FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL SEMINARIO: BIOCATALIZADORES ENZIMTICOS CURSO : BIOTECNOLOGIA AMBIENTAL

DOCENTE

:

Dr. Heber Robles Castillo

INTEGRANTES

:

AROCA SAGSTEGUI, Nataly CARRERA GARCA, Grecia CHAVEZ CONTOGURIZ, Albert INFANTE TORRES, Evelyn LEIVA PEREYRA, Claudia MAURICIO MELNDEZ, Jorge MUOZ CHICOMA, Milagros MURGA VALDEZ, Leidy OLIVERA PLASCENCIA, Yessen RAMIREZ MORENO, Jehyni RODRIGUEZ GARCA, Maricarmen VILCAMANGO SANCHEZ, Franco TAFUR USHIAHUA, Joysy

CICLO

:

VII TRUJILLO PER 2011

BIOCATALIZADORES ENZIMATICOSBiocatalizador quiere decir catalizadores de la vida, los biocatalizadores actan sobre los seres vivos. Aqu entra el concepto de las enzimas. Las enzimas son protenas que catalizan reacciones qumicas en los seres vivos, son biocatalizadores porque estn dentro de las clulas y producen reacciones biolgicas. Los enzimas estn en el metabolismo de los seres vivos, es decir, sustancias que, sin consumirse en una reaccin, aumentan notablemente su velocidad. No hacen factibles las reacciones imposibles, sino que solamente aceleran las que espontneamente podran producirse. Ello hace posible que en condiciones fisiolgicas tengan lugar reacciones que sin catalizador requeriran condiciones extremas de presin, temperatura o pH. Las enzimas usualmente trabajan a 37C y pH=7 aunque hay que recalcar que hay enzimas que trabajan acondiciones extremas dentro del mismo organismo, sobre todo condiciones de pH por ejemplo las que actan en el estomago que trabajan a pHs menores a 2.5. La velocidad de reaccin al utilizar enzimas disminuye debido a que se necesita menos energa de activacin para que se lleve a cabo la reaccin. Se ha dado el caso de que al aislar una enzima que en el cuerpo trabaja a pH=7 y hacerla reaccionar a otro valor de pH en laboratorio, esta tiene un mejor desempeo, es decir que existen enzimas en el organismo que no trabajan a el 100% de sus capacidades, por esa razn se afirma que nosotros somos seres que an nos falta evolucionar para aprovechar la totalidad de la capacidad de una enzima. Como ya dijimos, las enzimas tienen una accin muy especfica y se clasifican en varias categoras: a. Las enzimas hidrolticas aceleran las reacciones en las que una sustancia se rompe en componentes ms simples por reaccin con molculas de agua. b. Las enzimas oxidativas, conocidas como oxidasas, aceleran las reacciones de oxidacin, y las reductoras las reacciones de reduccin en las que se libera oxgeno. c. Las enzimas de transferencia actan cuando se necesita la transferencia de grupos funcionales, cambian o sustituyen un grupo por otro. d. Las enzimas conocidas como ligasas son imprescindibles en la formacin de enlaces con ruptura de ATP. Si bien las fuentes de biocatalizadores son muy variadas, los microorganismos son una fuente muy rica y diversa de stos, y el uso de microorganismos o enzimas microbianas como

biocatalizadores es ms usado. Desde el punto de vista de un qumico sinttico, es fundamental conocer para qu puede usarse un determinado biocatalizador que posibilidades sintticas nos ofrece-, por qu es mejor utilizar uno y no otro, y por supuesto, en qu forma se utiliza. Por ejemplo: Los objetivos sintticos ms destacados al pensar en levaduras como biocatalizadores, son la introduccin de centros quirales, resolucin de racematos, o la conversin selectiva de grupos funcionales en presencia de otros de similar reactividad qumica. Saccharomyces cerevisiae, es la levadura ms utilizada en biocatlisis. Esto se debe adems de a su disponibilidad y bajo costo, a que no necesita de medios de crecimiento estriles, siendo viable y sencillo trabajar con ella en un laboratorio no especializado en microbiologa.

Los sistemas enzimticos que se destacan en levaduras -desde el punto de vista de su utilidad sinttica-, son: enzimas vinculadas a reacciones redox (deshidrogenasas, oxigenasas y oxidasas), enzimas hidrolticas (lipasas, epxido hidrolasas) y liasas que catalizan la formacin de enlaces C-C. De las enzimas redox, se presentarn solamente las deshidrogenasas, por ser enzimas muy verstiles y posiblemente las que tienen un manejo ms sencillo para un qumico orgnico sinttico.

PREPARACIN Y PURIFICACIN DE LAS ENZIMASAun cuando se sabe que las propiedades de las enzimas in situ pueden ser muy diferentes a las de las enzimas puras estudiadas en el laboratorio, est plenamente justificada la necesidad de tener preparaciones puras para hacer el estudio qumico completo de su actividad. En la actualidad se han cristalizado o purificado de manera adecuada cerca de unas 200 enzimas (del posible total de unas 5000 y quizs en los prximos aos aumente de modo considerable este nmero. Para extraer las enzimas de las clulas que las contienen, a menudo es necesario dividir finamente el tejido, por medio de un homogeneizador o una licuadora; los tratamientos ms enrgicos comprenden la molienda del tejido con arena el empleo de vibraciones ultrasnicas, los procesos alternados de congelamiento y descongelamiento, la autolisis , el desecado con calor o el empleo de solventes como la acetona, el ter y el tolueno. El desecado con acetona y la produccin de los llamados polvos acetnicos constituyen un excelente ejemplo de rotura de la membrana celular y la obtencin de un material rico en enzimas y de fcil conservacin. Cuando las enzimas estn asociadas a lpidos, como sucede con las enzimas mitocondriales, es ventajoso el tratamiento con sustancias de tipo detergente o con butanol que disgregan la estructura lipoprotica y permiten la salida de las enzimas.

La purificacin de las enzimas con mtodo de precipitacin fraccionada recurre a diversos procedimientos, el cambio de pH quita las nucleoprotenas y el material grueso, con lo que se facilitan los pasos siguientes. Con el empleo del calor a veces se logra la desnaturalizacin de material protico inactivo; por ejemplo, en la purificacin de la transaminasa se aade el sustrato de la enzima cido - cetoglutrico al homogenado y se calienta hasta 65 C, con lo que muchas enzimas se desnaturalizan y precipitan, lo que no sucede con la transaminasa as protegida. En otros casos se emplean solventes orgnicos como el etanol, muy utilizado para separar diversas protenas del suelo sanguneo y la acetona; o las sales, como el sulfato de amonio, que es muy soluble en agua, por lo que se puede manejar a elevadas concentraciones, y en general no ataca la estructura de las enzimas. la absorcin fraccional tiene gran utilidad para absorber gran material indeseable o para absorber la enzima y luego desprenderla del material absorbente en una forma ms pura; muy usado con este fin en el gel de aluminio C. En los ltimos aos se han logrado adelantos notables en materia de fraccionamiento protico con el empleo de tcnicas cromatogrficas en columnas que se basan en fenmenos de absorcin, de intercambio inico o de una verdadera "filtracin molecular". Se agrega a una columna con el material activo la solucin de la enzima que queda fijada a dicho material; se lava la columna con soluciones de sales, cada vez ms concentradas o con distinto pH, etc. , y se recogen los lavados en fracciones de volmenes determinadas; en alguna porcin sale la enzima en estudio, en forma ms pura. Los materiales ms usados para este fin son ciertas formas de fosfato de calcio hidroxiapatita -, resinas de intercambio inico, como las Amberlitas o las Dowex (aunque tienen el inconveniente de desnaturalizar a las protenas y de tener poca superficie til) y diversos derivados de la celulosa, tales como la dietilaminoetil celulosa (DEAE celulosa) y la carboximetil celulosa (CM celulosa). Ejemplos de los filtros moleculares lo constituye el material que est compuesto de un polisacrido que forma una rejilla tridimensional, el Sephadex, que puede retener protenas con peso molecular aproximado de 25 000 hasta 200 000 segn el tipo que se emplee. ENZIMAS: REGULACIN DE ACTIVIDADES La regulacin del metabolismo logra la homeostasia. La regulacin de la actividad enzimtica contribuye en gran parte a preservar la homeostasia que, mantiene un entorno intracelular e intraorgnico relativamente constante en presencia

de fluctuaciones amplias en al medio ambiente externo, como cambios de temperatura, presencia o ausencia de agua o tipos especficos de alimentos. Como conservar la homeostasia. Las concentraciones locales de sustrato, comparticin de enzimas y secrecin como proenzimas o cimgenos (como por ejemplo la quimiotripsina) sin actividad cataltica contribuyen a la regulacin de los procesos metablicos. Adems, las alteraciones rpidas y mnimas en la actividad cataltica de enzimas reguladas clave tienen funciones importantes en la canalizacin selectiva de metabolitos hacia uno u otro proceso metablico. Las enzimas reguladoras Tienden a ser aquellas que catalizan una reaccin temprana nica (con frecuencia la primera) de una secuencia determinada de reacciones metablicas. La actividad cataltica de las enzimas reguladas puede modularse por ejemplo, cambios repetidos entre estados bajo y alto de actividad cataltica; cuando no hay sntesis protenica nueva ni degradacin protenica. La modulacin se logra cuando metabolitos especficos se unen en forma covalente y no covalente, a la enzima regulada en general a sitios (alostricos) bastantes separados del sitio cataltico. Tres mecanismos generales regulan la actividad enzimtica. Por ejemplo el flujo neto de carbono en una reaccin catalizada en una reaccin enzimtica podra ser influido 1. Cambiando la cantidad absoluta de enzima presente. 2. Alterando el tamao del conjunto de sustancias reaccionantes distintas de la enzima. 3. Alterando la eficacia cataltica de la enzima (estas tres opciones son utilizadas en casi todas las formas de vida). La modulacin de actividad enzimtica por cambios en la conformacin del sitio cataltico puede incluir la alteracin de Km para un sustrato de Vmax para la reaccin global o para efectos sobre los dos, Km y Vmax.

