DEL LABORATORIO A LA INDUSTRIA: UNA PROPUESTA PARA CREAR BIOPROCESOS SOSTENIBLES

Rodolfo Murrieta-Dueñas, Jazmín Cortez-González, José Luis Soto-Alcocer, Alberto Ayala-Islas, Yulissa M. Espinoza-Vázquez, Juan Gabriel Segovia-Hernández

Resumen


La ingeniería química ha comenzado a adentrarse, de forma progresiva y relativamente reciente, en un terreno fascinante: el diseño de procesos que emplean microorganismos para producir sustancias de interés industrial, farmacéutico o ambiental. Tradicionalmente, el diseño, la síntesis y la simulación de procesos han sido herramientas propias de la ingeniería química aplicadas a sistemas donde predominan las reacciones químicas convencionales. Sin embargo, cuando entran en juego los microorganismos (MO), el panorama cambia radicalmente. Estos diminutos seres vivos se alimentan de compuestos orgánicos, denominados sustratos, y, si se les proporciona el entorno adecuado (temperatura, pH, agitación, concentración de nutrientes, entre otros), pueden transformarlos en productos de alto valor agregado, como enzimas, antibióticos, bioplásticos o biocombustibles. El reto radica en que, a diferencia de los procesos químicos tradicionales, los bioprocesos dependen de organismos vivos con comportamientos complejos, y la mayor parte de los conocimientos disponibles proviene de experimentos realizados a pequeña escala en laboratorio. Esto dificulta el escalamiento de dichos procesos al nivel industrial. Para enfrentar este desafío, se propone una nueva metodología de síntesis de bioprocesos inspirada en el conocido diagrama de cebolla utilizado para diseñar procesos químicos. En esta versión adaptada, el microorganismo ocupa el núcleo central del diagrama como elemento clave del proceso. La siguiente capa corresponde al diseño del biorreactor, equipo en el que crecerán los microorganismos. Posteriormente, se conservan las capas clásicas del diagrama (separaciones, integración energética y servicios auxiliares), pero se incorpora una nueva capa dedicada a la seguridad del proceso, la sustentabilidad y la sostenibilidad. Esta última capa tiene como objetivo evaluar el desempeño integral del bioproceso más allá de la conversión química o biológica, integrando criterios ambientales, económicos y sociales desde las primeras etapas del diseño. En ella se consideran indicadores como la intensidad de uso de materiales, el análisis de ciclo de vida y la evaluación integral de procesos, los cuales permiten comparar rutas metabólicas y analizar el diseño sostenible de biorefinerías. Esta estrategia permite visualizar y organizar los factores críticos que intervienen en la producción biotecnológica, desde la relación entre la cinética microbiana y las condiciones de operación hasta la modelación matemática del biorreactor y las operaciones de purificación necesarias para obtener el producto final. Con ello, se busca facilitar la transición de los bioprocesos desde el laboratorio hasta la escala industrial de manera sistemática, segura y sostenible.

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