupan un lugar intermedio entre la ultrafiltración y la ósmosis inversa o hiperfiltración (Figura 1).

Figura 1. Esquema sobre las posibilidades de separación de los distintos tipos de membranas