A menudo las curvas de saturacin de sustrato para la inhibicin alostrica son sigmoideas, por ende la ecuacin de Michaelis Menten no se aplica. INDUSTRIAS TRADICONALES Y ENZIMAS ASOCIADAS Las aplicaciones industriales tradicionales se refieren a la produccin de una transformacin til por alguna enzima, bien sea natural o aadida intencionalmente. Entre las que podemos citar:

Fermentacin.- "La fermentacin alcohlica es un ejemplo conocido de los procedimientos en que se efectan alteraciones enzimticas, tanto cuando se agrega alguna enzima como cuando se aade algn microbio vivo (levadura). Primero se calienta el grano amilceo para gelatinizar el almidn, y luego se aade malta (que contienen enzimas diastsicas) para convertir el almidn en azcar fermentable (maltosa). Si el producto que se desea obtener es alcohol, se agrega entonces levadura. El empleo de amilasa en forma de malta es indudablemente la mayor aplicacin industrial que tiene las enzimas, pero no es del todo conocida la accin de estas amilasas. La elaboracin de vinagre con alcoholes es un proceso enzimtico producido por un microbio vivo (Acetobacter aceti). Como el alcohol es oxidado y convertido en cido actico con oxgeno de la atmsfera. Aislada de las bacterias, la enzima cataliza igualmente la oxidacin, pero es mucho ms econmico valerse de la clula viva intacta".

Curticin.-" Primero se quitan a las pieles el pelo y el exceso de carne y luego se ponen en remojo para que se hinchen y se vuelvan ms o menos porosas y permeables a las sustancias curtientes. El primer remojo se ha efectuado siempre mediante la accin enzimtica. Cuando se observ que la hinchazn era producida parcial o totalmente por enzimas protealtina impura. La cantidad de material enzimtico que se usa en la industria de curtidura representa probablemente la mayor aplicacin industrial de las enzimas despus de la industria de fermentacin.

Fabricacin de queso.- "La operacin ms importante en la fabricacin de queso es la coagulacin de la casena de la leche, que luego se trata para convertirla en queso. Se puede coagular la casena mediante la adicin de cido o de enzimas quesos se fabrica coagulada la casena con rennina, esta probablemente tiene una accin proteoltica

muy dbil que continua en el queso. La rennina produce un cogulo elstico del que se exprime fcilmente el suero. No es la nica proteinasa que se usa en la elaboracin del queso, pues tambin se emplea mezclas de rennina con pepsina. Asimismo se ha usado la papana, y en este caso al parecer se asegura la protelisis durante el aejamiento del queso. En los pases balcnicos se emplea jugo de higos (que contiene gran proporcin de enzimas proteolticas ficina). Para preparar el cogulo. La diferentes enzimas coagulantes hacen variar notablemente la naturaleza del queso.

Elaboracin de pan.- An se discute el papel que desempean en la fabricacin del pan las enzimas que se hallan en la harina. La harina cruda contiene cantidad relativamente pequea de muchas enzimas, incluso una protena del tipo de la papana, que segn creen algunos reblandece la masa. Al igual que todas las enzimas del tipo de la papana, la proteinasa de la harina es inactivada por la oxidacin. La harina de trigo contiene tambin pequeas cantidad de -amilasa y gran proporcin de -amilasa -amilasa. La adicin de la -amilasa a la harina, generalmente en forma de harina de trigo malteado, ocasiona aumento de volumen de la hogaza. La amilasa agregada hidroliza parte del almidn y lo convierte en maltosa, con lo cual suministra ms azcar para que fermente la levadura y origina la generacin de mayor cantidad de dixido de carbono. La -amilasa que ya existe en la harina coopera probablemente en el proceso mediante la desintegracin de las dextrinas formadas por la -amilasa.

"Proteinasas.- Son sustratos de las poteinasa todas las protenas excepto las queratinas. La hidrlisis es ordinariamente muy lenta. Las proteinasas desintegran tambin pptidos sencillos, pero de ordinario con mucha lentitud. Los productos superiores de degradacin de las protenas son descompuestos rpidamente. Los aminocidos pueden ser liberados por accin proteoltica. Renina.- Se halla en el cuarto estmago de las terneras. Su accin proteoltica, si la tiene, es muy dbil. Es un poderoso agente coagulador de la leche (pH ptimo aproximadamente 5.4) Papana.- Se halla en el ltex del fruto verde de la papaya. Es tpica de muchas enzimas vegetales como la ficina de la leche de higuern, la asclepana del vencetsigo y la bromelina del anans. Una de sus caractersticas es su contenido de grupos SH, de que parece depender la actividad de la enzima. Por oxidacin ligera se vuelve inactiva, pero es reactivada por agentes reductores, como la cistena, HCN y otros, incluso los grupos

SH en las protenas que estn siendo digeridas por las enzimas parcialmente activas. La papana es relativamente resistente al calor, y empleada a temperaturas de 50 a 60C, es muy rpida la protelisis. La enzima coagula fcilmente la leche. Los microorganismos vivos son atacados rara vez por las proteinasas, pero la papana ataca ciertos parsitos intestinales (scaris) vivos. Descompone la hipurilamida con desprendimiento de amoniaco.

Carbohidrasas.- Descomponen residuos de azcares de carbohidratos superiores. -Amilasa.- Se hallan en las glndulas salivales, el pncreas, hongos, bacterias y la malta, que las contienen en abundancia. Descomponen los almidones y el glucgeno en dextrinas y disocian lentamente las dextrinas en maltosa y cantidad mnima de glucosa. Destruyen la estructura en cadenas ramificada del almidn (amilo pectina) y el glucgeno. Con el tempo pueden efectuar la destruccin casi total del almidn. La -amilasa de malta requiere calcio y puede ser una protena clcica. La -amilasa animal necesita cloruro. -amilasa.- Se halla en las plantas superiores, los granos la producen en abundancia. La enzima de los granos descomponen totalmente la amilasa y la convierte directamente en maltosa, tambin descompone la amilo pectina (la porcin de cadena ramificada del almidn) y el glucgeno, pero su accin se detiene donde se ramifica la cadena de hidratos de carbono. Cuando se rompe las cadenas ramificadas de hidratos de carbono entre las ramas (en presencia de -amilasa), la -amilasa ataca los fragmentos de cadena recta as formados. De esta manera, las dos enzimas juntas hidrolizan ms rpidamente el almidn que cualquiera de ellas por separado.

APLICACIONES INDUSTRIALES En relacin con las enzimas, la tecnologa moderna contribuye al ahorro. Por ejemplo, permite la utilizacin del excedente de suero derivado de la fabricacin del queso. La lactosa transforma el azcar del suero en una mezcla de glucosa y galactosa con un sabor ms dulce. As, se refina el producto y se concentra en una especie de jarabe cuyo sabor recuerda el de la miel, con lo que las aplicaciones en el sector de la confitera industrial se hacen innumerables. Se usan tambin muchos otros tratamientos de las enzimas en la produccin de edulcorantes modernos. Por ejemplo, EE.UU. se puede constatar que el jarabe del almidn de maz tiene un alto contenido en fructosa, razn por la cual ha llegado a eclipsar a la sacarosa.

Las enzimas presentan muchsimas aplicaciones. Con los procedimientos modernos de fabricacin de alimentos, benefician tanto a los sectores industriales como a los consumidores. Sus caractersticas especficas permiten a los industriales ejercer un control de calidad ms estricto. Con un menor consumo de energa y unas condiciones de tratamiento ms ligeras, su eficacia favorece el entorno. Pueden utilizarse para tratar los desechos biolgicos resultantes de la fabricacin de alimentos, puesto que las propias enzimas son biodegradables. Mediante una rpida absorcin natural, las enzimas son el tpico ejemplo de "tecnologa verde". 1.- Alimentos La utilizacin emprica de preparaciones enzimticas en la elaboracin de alimentos es muy antigua. El cuajo, por ejemplo, se utiliza en la elaboracin de quesos desde la prehistoria, mientras que las civilizaciones precolombinas ya utilizaban el zumo de la papaya. Sin embargo, hasta 1897 no qued totalmente demostrado que los efectos asociados a ciertos materiales biolgicos, como el cuajo o las levaduras pudieran individualizarse en una estructura qumica definida, llamada enzima, aislable en principio del organismo vivo global. Desde hace unas dcadas se dispone de enzimas relativamente puros y con una gran variedad de actividades susceptibles de utilizarse en la elaboracin de alimentos. Los progresos que estn realizando actualmente la ingeniera gentica y la biotecnologa permiten augurar un desarrollo cada vez mayor del uso de los enzimas, al disponer de un suministro continuo de materiales con la actividad deseada aprecios razonables. Los enzimas son piezas esenciales en el funcionamiento de todos los organismos vivos, actuando como catalizadores de las reacciones de sntesis y degradacin que tienen lugar en ellos. La utilizacin de enzimas en los alimentos presenta una serie de ventajas, adems de las de ndole econmica o tecnolgica. La gran especificidad de accin que tienen los enzimas hace que no se produzcan reacciones laterales imprevistas. Asimismo se puede trabajar en condiciones moderadas, especialmente de temperatura, lo que evita alteraciones de los componentes ms lbiles del alimento. Desde el punto de vista de la salud, puede considerarse que las acciones enzimticas son, en ltimo extremo, naturales. Adems los enzimas pueden inactivarse fcilmente cuando se considere que ya han realizado su misin, quedando entonces asimilados al resto de las protenas presentes en el alimento. Para garantizar la seguridad de su uso deben tenerse en cuenta no obstante algunas consideraciones: en aquellos enzimas que sean producidos por microorganismos, estos no

deben ser patgenos ni sintetizar a la vez toxinas, antibiticos, etc. Los microorganismos ideales son aquellos que tienen ya una larga tradicin de uso en los alimentos (levaduras de la industria cervecera, fermentos lcticos, etc.). Adems, tanto los materiales de partida como el procesado y conservacin del producto final deben ser acordes con las prcticas habituales de la industria alimentara por lo que respecta a pureza, ausencia de contaminantes, higiene, etc. Los enzimas utilizados dependen de la industria y del tipo de accin que se desee obtener, siendo ste un campo en franca expansin. A continuacin se mencionan solamente algunos ejemplos.

Industrias lcteas

"Como se ha indicado, el cuajo del estmago de los rumiantes es un producto clsico en la elaboracin de quesos, y su empleo est ya citado en la Ilada y en la Odisea. Sin embargo, el cuajo se obtuvo como preparacin enzimtica relativamente pura solo en 1879. Est formado por la mezcla de dos enzimas digestivos (quimosina y pepsina) y se obtiene del cuajar de las terneras jvenes. Estos enzimas rompen la casena de la leche y producen su coagulacin. Desde los aos sesenta se utilizan tambin otros enzimas con una accin semejante obtenidos a partir de microorganismos o de vegetales.

Actualmente empieza a ser importante tambin la lactasa, un enzima que rompe la lactosa, que es el azcar de la leche. Muchas personas no pueden digerir este azcar, por lo que la leche les causa trastornos intestinales. Ya se comercializa leche a la que se le ha aadido el enzima para eliminar la lactosa.

Panadera

En panadera se utiliza la lipoxidasa, simultneamente como blanqueante de la harina y para mejorar su comportamiento en el amasado. La forma en la que se aade es usualmente como harina de soja o de otras leguminosas, que la contienen en abundancia. Para facilitar la accin de la levadura, se aade amilasa, normalmente en forma de harina de malta, aunque en algunos pases se utilizan enzimas procedentes de mohos ya que la adicin de malta altera algo el color del pan. La utilizacin de agentes qumicos para el blanqueado de la harina est prohibida en Espaa.

A veces se utilizan tambin proteasas para romper la estructura del gluten y mejorar la plasticidad de la masa. Este tratamiento es importante en la fabricacin de bizcochos.

Cervecera

A principios de este siglo (1911) se patent la utilizacin de la papana para fragmentar las protenas presentes en la cerveza y evitar que sta se enturbie durante el almacenamiento o la refrigeracin, y este mtodo todava se sigue utilizando. Este enzima se obtiene de la papaya. Un enzima semejante, la bromelana, se obtiene de la pia tropical. Un proceso fundamental de la fabricacin de la cerveza, la rotura del almidn para formar azcares sencillos que luego sern fermentados por las levaduras, lo realizan las amilasas presentes en la malta, que pueden aadirse procedentes de fuentes externas, aunque lo usual es lo contrario, que la actividad propia de la malta permita transformar aun ms almidn del que contiene. Cuando esto es as, las industrias cerveceras aaden almidn de patata o de arroz para aprovechar al mximo la actividad enzimtica. Fabricacin de zumos

A veces la pulpa de las frutas hace que los zumos sean turbios y demasiado viscosos, producindose tambin ocasionalmente problemas en la extraccin y en su eventual concentracin. Esto es debido a la presencia de pectinas, que pueden destruirse por la accin de enzimas presentes en el propio zumo o bien por enzimas aadidas obtenidas de fuentes externas. Esta destruccin requiere la actuacin de varios enzimas distintos, uno de los cuales produce metanol, que es txico, aunque la cantidad producida no llegue a ser preocupante para la salud.

Fabricacin de glucosa y fructosa a partir del maz

Una industria en franca expansin es la obtencin de jarabes de glucosa o fructosa a partir de almidn de maz. Estos jarabes se utilizan en la elaboracin de bebidas refrescantes, conservas de frutas, repostera, etc. en lugar del azcar de caa o de remolacha. La forma antigua de obtener estos jarabes, por hidrlisis del almidn con un cido, ha sido prcticamente desplazada en los ltimos 15 aos por la hidrlisis enzimtica, que permite obtener un jarabe de glucosa de mucha mayor calidad y a un costo muy competitivo. De hecho, la CE ha limitado severamente la produccin de estos jarabes para evitar el hundimiento de la industria azucarera clsica. Los enzimas utilizados son las alfa-amilasas y las amiloglucosidasas. La

glucosa formada puede transformarse luego en fructosa, otro azcar ms dulce, utilizando el enzima glucosa-someraza, usualmente inmovilizado en un soporte slido.

Refinado de azcar

"La extraccin de la sacarosa, a partir de la melaza de la remolacha azucarera puede complicarse por la presencia de rafinosa, un trisacrido que previene la cristalizacin. Para incrementar la recuperacin del azcar y mejorar el proceso, la rafinosa puede degradarse enzimticamente. El resultado de esta degradacin es doble; por un lado favorece la cristalizacin y, adems, produce sacarosa como uno de los productos de la hidrlisis. La enzima -galactosida es producida por el hongo Morteirella vinaceae raffinosutilizer y puede ser empleada convenientemente para inmovilizar los residuos micelares que producen este organismo. La reaccin hidroltica se efecta a pH superior a 5 para evitar la inversin de la sacarosa catalizada por el medio cido. Algunas veces, se requiere un tratamiento similar en el proceso de obtencin a partir de la caa de azcar, donde el almidn es hidrolizado antes de la cristalizacin mediante el uso de -amilasa.

Otras aplicaciones

Los enzimas se utilizan en la industria alimentara de muchas otras formas, en aplicaciones menos importantes que las citadas anteriormente. Por ejemplo, en la fabricacin de productos derivados de huevos, las trazas de glucosa presentes, que podran oscurecerlos, se eliminan con la accin combinada de dos enzimas, la glucosa-oxidasa y la catalasa. Por otra parte, la papana y bromelana, enzimas que rompen las protenas, se pueden utilizar, fundamentalmente durante el cocinado domstico, para ablandar la carne. Algunas enzimas, como la lactoperoxidasa, podran utilizarse en la conservacin de productos lcteos. 2.-Detergentes Entre otros aditivos importantes que se encuentran en los detergentes estn las enzimas, los cuales por lo general son sustancias de naturaleza protenica, que se encargan de catalizar las reacciones en los seres vivos. La tecnologa de enzimas en los detergentes se desarroll a partir de la dcada de los aos 60, como una herramienta ms de stos para atacar ciertos sustratos (generalmente proteicos) especficos. Las ms comunes son las llamadas proteasas, las cuales degradan restos de protenas; y las lipasas que pueden atacar restos de sustratos lpidos que

son los que comnmente se adhieren a la ropa y a ellas se les adhieren el resto de la suciedad como polvo, restos de otros compuestos orgnicos etctera. Los detergentes que contienen enzimas se les llaman detergentes biolgicos. Efectos de enzimas activas Como se mencion anteriormente, algunos detergentes contienen enzimas, las cuales atacan sustratos orgnicos especficos. El problema se presenta al usar exceso de estos detergentes, con lo cual se desechan enzimas activas al drenaje, las cuales al llegar a los cuerpos de agua provocarn daos en los seres vivos presentes en stos, por accin directa sobre ellos o sobre los nutrientes que componen su dieta alimenticia. Otros efectos. Entre otros efectos secundarios producidos por los detergentes es que afectan procesos de tratamiento de las aguas residuales, por ejemplo: cambios en la demanda bioqumica de oxgeno y en los slidos suspendidos, efectos corrosivos en algunas partes mecnicas de las plantas, interferencias en el proceso de cloracin y en la determinacin de oxgeno disuelto y algunos aditivos en los detergentes pueden intervenir en la formacin de flculos (agrupaciones de partculas suspendidas). 3.- Energa Otra actividad que llama a las aplicaciones biotecnolgicas es la produccin de energa, siendo la ventaja de las fuentes orgnicas con respecto a los combustibles fsiles el que las primeras sean renovables. Cada ao crecen unas 200 mil millones de toneladas de biomasa (madera, cereales, etc), de las cuales los humanos usamos slo un 3%. Por lo tanto, este rubro ofrece un enorme potencial que puede ser aprovechado. Un ejemplo clsico de biocombustible es el alcohol obtenido por fermentacin de material rico en azcares y almidn, o de residuos orgnicos varios, incluyendo los forestales. El principal obstculo para la viabilidad de esta propuesta es el costo, puesto que el petrleo sigue siendo ms barato. Sin embargo, los avances tecnolgicos estn permitiendo acortar la brecha. Hay tambin diversos sectores de la industria en los que la adaptacin o sustitucin de procesos qumicos o fsico-qumicos por otros de base biolgica puede contribuir al desarrollo sustentable. Beneficios concretos a escala industrial ya se observan con la introduccin de enzimas en la produccin de celulosa, de textiles y del cuero, entre otros. "

4.- Tratamiento de desechos "Pero es el tratamiento de desechos donde la biotecnologa puede tener un mayor impacto a nivel mundial. Los Estados Unidos gastan US$ 40 mil millones al ao para combatir la polucin que generan los 600 millones de toneladas de desechos industriales. Bacterias, micro algas, levaduras, hongos y plantas han mostrado una notable eficiencia para metabolizar residuos orgnicos, xenobiticos y metales pesados (biorremediacin y fitorremediacin), reduciendo hasta 20 veces el costo involucrado en la incineracin de dichos residuos. Por otra parte, se han hecho grandes avances en el tratamiento de derrames de petrleo con microorganismos. En fin, hay muchas otras reas susceptibles de ser abordadas exitosamente mediante el empleo de diversas biotecnologas. Sin embargo, a pesar de los promisorios resultados obtenidos hasta el momento, persisten an varias limitaciones tcnicas y econmicas que requieren ser resueltas. Por ello, la biotecnologa no debe ser vista como una panacea y en cada caso habr que ponderar sus ventajas con respecto a las tecnologas tradicionales. Al considerar las aplicaciones enzimticas en el tratamiento de los residuos, se debe hacer hincapi entre las situaciones donde el residuo de un proceso es el material crudo y los siguientes, por ejemplo, conversin de almidones, y procesos que ayudan a reducir los costos asociados del tratamiento. Existen un amplio nmero de industrias de procesamiento de alimentos que producen residuos que necesariamente deben ser posteriormente tratados. La aplicacin de grupos de enzimas depende de la necesidad de hidrolizar polmeros complejos para incrementar su posterior degradacin microbiolgica. Entre los diversos ejemplos se puede incluir el empleo de las lipasas asociadas con cultivos bacterianos para eliminar los depsitos de grasa procedentes de las paredes de las tuberas que transportan el efluente. Otra enzima degradante de polmeros utilizados de forma similar son las celulosas, proteinasas y amilasas. Una aplicacin particular que puede describirse como tratamiento de residuos, es el empleo de proteinasas en las preparaciones comerciales de detergentes, denominadas como polvo de lavado biolgico. Adems de estas hidrlisis de materiales polimricos, existen tambin aplicaciones de enzimas capaces de degradar compuestos altamente txicos que podran inhibir procesos de tratamiento basado en el empleo microbiolgico. Un ejemplo especfico es el uso de la peroxidasa de la cola de caballo para iniciar la degradacin de fenoles y aminas aromticas que se presentan en muchas industrias con aguas residuales.

En trminos ms amplio es posible anticipar que los procesos basados en el empleo de organismos construidos genticamente para degradar los compuestos indicados

anteriormente, podra representa un proceso mucho ms econmico. 5.- Productos mdicos y farmacuticos Aunque las posibilidades de utilizacin de las enzimas en la medicina y campos relacionados sean potencialmente inmersas, en la actualidad el nmero concreto de aplicaciones es relativamente pequeo. No obstante, los resultados obtenidos con este pequeo nmero de ideas afortunadamente son realmente excitantes y demuestran claramente la capacidad potencial existente en las tcnicas empleadas. Puesto que las aplicaciones mdicas y farmacuticas de las enzimas abarcan un amplio espectro de materias, es conveniente dividirlas en tres reas importantes de inters: terapia enzimtica, uso analtico y productos de compuestos farmacuticos. Cada una de estas reas, aunque cubre un gran nmero de aplicaciones, presenta una serie de principios predominantes que son esencialmente para que la utilizacin de las enzimas se realice con xito. A diferencia de otros usos industriales para las enzimas, las aplicaciones mdicas y farmacuticas de las mismas requieren generalmente pequeas cantidades de enzimas muy purificadas. En parte, esto refleja el hecho de que para una enzima sea efectiva slo debe modificarse helelos compuestos de inters contenido en un fluido o tejidos fisiolgicos complejo. Esto contrasta con muchos procesos industriales en los que el medio de cultivo est relativamente bien definido y por, consiguiente, puede utilizarse un extracto enzimtico sin purificar. Adems, si el destino de una enzima o de un producto obtenido por mtodos enzimticos es su administracin a un paciente, resuelta evidente que el preparado debe contener las menores cantidades posibles de material extrao para evitar probables efectos secundarios.

Produccin de aminocidos enzimticamente

La produccin de aminocidos mediante tecnologa con enzimas est adaptada convenientemente. Aunque se pueden sintetizar empleando un proceso qumico, se debe sealar que en este caso se obtiene una mezcla de D y L ismeros. Puesto que solamente el Lismero es biolgicamente activo, la mezcla debe ser separada en sus dos componentes. Este proceso puede llevarse a cabo mediante el empleo de la enzima aminoacilasa. Una vez sintetizado, la mezcla del DL aminocidos se acetila.

En la produccin de otros aminocidos se han incluido tambin una etapa mediada por enzimas, incluyendo a la D-feniglicina, utilizada en la sntesis de penicilina semisinttica, y en el caso del L-triptfano, un aminocido esencial que puede sintetizarse a partir del indol. Estas son dos reas importantes en el desarrollo de esta tecnologa. En trminos de aplicacin a gran escala, la produccin de aminocidos esenciales como suplementos dietticos presenta una importancia particular. Si una protena celular sencilla queda establecida en los mercados de alimentacin animal y humana, se puede esperar que la demanda para aminocidos esenciales incrementara, ya que muchas protenas microbianas son deficitarias en algunos de estos residuos cruciales.

Tratamientos teraputicos con enzimas.-" El fundamento de esta forma de terapia es simplemente la administracin de una enzima concreta a un paciente, esperando con optimismo que produzca una progresiva mejora en el mismo. El problema principal relacionado con este mtodo es que las respuestas defensivas del organismo inactive o eliminen los compuestos extraos incorporados. En consecuencia cualquier tratamiento que utilice la administracin de una enzima, bien por va sangunea o por cualquier otra, debe tener en cuenta este posible inconveniente.

rganos artificiales.- "Para sustituir algunas funciones del rin y el hgado se han desarrollado rganos artificiales que contienen enzimas. Una lesin renal crnica se trata con hemodilisis peridica, a menos que sea posible el trasplante del rgano. El hgado es un rgano multifuncional y sera imposible conseguir un sustituto artificial con la tecnologa disponible actualmente. Sin embargo, s puede reproducirse una funcin importante del hgado: la desintoxicacin. A partir de clulas hepticas se pueden obtener varias enzimas microsomales capaces de llevar a cabo la desintoxicacin de una gran variedad de compuestos."

Aplicaciones Analticas.- "En la medicina moderna, el anlisis de las distintas muestras fisiolgicas tiene un papel clave y, dentro del mismo el uso de las enzimas (tanto en forma libre como inmovilizadas) constituyen un aspecto muy destacado. Los tipos de aplicacin de las enzimas al anlisis se pueden dividir en dos granes grupos. El primero de ellos recibe aquellos mtodos que miden directamente un compuesto, mientras que el segundo lo hace con aquellos que utilizan una enzima para amplificar otra respuesta (por ejemplo inmunoencarios con enzimas acopladas).

Antibiticos semisintticos.- Las penicilinas semisintticas son los principales productos farmacuticos obtenidos por tecnologa enzimtico. El mtodo de fermentacin tradicional permite producir la bencil-penicilina (penicilina g) como la fenoximetil- penicilina (penicilina b) y en el pasado estos dos antibiticos con gran xito. Sin embargo, estos compuestos presentan limitaciones en su eficacia contra ciertas bacterias patgenas

Esteroides.-" Los esteroides se utilizan en un gran nmero de preparados farmacuticos (por ejemplo la pldora contraceptiva y los antiinflamatorios), por lo que los procesos empleados en la produccin de estas sustancias presentan una considerable importancia econmica.

ESTUDIO DE CASOS:TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MEDIANTE BIOCATALIZADORES ENZIMTICOSEn la gran mayora de los sistemas de tratamiento de agua residual, dos de los graves problemas que las aquejan son: el control de olores y el manejo de los lodos. En ambos casos, esto significa incremento de costos en productos que no funcionan adecuadamente, implementacin de sistemas y equipos para la aplicacin de estas soluciones, procesos operativos adicionales y todo esto sin lograr resultados ptimos y adems, un alto impacto ambiental ya sea para las empresas y/o para las empresas de servicios pblicos. La investigacin y la biotecnologa han desarrollado una nueva generacin de enzimas para controlar estos dos problemas, las cuales permitirn reducir casi al 100% el problema de olores y en ms del 70% la produccin de lodos a unos costos muy bajos y sin afectar para nada la actual infraestructura de los sistemas de tratamiento. Actualmente el tratamiento de aguas residuales o aguas servidas se da de tres maneras; un tratamiento fsico, uno qumico y uno biolgico, para luego ser vertido al lecho marino o para la utilizacin en la agricultura. Este tratamiento aqu tiene como fin eliminar el uso de productos qumicos que dejan detrimentos, reducir los radicales peroxido, disminuir la carga bacteriana y precipitar metales pesados. As de esta manera generar un medio aerbico en las aguas residuales que en caso de ser vertidas al lecho marino lo haran sin daar el medio ambiente. Dependiendo del origen de los efluentes, urbanos o industriales, las aguas pueden estar adems acompaadas de metales pesados y otros agentes txicos. Las aminas biognicas son aminocidos de bajo peso molecular (pequeas protenas), que no estn degradados completamente; con la aplicacin de enzimas vamos a continuar esta degradacin hasta obtener nitrgeno, carbono y oxgeno molecular; algo similar va a suceder con los lpidos y carbohidratos que van a continuar degradndose hasta obtener carbono, agua y oxgeno molecular. Adems habra una disminucin en la cantidad de perxido debido a que por cada 2 molculas de H2O2 obtendramos 2 molculas de agua y 2 de oxgeno. El aumento de oxgeno en aguas residuales evitara la proliferacin de bacterias anaerbicas mediante un mecanismo bacteriosttico (evitara la reproduccin), las aguas pueden regresar al cuerpo marino sin ser nocivas para el medio ambiente, en caso se use para regado tienen

cargas suficientes de nitratos y fosforo que las clasificaran como clase A3, segn CONAN, aptas como agua de regado (o potabilizables con un tratamiento adecuado). Adems por ser macromolculas van a precipitar los metales pesados e insecticidas al englobar a estos elementos e inactivndolos. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Las propiedades de enzimas mejoran la calidad de aguas residuales, estas enzimas se usan para hacer un previo tratamiento de estas aguas antes de llegar a las lagunas de oxidacin y a su vez cuando el agua llega a esta. Laguna de oxidacin es un cuerpo de agua receptor donde ocurre procesos fermentativos productores de sustancias nocivas para el medio ambiente, sustancias que contaminan el aire, el agua los suelos cuando estas aguas son utilizadas, lo que se busca a travs del tratamiento enzimtico es lograr una actividad cataltica enzimtica que permita degradar las sustancias presentes y recuperar el oxigeno molecular ausente que es el gran causante de la poblacin microbiana en aguas residuales, despus del tratamiento, ya se puede utilizar para la agricultura o para el vertimiento en el mar sin perjudicar la vida marina.

Tratamiento previo de aguas residuales con enzimas

Agua residual tratada con enzimas TRATAMIENTO DE LODOS Se usa otro proceso para el lodo, este se trabaja con complejos enzimticos para que su materia orgnica sea utilizada como un fertilizante. Gracias a la accin enzimtica todas las sustancias nocivas que estn presentes en los lodos finalmente son degradadas a sustancias elementales que no son toxicas, aprovechando las cadenas carbonadas y nitrogenadas, como una fuente rica para la agricultura, como abono orgnico muy til luego de su secado, de esta manera se soluciona dos problemas a la vez, un problema ambiental de contaminacin de aguas y produccin de lodos.

Produccin de fertilizante a partir de lodos CARACTERSTICAS DE LAS ENZIMAS

OTROS BENEFICIOS DE ENZIMAS Y BACTERIAS Las bacterias y enzimas son un moderno agente concentrado biolgico que mantiene las tuberas con un flujo bajo, as como recolectores de grasa y estanques, incrementa la eficiencia de los equipos de alcantarillado. Las enzimas y bacterias son efectivas en diversas aplicaciones tales como: tratamiento de aguas servidas, trampas de gas y grasa e interceptores, pozos spticos, rellenos sanitarios, suelos contaminados, acuicultura y un nmero de aplicaciones agrcolas e industriales relacionadas, incluyendo lagunas de residuos. La efectividad de las enzimas y bacterias disecadas se extiende tanto a ambientes aerbicos como anaerbicos, es 100% biodegradable. Incrementa la eficiencia en plantas de tratamiento de aguas residuales, reduce el volumen de desperdicios orgnicos, acelera el proceso de purificacin. Mantiene los drenajes y trampas de grasa libre de obstrucciones orgnicas, eliminando olores desagradables y proporcionando un fresco aroma ctrico. El problema relacionado con la limpieza de residuos lquidos ha sido ahora solucionado, ya que mientras las enzimas y bacterias reducen contaminantes ambientales tales como el DBO, tambin proveen un control simultneo de aromas.

PRODUCCIN DE LEVADURA DE PANIFICACIONINTRODUCCIN

Existe la evidencia de que el pan era conocido alrededor del ao 2600 a.C. en Babilonia, y ya en el siglo 12 a.C. era producido normalmente con una tecnologa establecida. Lgicamente esto implica que el hombre dominaba ya el uso de una levadura para levar la masa preparada con harina y producir as el pan. En las primeras pocas se utilizaba la levadura obtenida de la fabricacin de cerveza primero y de las destileras despus, hasta que finalmente se establecieron las plantas de produccin de levadura durante el siglo 19. Es posible que la primera planta de produccin comenzara a operar en Holanda en 1780 con el llamado proceso Dutch que era anaerobio y que tena slo rendimiento del 4 al 6% con respecto a la materia prima usada. Posteriormente se mejor el rendimiento, que pas a ser del 12-22% con el proceso Viena, tambin conducido sin aire, en 1846. Con la introduccin de la aireacin en el proceso de produccin, que tiene lugar en 1879, se aumentan considerablemente los rendimientos, que pasan a ser del 50 al 60% del terico. La ltima etapa importante de modificacin de la tecnologa tiene lugar con la alimentacin controlada de azcar a los mostos en fermentacin, cambio introducido por un cientfico dans, Sak, y un alemn, Hayduck, en 1919. Este proceso conocido como "Zulaufverfahren" es la base de todas las tecnologas posteriores que se basan en los principios de los procesos "batch" alimentado ya considerados. Los procesos de produccin utilizaban granos como materia prima, hasta que el elevado costo de stos produjo el reemplazo por las melazas de remolacha o de caa con las cuales pueden alcanzarse rendimientos cercanos al 100% del terico.

Actualmente se est tratando de encontrar otras fuentes de materias primas alternativas a las melazas, como el suero de leche hidrolizado. La produccin mundial de levadura prensada (27-30% de materia seca) es considerable ya que en 1983 estaba en el orden de 1,763,000 toneladas, con un valor de 473,000, 363,000 y 83,000 toneladas correspondiente a Europa occidental, Norte y Centro Amrica, y Sud Amrica respectivamente. Con respecto al consumo anual per capita de levadura prensada (27-30% de materia seca) est en el rango de 1.5 a 2.1 Kg para los paises europeos, mientras que en paises de Sud Amrica como Chile es de 1 Kg y en Argentina 0.6 Kg. CEPAS Y MEDIOS DE MANTENIMIENTO EMPLEADOS Inicialmente fue la levadura de cerveza, el Saccharomyces uvarum, syn S. carlsbergensis, el empleado con fines de panificacin. Posteriormente se la reemplaz por la levadura de las destileras, y por la llamada levadura de panificacin, que es el Saccharomyces cerevisiae. Se han ensayado tambin muchas otras cepas, no slo del mismo gnero sino tambin las pertenecientes a distintas especies de Candida, Hansenula y Zygosaccharomyces, aunque ninguna de ellas demostr poseer ventajas sobre el Saccharomyces cerevisiae. El mejoramiento gentico de cepas de S. cerevisiae de inters industrial para la produccin de levadura prensada es dificultoso, porque no existe un conocimiento detallado de los genes comprendidos en las propiedades o caractersticas deseadas de dichas cepas. Las propiedades fundamentales son aquellas relacionadas con la produccin, que resultan en un crecimiento rpido y altos rendimientos a partir de las melazas con el mantenimiento de las propiedades de panificacin exigidas, que son el poder fermentativo y la estabilidad del producto. Estas propiedades dependen de muchos genes que intervienen en los ciclos de la glicolisis y de los cidos tricarboxilicos, como as tambin en el metabolismo del nitrgeno y en la sntesis de hidratos de carbono de reserva. La obtencin de hbridos para mejorar una cepa no es siempre exitosa, ya que los productos de fusin (hbridos) tienen que cumplir con todas las caractersticas exigidas por las levaduras comerciales, ya comentadas. Es conveniente mencionar finalmente que el advenimiento de las tcnicas de ingeniera gentica ha abierto una nueva rea de inters industrial en el campo de las levaduras.

Sin embargo, hasta el presente esas tcnicas no han sido de utilidad en la industria de la levadura de panificacin, porque los logros alcanzados incluyen solamente propiedades bioqumicas relacionadas con pocos genes. Las cepas de levadura que han sido desarrolladas en los ltimos aos, permiten la produccin de productos de inters farmacolgico como la insulina, hormona de crecimiento bovina, interfern, vacuna contra la hepatitis B, se han originado en cepas de laboratorio definidas genticamente y no en cepas de levaduras industriales. Los medios de mantenimiento empleados por la industria son los siguientes: 1) Mantenimiento en medios de cultivos slidos y repiques peridicos (cada 3 a 6 meses) en medio fresco. 2) bajo aceite mineral. 3) congeladas a -20 C y despus a -55 C en medios que contienen leche o glicerol. 4) liofilizacin. 5) mantenimiento a muy baja temperatura, en nitrgeno lquido (-196 C). Tal vez el mtodo ms satisfactorio sea el de la liofilizacin, aunque pueden emplearse con xito cualquier otro mtodo que asegure la estabilidad, o sea que no se produzcan cambios en las propiedades bioqumicas de microorganismo. REQUERIMIENTOS NUTRICIONALES Los requerimientos nutricionales de los macro elementos ms significativos pueden deducirse del conocimiento de la composicin centesimal de las clulas. se estableci tambin la ecuacin de formacin de 100 g de levadura seca a partir de 200 g de sacarosa. De las fuentes de carbono y energa que pueden emplear el Saccharomyces cerevisiae figuran en primer lugar la glucosa y la sacarosa, aunque tambin pueden emplearse fructuosa, galactosa, maltosa y suero hidrolizado, ya que la levadura de cerveza no puede asimilar lactosa. Tambin puede utilizarse etanol como fuente de carbono. El nitrgeno asimilable debe administrarse en forma de amonaco, urea o sales de amonio, aunque tambin se pueden emplear mezclas de aminocidos. Ni el nitrato ni el nitrito pueden ser asimilados. Aparte de carbono y el nitrgeno los macro elementos indispensables son el fsforo que se emplea comnmente en forma de cido fosfrico y el Mg como sulfato de magnesio, que

tambin provee S. Finalmente son tambin necesarios el Ca, Fe, Cu y Zn como elementos menores. Por ejemplo, se ha establecido que S.cerevisiae requiere 200 g de Zn, 75 g de Fe y 12-15 g de Cu por litro de medio para crecimiento ptimo. Un requerimiento esencial est constituido por las vitaminas del grupo B como biotina, cido pantotnico, inositol, tiamina, pyridoxina y niacina. Existen sin embargo algunas diferencias entre las distintas cepas. Entre las vitaminas mencionadas la biotina es requerida por la casi totalidad de las mismas. Los requerimientos cambian segn las condiciones de cultivo, ya que el aumento de la aerobisis disminuye los requerimientos de esa vitamina y el uso de urea como fuente de nitrgeno los aumenta por la necesidad de biosntesis de 3 sistemas enzimticos que contienen biotina. Se ha estimado que los requerimientos de la biotinason de 100 g de biotina por 100 g de azcar suministrados para el crecimiento de la levadura. El cido pantotnico, que es un componente de la coenzima A, es tambin requerido por muchas especies, mientras pocas especies requieren inositol. Con respecto a la tiamina se ha demostrado que aumenta la actividad fermentativa de la levadura. Finalmente debe mencionarse al O2 como otro requerimiento nutricional para la produccin de levadura. Como se estableci anteriormente se necesita 1 g de O2 para la produccin de 1g de levadura seca en el caso de crecimiento en condiciones ptimas. El O2 se suministra con el aire que se inyecta en los medios durante la fermentacin. Si existe limitacin de O2 no se puede alcanzar los rendimientos ptimos que como vimos deben estar cercanos al 100% del terico. La velocidad de transferencia de O2 requerida depende del proceso empleado. Si la mxima velocidad de alimentacin es de 10 g de azcar/lh se puede lograr una productividad de 5 g/lh de materia seca, y para la cual se requiere una velocidad de transferencia de 5 g de O2/lh que debe ser suministrada por el equipo. Se debe asegurar por lo tanto un valor de coeficiente KL a que asegure esa valor de transferencia de oxgeno para que no exista limitacin por el oxgeno. En el ejemplo citado el valor de KL a necesario es de 685 h-1.

CINTICA DE CRECIMIENTO Y RENDIMIENTOS Los valores normales de la velocidad especfica de crecimiento para levaduras estn en el orden de 0,45 a 0,6 h-1 como mximo. En la prctica comercial de la produccin de levadura, la alimentacin no es constante sino que se realiza segn programas propios de cada industria. La aplicacin de la ecuacin logartmica para calcular p debe hacerse con precaucin, ya que u no es constante sino que va disminuyendo en funcin del tiempo, salvo en casos de alimentacin programada para mantenerla constante durante intervalos cortos con una finalidad especfica de calidad. La relacin entre la velocidad especfica de crecimiento y la concentracin de sustrato puede ser representada por la ecuacin de Monod. Para S. cerevisiae se ha establecido un valor de Ks igual a 25 mg glucosa l-1, siendo u dependiente de la concentracin de sustrato por debajo de S = 10 Ks, o sea 250 mg l-1. La eficiencia de un proceso industrial de produccin de biomasa como es el caso de la levadura se mide fundamentalmente en base al valor Yx/s, ya discutido con anterioridad en esta monografa. Los valores ptimos a partir de azcares estn alrededor de 0.5 g de biomasa seca por g de azcar asimilada. En el caso de emplearse etanol, Yx/s puede alcanzar valores de 0.78 a 0.80. Con el aumento de la concentracin del sustrato puede aumentarse u pero disminuye Y x/s porque se favorece la fermentacin alcohlica, an en exceso de 02 segn el fenmeno Crabtree ya mencionado anteriormente. Debido al mismo rendimiento celular es funcin de u, y cuando esta es superior a 0.2 el rendimiento celular baja. Es por ello que ese valor es raramente excedido en la prctica industrial. La temperatura ptima del proceso se ha establecido en 28.5 C; a mayores temperaturas disminuye el rendimiento, probablemente debido al aumento de energa de mantenimiento. El rendimiento celular puede tambin afectarse por la presencia de inhibidores como SO2, cido acontico y metales pesados o restos de herbicidas o bactericidas que pueden estar presentes en las melazas.

PRODUCCIN COMERCIAL DE LEVADURA PRENSADA La produccin comercial de levadura de panificacin es llevada a cabo en un proceso a mltiple etapa, de las cuales las primeras se realizan en batch, y las ltimas en batch alimentado. Se han mencionado prcticas comerciales de procesos de 8 etapas que conducen a una produccin final de 100 toneladas de levadura prensada en 2 semanas y otra en 5 etapas con una produccin comercial de 125ton. en 65 h. Como aspectos esenciales de la produccin comercial, se deben considerar el medio, el proceso de produccin y las etapas de separacin, lavado y empaquetado. MEDIO DE PRODUCCIN Como ya se mencion la materia prima elemental de eleccin es la melaza de remolacha o de caa o ambas en conjunto, cuando se las dispone. Los aspectos fundamentales a considerar son la disponibilidad y la composicin de la melaza incluyendo la presencia de inhibidores o substancias extraas que pueden contener. En la tabla 5 figura la composicin media de las melazas de caa y remolacha. La sacarosa es el azcar predominante en ambas melazas. La materia orgnica no azcares en la melaza de caa est compuesta fundamentalmente por gomas solubles y cidos orgnicos sobre todo acontico y compuestos nitrogenados. En el caso de la melaza de remolacha los no azcares estn constituidos por un mayor porcentaje de compuestos nitrogenados como betana y cido glutmico y algunos cidos orgnicos como lctico, mlico, actico y oxlico. En las cenizas predomina en ambas melazas el K, teniendo mayor porcentaje de fsforo la melaza de caa que la de remolacha.

Es interesante comparar el contenido de las vitaminas de ambas melazas por la importancia que tienen estos compuestos en la produccin de levadura. Como puede verse el contenido de biotina es superior en la melaza de caa y el de pan totenato de Ca en la remolacha. La melaza de remolacha tiene mayor cantida de compuestos nitrogenados asimilables. Es por ello que los fabricantes prefieren, si tienen disponibilidad suficiente, utilizar mezclas de ambas melazas. Con respecto a componentes extraos (que pueden afectar el rendimiento) se han detectado en las melazas algunos pesticidas en el caso de melazas de caa como lindane, aldrin, heptaclor, dieldrin, etc. en cantidades variables desde 0.21 mg trazas hasta 1 kg en el caso del lindane en melazas de caas de Honolulu. Las melazas se utilizan generalmente diluidas al 50%. Como los compuestos coloidales de la melaza de caa pueden causar problemas en las varias etapas del proceso de fermentacin, el mosto es casi siempre clarificado. La clarificacin puede hacerse antes o despus de la esterilizacin, que se realiza en la ltima etapa por inyeccin de vapor directa, a la presin atmosfrica en la mayor parte de los casos.

La clarificacin se realiza fundamentalmente con la ayuda de centrfugas intermitentes. Se han mencionado como ventajas de utilizar mostos clarificados que la levadura es ms fcil para prensar y secar y que adems, la clarificacin probablemente facilita la transferencia de O2 y reduce la formacin de espuma. La melaza es deficiente en algunos macro elementos como N, P, S, Mg, y tambin Zn en la mayora de los casos, por lo cual es necesario su agregado a los mostos. La cantidad de nitrgeno y fsforo a ser agregado depende de las prcticas comerciales. El nitrgeno puede representar entre el 6.5 y el 10% de la levadura seca y el P expresado como P 2O5 vara entre 1.5 y 3.5%. Ambos valores, sobre todo el contenido de nitrgeno, est relacionado con el poder fermentativo y la estabilidad de la levadura en el almacenamiento. El nitrgeno que se suministra generalmente como agua amoniacal y el P como cido fosfrico, son alimentados durante el proceso de acuerdo a programas de alimentacin que dependen de las prcticas comerciales. El Mg, S, y Zn son incorporados en forma de sulfatos. El MgS04 se suele incorporar a razn de 1 g de la sal heptahidratada y el Zn en una proporcin de 10 mg del sulfato tetrahidratado por Kg de melaza a fermentar. Si se utiliza melaza de remolacha es indispensable agregar biotina, lo que se hace adicionando la droga pura o preferentemente, como es ms econmica, en forma de destiobiotina. Es a menudo indispensable agregar tiamina y cido pantotnico.

PROCESO DE PRODUCCIN A MLTIPLE ETAPA

Un proceso tpico de produccin comprende una primera etapa (E1) que se realiza en frascos conteniendo medios de melaza o de malta con un 5% de azcares durante 2-4 das. A continuacin siguen 3 etapas consecutivas (E2, E3 y E 4) realizadas en "batch" en condiciones estriles en fermentadores en escala creciente hasta 30 m3.

El tiempo de la etapa E2 es normalmente 24 y las etapas siguientes 9-11h. El nmero de etapas a emplear depende de la cantidad de levadura a emplear en las etapas siguientes. La concentracin del sustrato inicial est entre 5-7.5% azcares. El factor crtico en esta etapa reside en la necesidad de emplear medios estriles para evitar contaminaciones prematuras que pueden perjudicar las etapas posteriores. Las etapas siguientes E5 y E6 se realizan empleando el sistema de "batch" alimentado y en condiciones de alta aireacin y con el mosto de melaza que ha sido sometido a un cocimiento a 100 C. Algunos fabricantes utilizan el inoculo proveniente de la E 4 para sembrar un nico fermentador, realizando as solamente una etapa (E5), siendo la razn principal de este procedimiento la necesidad de limitar al mximo la contaminacin que se puede producir en la etapa final. Tambin por ese motivo cuando se realiza la etapa E6, la anterior (E5) suele realizarse a menor pH, en tiempos cortos y altos valores de velocidad de crecimiento a expensas del rendimiento. La etapa final, que es la llamada comercial se conduce para aumentar la capacidad leudante, la estabilidad en el almacenamiento y maximizar tambin el rendimiento. Todo esto se logra manipulando algunos parmetros como el pH, aireacin y velocidad de alimentacin del medio. Esta ltima es particularmente importante, existiendo varios programas de alimentacin que tienen que considerar adems de maximizar el rendimiento, la calidad de la levadura a obtener relacionada con el poder fermentativo y la estabilidad.

En la figura se observan algunos programas de alimentacin de la melaza utilizados en la industria-. Para alcanzar rendimientos aceptables, que pueden ser cercanos al 0.5 g por g de azcar, la concentracin de la fuente de carbono debe mantenerse debajo de ciertos lmites (menor a 0.16 gl-1) para evitar la produccin de alcohol. El tiempo de proceso para la ltima etapa puede variar entre 10 y 20 h durante el cual la poblacin de levadura puede multiplicarse entre 6 y 7 veces. Un proceso correctamente conducido debe facilitar lo que se denomina "maduracin" de la levadura, que se logra manteniendo el mosto fermentado una hora ms despus del agregado de nutrientes con una aireacin muy suave. Durante este perodo, los sustratos no empleados hasta ese momento son asimilados, y las clulas con brotes completan su desarrollo.

SEPARACIN, LAVADO Y EMPAQUETADOAl final de la etapa de produccin comercial las clulas de levaduras son separadas por centrifugacin y lavadas en una o ms etapas. Las operaciones de lavado son realizadas para reducir los slidos no debidos a levaduras que pueden dificultar la filtracin y oscurecer el color de la levadura prensada. La eficiencia del sistema de lavado est determinada por la concentracin de los slidos de levadura, la cantidad del agua usada y el contenido de slidos del agua de dilucin que tiene importancia cuando el agua de lavado se utiliza en contracorriente a la crema de levadura. El proceso de separacin produce una crema de levadura ligeramente coloreada conteniendo hasta 22% de slidos debidos a clulas y prcticamente libres de otros materiales. La crema es almacenada en tanques agitados a 2-4 C con ajuste de pH a 2.5-3.5. Como la mayor parte de la levadura se vende como levadura prensada conteniendo entre 27 y 30% de materia seca, es necesario realizar una etapa de deshidratacin de la crema (que contiene un 18-22% de slido) hasta esos valores, lo que se efecta con filtros prensas o filtros rotatorios. Finalmente la levadura es extruda en forma de panes de peso variable segn las exigencias del mercado, que son envueltos en papel celofn o en otro tipo adecuado de papel. Otra forma de terminar el proceso de produccin es someter la crema de levadura a un filtrado y estrujado para producir partculas de 0.5 a 2 mm que son secadas en equipos de lecho fluidizado, lo que da origen a las llamadas levaduras secas activas o levaduras

instantneas con bajo contenido de humedad, que se envasan al vaco o en atmsfera de nitrgeno y que pueden conservarse por perodos prolongados a temperatura ambiente.

CONTROL DE CALIDADLa levadura prensada producida por el proceso descripto debe cumplir con las exigencias impuestas al cual est destinada, o sea para la panificacin. La funcin fundamental que debe cumplir es levar las masas preparadas con harina y conservar esas cualidades durante un tiempo adecuado. Existen diversas tcnicas de control que se utilizan para verificar la calidad de la levadura comercial. Todas se basan en la preparacin de una masa con harina, agua y sal, adems de levadura. En algunos casos se mide el tiempo en minutos que tarda en levar una masa preparada en una mezcladora en condiciones estandarizadas, que es colocada en un molde a temperatura de 30 C tomando como referencia un tope que est conectado a una alarma que suena cuando es alcanzado por la masa. En otro tipo de tcnica mejor cuantificada se mide el volumen de C02 desprendido en condiciones controladas, a 120 y 165 minutos despus de colocar la masa en un baln conectado a una bureta donde se va almacenando el C02 desprendido. Para evitar las diferencias entre las distintas harinas y tratar de lograr resultados ms reproducibles la IUPAC sugiri un mtodo basado en la utilizacin de una mezcla de almidn y goma garrofin (proveniente del fruto de la Seratonia siliqua) en lugar de harina. Otro ensayo importante est relacionado con el tiempo que la levadura conserva sus caractersticas, que se mide manteniendo el pan de levadura en estufa a 30 C.

BIOFERTILIZANTESINTRODUCCIN La agricultura, junto con la ganadera, ha sido siempre la base de la alimentacin, a pesar de la aparicin de la industria alimenticia en el siglo XIX, o tambin llamado el siglo de la iniciacin al desarrollo industrial de nuestros tiempos. Actualmente siguen teniendo una gran influencia, y desarrollando un papel fundamental, en la vida y entorno del ser humano ya sea como: Fuente de materias primas: En los pases desarrollados. Como centro de la alimentacin: En los pases subdesarrollados. Por todo esto no nos es de extraar que se hayan buscado mtodos para mejorar el desarrollo de todos los fertilizantes ms efectivos para el desarrollo actual de la agricultura mundial. En esta bsqueda por los fertilizantes influyen una gran cantidad de factores: Factores econmicos. Factores ecolgicos. Factores de productividad, Etc.

Debido a todas las investigaciones existentes en los distintos Campos de las Ciencias: En el Campo de la Qumica, en el de la Biologa, en el campo de la Microbiologa, etc. La aparicin de los biofertilizantes en los Pases Industrializados y Desarrollados ha sentado como base en la investigacin para la formacin de los fertilizantes, la premisa que siempre se debe tener presente y con carcter prioritario: El bajo coste de produccin y su menor ndice cuntico en lo que respecta al grado de afectacin y repercusin a su uso en el Medio Ambiente.

TIPOS DE BIOFERTILIZANTES Un biofertilizante es un producto que est formado por microorganismos vivos o en estado de latencia (esporas), capaces de realizar las siguientes funciones: Fijar Nitrgeno. Movilizar Fsforo. Potenciar la accin de algunos Nutrientes. Producir sustancias activas.

Los biofertilizantes se utilizan directamente sobre la semilla o tambin sobre el suelo, con el objetivo de mejorar los procesos fisiolgicos que producen el crecimiento de las plantas. 1. Fijadores de Nitrgeno Los fijadores de Nitrgeno son microorganismos con capacidad de transformar el Nitrgeno del ambiente en molculas que la planta podr utilizar para su propio crecimiento. Para ello necesitan: - El enzima Nitrogenasa. - Un agente reductor potente ( Ferredoxina reducida , NADH , NADPH) - Una fuente de energa (ATP) - Bajo nivel de oxigeno. Estos biofertilizantes se usan cuando en los suelos de cultivo, no existen las cepas especficas de microorganismos capaces de establecer una buena asociacin con la planta hospedadora. Los microorganismos usados pueden ser de dos tipos: I. Los Simbiontes: Son microorganismos capaces de introducirse en las races de las plantas, para inducir a la formacin de un ndulo, para as darse el proceso de fijacin del nitrgeno (N2). Son los Rhizobios, en los cuales se descubri que haba dos tipos de genes: * Los genes Estructurales Nod * Los genes Reguladores Nod.

Estos genes eran los responsables de la formacin del canal de infeccin, ya que su expresin resulta en la produccin de Lipooligosacridos especficos, que realizan la funcin de deformar los pelos de la races de las plantas. Tras la entrada en las races se expresan los genes Fix, que intervienen en la fijacin del Nitrgeno (N2). La infeccin tiene lugar en los extremos de los pelos radicales jvenes. Se forma un tubo infectivo que traspasa las paredes celulares de la epidermis y de la corteza. Los ndulos formados se deben a la divisin de las clulas tetraploides (y las diploides vecinas) ,as como a las excrecencias tisulares provocadas por los rhizobios. Estos aumentan, entre 1012 veces su volumen, y cambian de forma, son los bacteroides. A continuacin se muestra la secuencia de las etapas que tienen lugar durante la infeccin de una planta por los rhizobios: 1-Multiplicacin de Rhizobium cerca de la raz. 2-Reconocimiento de la raz (se hace por medio de unas lecitinas). 3-Unin de la bacteria a la clula radical (tambin por las lecitinas). 4-Expansin de los pelos radicales. 5-Movimiento de los pelos dando una curvatura. 6-Formacin del filamento de infeccin (intervienen tres tipos de enzimas: peptinasas, hemicelulasas y celulasas). 7-Crecimiento del filamento. 8-Ramificacion del filamento por distintos tipos de celulas. 9-Desarrollo del meristemo. 10-Salida de las bacterias del filamento. 11-Desarrollo del bacteroide. 12-Sintesis de leghemoglobinas y nodulinas.

13-Reduccion de nitrgeno a amoniaco. 14-Otras Funciones bioqumicas y fisiolgicas complementarias. 15-Persistencia de la funcin nodular. Azospirillum brasilense es una bacteria que forma simbiosis con diferentes gramneas pero que no llega a producir estructuras especializadas. Sin embargo, el aumento en el crecimiento de las plantas no se produce por el aprovechamiento del nitrgeno fijado por la bacteria sino que se mejora la captacion de nutrientes del suelo por un aumento en las races. Tanto Azospirillum brasilense como A. lipoferum estn asociados a la caa de azcar. La simbiosis en las plantas no leguminosas se produce por el gnero Frankia (generalmente al aliso, Alnus). II. De vida libre Estos microorganismos no son capaces de entrar en las races por sus propios medios, pero s fijan el nitrgeno (N2). Debido a que la relacin con la planta no es tan ntima como en los simbiontes, el grado de aprovechamiento del nitrgeno (N2), tambin ser menor. En ambos tipos de microorganismos, la que est encargada de realizar la funcin de reducir el Nitrgeno en Amonio es la enzima Nitrogenasa. Esta enzima se desnaturaliza e inhibe irreversiblemente por la accin del Oxgeno (O2). Los organismos de vida libre evitan esto por tener una baja tasa de respiracin, mientras que los microorganismos simbiontes, almacenan la enzima en orgnulos especiales llamados cistos. Los gneros capaces de fijar nitrgeno son: -Clostridium -Azotobacter -Aerobacter

-Achromobacter -Klebsiela Algunas bacterias, entre ellas las del genero Azotobacter necesitan la presencia de molibdeno para poder fijar el nitrgeno. Tambin es importante la fijacin de nitrgeno por parte de las cianobacterias en los campos de arroz (30-50 Kg. de nitrgeno /ha/ao). Los usos de estos biofertilizantes son: Con el fin de aumentar la produccin, en el mbito agrcola. Promocin de la vegetacin, con el fin de disminuir las zonas desrticas. Para reducir la erosin de los suelos. Con el objetivo de facilitar las reforestaciones.

2. Movilizadores de Fosfatos Estn formados por hongos que son capaces de establecer simbiosis con las plantas. Estas asociaciones son de dos tipos: Tipo Ectomicorrizas:

Se forma una vaina alrededor de las races. Se suelen dar en los rboles y arbustos. Los hongos son: Ascomicetos y Basidiomicetos. Tipo Endomicorrizas:

Son asociaciones de hongos que invaden el tejido de las races. Pueden darse en Ericaces y en Orchidceas o las llamadas micorrizas vesculo arbusculares (V.A.), por la forma de las estructuras que producen en la raz. Estas ltimas se producen por Ficomicetos de la familia Endogonceas y las plantas agrcolas que las sufren son de las familias de las gramneas y de las leguminosas. Estos hongos son capaces de realizar las siguientes funciones: Movilizan los fosfatos, para que la planta se valga de ellos. Es importante en zonas prximas a las races que presentan dficit de fosfatos y en las plantas que tienen las races muy poco desarrolladas.

Aumentan la absorcin de elementos traza Zn. Cu. Aumentan los niveles de hormonas de crecimiento. Mejoran la nodulacin y fijacin de nitrgeno por los Rhizobios.

Tambin existen bacterias capaces de movilizar fosfatos como son los gneros: Bacillus. Pseudomonas. Artrobacter.

El problema es que no son bacterias simbiontes por lo que solo las que tienen la capacidad de fijarse en la raz son las importantes a nivel agrcola. PROCESOS 1. Fijadores de Nitrgeno El primer mtodo utilizado como fijador de Nitrgeno, fue el de transplantar los suelos de mejor produccin a otras zonas agrcolas; pero se necesitaban grandes cantidades de tierra, para llevar a cabo dicho proceso. Despus se desarroll el mtodo de la Inoculacin de semillas, que consiste en poner en contacto grandes cantidades de rhizobios con las semillas, para facilitar la nodulacin. Las bacterias deben sobrevivir hasta que se forme el ndulo y debe tener un nmero suficiente para conseguir dicho procedimiento. Se pueden usar directamente los rhizobios cultivados en medios como el extracto de levadura Agar Manitol. Sin embargo este mtodo no sirve, si se secan las semillas. Este problema se puede evitar con el mtodo de los Inoculantes de Turba, si se hace crecer los rhizobios en un fermentador a 25 28 grados centgrados, con Carbonato clcico (CaCO3) para controlar el pH. Cuando la cantidad de bacterias es suficientemente alta, se pasan al transportador de turba, el cual ha sufrido un procesamiento de: secado, pulverizado, tamizado y neutralizado del pH.

Hay otros materiales que se han usado, como los transportadores, pero con menos xito que la turba; algunos son: Harina, paja, levadura o azcar. Sedimentos de ros (Nilo) y Nutrientes. Suelos de cenizas o de carbn vegetal. Maz, piedra caliza, superfosfatos y nitrato de Amonio.

Los mtodos de Inoculacin pueden ser: Pelletizacin de semillas:

Se utiliza goma arbiga al 40%, para mejorar la supervivencia de las bacterias durante el secado de las semillas. Se aade Carbonato Clcico y se produce la mezcla y formacin de los pellets. Tras ello se pondr en contacto con la semilla, para asegurar la viabilidad de las bacterias. Modernos inoculantes de tierras:

Son inoculantes con grnulos porosos formados a partir de yeso humedecido y a 02% de carboximetilcelulosa sdica turba. Con ello se evitan problemas como: *Fungicidas y pesticidas presentes en semillas. *Antibiticos naturales. *Suelos secos, etc.

2. Movilizadores de Fosfatos: Primera tcnica es aislar las esporas del suelo: Para ello se lavan las races y se criba el material obtenido hasta separar las partculas de un dimetro de 70 o 100 micras. Segunda tcnica consiste en inspeccionar el residuo de la criba con el microscopio para determinar la morfologa, que es de carcter taxonmico. Tercera tcnica que tambin se puede dar es aislar con trozos de races.

Cuarta tcnica para la produccin de inculos a gran escala consiste en infectar las plantas hospedadoras con las esporas o con trozos de raz que tenga micorrizas V. A. con el fin de formar una gran poblacin de esporas que puedan usarse como Inculo. Quinta tcnica es necesaria que las races estn libres de enfermedades para lo cual se usa la tcnica de Nutrientes en Capa. A esta tcnica de crecimiento se le aaden las esporas o races con micorrizas en las capas de Nutrientes. Se suele utilizar esta tcnica para realizar las producciones agrcolas de los Nutrientes como son: la cebolla, el maz, la juda, la lechuga, etc. Los inculos son tan buenos como los obtenidos por otros mtodos, sin embargo necesitan ms tiempo para que se produzca la asociacin entre el hongo y la raz. Los mtodos de inoculacin son: Se pone en contacto el inculo con la semilla. Es muy simple, pero tiene poca efectividad. Formacin de pellets. Perforacin fluida. El inculo se suspende en 4% de metilcelulosa y se coloca en los surcos de tierra. Se obtienen los mismos resultados que con los pellets, 65-70% de plantas infectadas, pero es mejor ya que se necesita menos cantidad de inculo. BIOFERTILIZANTES vs. FERTILIZANTES INDUSTRIALES La utilidad de los fertilizantes para el cultivo de los suelos por parte del ser humano y teniendo en cuenta la enorme demanda existente en todos los pases de nuestro planeta, por los productos alimenticios y aprovechando el auge del comercio tanto interior como exterior entre las naciones; hace que se formen corrientes de carcter positivo o negativo, del uso de los biofertilizantes contra los fertilizantes industriales. Durante mucho tiempo el Ciclo global del Nitrgeno ha permanecido inalterado ya que segua los procesos naturales; pero actualmente con la aparicin de los fertilizantes industriales, se ha visto desequilibrado.

Los microorganismos producen la desnitrificacin de los suelos que devuelve el nitrgeno a nitrgeno atmosfrico. Este proceso, as como la fijacin biolgica del nitrgeno, se inhibe por el nitrgeno mineral. Con la utilizacin de los biofertilizantes, se disminuye la cantidad de nitrgeno mineral, adems se necesita la mitad de producto, ya que la utilizacin del nitrgeno fijado biolgicamente es mayor. Otras ventajas que presenta el uso de biofertilizantes son por ejemplo, la mayor rapidez con que las plantas aprovechan el nitrgeno. Se trata tambin de evitar los procesos de produccin de fertilizantes que puedan afectar al medio ambiente. Los costes de las tcnicas de inoculacin no son elevados y su simpleza para los sistemas agrcolas facilita su uso. Por todo esto se est investigando con el fin de aumentar el rendimiento de los biofertilizantes y tiende a desplazar de los campos agrcolas el uso de fertilizantes qumicos. BIOFERTILIZANTES DE USO EN LA PRODUCCIN AGRCOLA 1. Fijadores de Nitrgeno Entre los fijadores de nitrgeno que se utilizan en la produccin agrcola actualmente encontramos los siguientes fijadores, donde se especifica el porcentaje de produccin y su utilidad. Azotobcter: Suministran el 15-50% del nitrgeno necesario y se utiliza en el trigo, maz, arroz, hortalizas, pltano. Rhizobium: Proporcionan el 75/80% de nitrgeno en los frijoles, en el man. En la soja, en las leguminosas, en las forrajeras... etc. Bradyrhizobium: Tiene las mismas aplicaciones que el rhizobium y con los mismos efectos. Azospirillum: Sustituye un 25% de fertilizantes en arroz y un 50-100% en caa.

2. Movilizadores de fosfato Los movilizadores que se usan en la produccin agrcola para aplicarlos a los distintos productos de la agricultura son: Hongos micorrizgenos V. A.

Pueden usarse distintas mezclas de hongos. Se aplican a frutales, hortalizas, leguminosas, tubrculos, caf, gramneas, etc. Azotobcter:

Administrado junto con otras bacterias movilizadoras de fosfato. Aumentan el rendimiento de los productos alimenticios que se cultivan en la agricultura actual.

BIOTECNOLOGIA DEL PETROLEOA medida que ha sido posible trasformar genticamente a los seres vivos y hacer intercambio de material gentico entre especies, se han generado nuevos procesos, entre ellos la aplicacin de la biotecnologa a la industria petrolera. Hoy, se reconoce la necesidad de introducir tecnologas limpias en el procesamiento del petrleo, reducir el consumo energtico y disminuir la contaminacin. Por ello, la biotecnologa ha empezado a ser utilizada en proyectos de investigacin que permitan el bioprocesamiento del petrleo disminuyendo la contaminacin; por ejemplo, la remocin biolgica de azufre por bacterias; la remocin de metales por enzimas y la transformacin de asfltenos en crudo ms ligeros por accin biolgica. Se logra un doble propsito; el producto tiene mayor valor agregado y el bioproceso es ms limpio y barato. Otra rea de la industria petrolera en la que se investiga y que utiliza procesos biolgicos aerbicos y anaerbicos es la biorremediacin de efluentes, aguas residuales y sitios contaminados con hidrocarburos o subproducto petroleros. Tambin se ha empezado a utilizar la biorremediacin de compuestos orgnicos txicos o desagradables, por medio de bacterias presentes en un filtro cuya actividad metablica transforma y/o elimina estos compuestos. La biorremediacin de suelos contaminados con petrleo es desarrollada para limpiar y/o disminuir el contenido de hidrocarburos de diferentes niveles de toxicidad presente en los suelos despus de ocurrir un derrame; son numerosas las metodologa biolgicas que se utilizan con este propsito, pero todos estn basadas en la capacidad de los microorganismo de biotransformar compuestos orgnicos, por lo general hacia productos menos txicos o de ms fcil degradacin. La contaminacin de suelos puede ser suscitada por elementos como pesticidas o metales pesados, o contaminados por hidrocarburos. En el mundo se han implementado diversos mtodos de descontaminacin de suelos, siendo el ms empleado en el que se aplica tcnicas fisicoqumicas, con la desventaja de ser muy costoso y que puede emplear mucho tiempo en ver resultados. Por otra parte se encuentran las tcnicas biolgicas, o denominadas de biorremediacin que cuentan con la participacin de organismos vivos, lo que se traduce en menores costos de inversin y con resultados y tiempos alentadores. Una ventaja ms frente al implemento mtodos fisicoqumicas es que la biorremediacin es mas "amigable" con el suelo a tratar, ya que no produce efectos secundarios.

Existen algunos microorganismos (bacterias) que tienen la capacidad de usar a los hidrocarburos contaminantes como fuente de carbono y energa, es decir, para alimentarse, y que una vez, aprovechados son desechados en forma de CO2 y agua. Entre algunas de las bacterias

"comedoras" de este hidrocarburo se tiene las Pseudomonas, Arthrobacter, Actinomyces, Arerobacter, Flaviobacterium, y Corynebacterium. Estos microorganismos "mastican" el petrleo y devuelven al medio sustancias simples que dejen de ser dainas, como dixido de carbono y otros productos ofensivos. Entre la tecnologa de biorremediacin se cuenta con la llamada bioaumentacin en la que al medio contaminado se le adicionan microorganismos (adems de los que de manera natural contenga) con la capacidad de degradar los hidrocarburos existentes. Las bacterias pueden ser autctonas (de la misma microflora de la zona) y exgenas, es decir que son trados de otro ecosistema y que se adaptan a nuevas condiciones. Esta tecnologa se llega a emplear cuando la microflora del suelo no tiene los elementos suficientes para degradar los contaminantes. Bioestimulacin Es una tecnologa ms empleada por cientficos del mundo. En sta se introduce al sistema (que tambin puede ser en un medio acuoso) nutrientes o fuentes de nitrgeno o fsforo necesarios para que el microorganismos active su metabolismo. Esta tcnica puede ser aplicada en combinacin con la anterior. Una ms es la llamada bioventeo, que surge de una tecnologa fisicoqumico denominada venteo, en la que se inyecta oxgeno al suelo afectado y se arrastra al contaminante haca afuera. Aqu, las bacterias requieren de oxigeno (aerobias) para degradar las contaminantes. A su vez, la reconocida como Biorremediacin es una de las tecnologas ms innovadoras del mundo, en la que con el uso de plantas verdes se efecta la biorremediacin. Esta puede ser enfocada a compuestos orgnicos e inorgnicos. En ambas, las plantas verdes absorben los contaminantes, los mantienen en estructura y los degradan. De all, se desprende la fitofiltracin para limpiar mantos acuferos, donde la raz absorbe los contaminantes y los acumula en el cuerpo de la planta, En la misma clasificacin se encuentra la fitovolatilizacin (tambin para compuestos orgnicos), donde la planta absorbe el contaminante, lo transporta por su estructura por medio de sus hojas lo volatiliza. La rizorremediacin, donde no es precisamente la planta la que efecta la biorremediacin, sino sus races. El radio que en el subsuelo abarca la raz llamado rizosfera, habitad adecuado para ciertos microorganismos, ya que la raz va excretar

enzimas, polisacridos y dems nutrientes que aprovecha la bacteria que degrada los hidrocarburos. Al igual que los mtodos antes mencionados, la denominada atenuacin natural se lleva a cabo en el sitio en que la contaminacin se presenta (in situ). Aunque no es identificada como tecnologa por muchos cientficos, en sta se deja que el suelo contaminado se recupere por si solo sin que intervenga el hombre. Es importante hacer mencin que las autoridades deciden que tcnica aplicar una vez identificados factores como el uso del suelo (si es industrial o habitacional), as como si afecta a mantos acuferos cercanos, el costo y el tiempo de recuperacin, entre otros. TCNICAS FUERA DEL SITIO Los cientficos ecolgicos tambin han experimentado con tcnicas de biorremediacin fuera del sitio afectado. De esta forma se origina la llamada composteo, en la cual se extrae una fraccin de suelo contaminado y se le agrega materia orgnica como hojarasca de coco o caa, con lo que el suelo se convierte en poroso, aporta nutrientes y en ocasiones microflora. En esta categora se ubica tambin a los biorreactores. Aqu tambin se extrae una porcin del suelo y se ubica en su sistema cerrado e donde se llevar a cabo la degradacin. En este reactor se tiene control de temperatura, humedad, nutriente, microorganismos y ms. De igual manera se contempla el uso de un lismetro, es decir, una extensin de suelo extrado de su medio, que es limitado o cercado, y donde se pueden monitorear los resultados de la aplicacin de las tres tcnicas mencionadas.

BIORREFINACIN La biorrefinacin tiene como objetivo la transformacin del petrleo y del gas natural por medio de biotecnologas para darles un valor agregado que permita un desarrollo sostenible, sustentable y respetuoso del medio ambiente. La biorrefinacin se encarga de cubrir diversas necesidades que la refinacin tradicional no puede llevar a cabo, debido a los altos costos de inversin y operacin. Los compuestos rgano azufrados, nitrogenados y los metales representan los constituyentes del petrleo que contribuyen a la contaminacin ambiental, la lluvia cida, la corrosin de equipo y el envenenamiento de catalizadores. En consecuencia, diversas investigaciones que utilizan biotecnologas se han dirigido a la reduccin del contenido de stos compuestos en los combustibles. De esta forma, se han identificado varias cepas que eliminan selectivamente los tomos de azufre y nitrgeno en un 73% y 68%, respectivamente. Por otro lado, se patent recientemente un proceso para eliminar los metales presentes en combustibles (vanadio y nquel) por medio de biocatlisis. En la industria petrolera, la valoracin de los residuos de destilacin y de crudo pesado presenta un gran problema debido a la presencia de asfaltenos. ltimamente, laboratorios como el Oak Ridge Nacional Laboratory, Lawrence Berkeley Nacional Laboratory y el IMP se han interesado en el desarrollo de biotecnologas biolgicas para romper las estructuras asfaltenicas (biocracking) en compuestos de menor peso molecular, y as obtener un petrleo ligero fcilmente procesable y de mayor valor.

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