CONSTRUCCION DE UNA PLANTA PARA LA PRODUCCION DE ANTIBIÓTICOS

ASESOR: JOSÉ URIEL ARECHIGA VIRAMONTES

ALUMNO: JUAN LUIS PAREDES RAMÍREZ

MATRICULA: 200320575

ÍNDICE: 1. Resumen ejecutivo.

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2. Justificación.

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3. Introducción.

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3.1. Reseña histórica. 3.1.1 Estructura química de la penicilina.

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3.2. Vía metabólica.

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3.3. Características generales de los hongos filamentosos, género Penicillium. 3.3.1. Función de la biosíntesis de antibióticos en los hongos filamentosos.

4. Generalidades

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4.1. Producción industrial de penicilina por Penicillium chrysogenum.

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4.2. Productividad de la fermentación.

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4.3. Fermentación sólida. 4.3.1. Sistemas de fermentación en estado sólido. 4.3.2. Nuevas aplicaciones.

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5. Objetivos.

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5.1. General.

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5.2. Particulares.

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6. Ubicación de la Planta.

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6.1. Análisis de estados.

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6.2. Análisis de lugares.

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6.3. Ubicación final

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6.4. Factor de servicio de planta

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7. Entorno ambiental.

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7.1. Legislación ambiental vigente, normas y perspectivas. 7.1.1. Normas para residuos peligrosos y municipales 7.1.2. Normas para contaminación por ruido

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8. Estudio del mercado y conocimiento de la industria en cuestión.

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8.1. Industria farmacéutica 8.1.1. La industria de medicamentos en México 8.1.2. Estudio del PIB

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8.2. Estudio de mercado 8.2.1. Mercado mundial 8.2.2. Mercado mexicano

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8.3. Estudio de la demanda de la penicilina en México

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8.4. Proyecciones de la demanda a futuro.

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9. Desarrollo experimental

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9.1. Material y Métodos 9.1.1. Equipo 9.1.2. Reactivos

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9.2. Microorganismos 9.2.1. Cepas fúngicas 9.2.2. Cepas bacterianas

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9.3. Conservación de los microorganismos.

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9.4. Medios de cultivo 9.4.1. Medios de cultivo para Penicillium chrysogenum.

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9.5. Producción de penicilina en medio líquido y sólido. 9.5.1. Cosecha de esporas de Penicillium. 9.5.2. Obtención del Inóculo.

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9.6. Condiciones para la producción de Penicilina por fermentación líquida. 9.6.1. Extracción de las muestras en medio líquido.

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9.7. Condiciones para la producción de Penicilina por Fermentación sólida. 9.7.1. Pretratamiento del soporte sólido. 9.7.2. Obtención del medio de cultivo sólido.

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9.8. Producción.

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9.9. Extracción de las muestras en medio sólido.

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10. Resultados.

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10.1. Producción de penicilina en sistema de fermentación líquida. 10.1.1. Análisis del pH en la producción de penicilina en sistema de fermentación liquida. 10.1.2. Producción de biomasa en sistema de fermentación líquida.

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10.2. Producción de penicilina en sistema de fermentación sólida. 10.2.1. Análisis del pH en la producción de penicilina en sistema de fermentación sólida. 10.2.2. Producción de biomasa en sistema de fermentación sólida.

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11. Discusión.

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11.1. Análisis de graficas

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12. Elección de proceso.

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12.1. Aspectos Generales de Producción

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12.2. Producción de penicilina 12.2.1. Diagramas de Tecnologías

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12.3. Análisis de ventajas y desventajas de las tecnologías 12.3.1. Análisis cualitativo

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12.4. Selección del reactor 12.4.1. Análisis cuantitativo 12.4.2. Análisis cualitativo

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13. Diseño de equipo

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13.1. Características relevantes en el diseño y suministro de los equipos.

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14. Evaluación toxicológica.

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15. Características fisicoquímicas.

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16. Bibliografía

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1. Resumen ejecutivo La penicilina es un producto que se utiliza actualmente como un antibiótico, para curar enfermedades infecciosas y que es su mayoría de las veces no produce reacciones secundarias, este medicamento puede ser de aplicación subcutánea y vía oral Las sales de Penicilina que se fabrican actualmente permiten conservarlas en estado sólido sin necesidad de refrigeración. Después de llevar a cabo un análisis de mercado para este fármaco, pudimos darnos cuenta que la demanda de este en México es de 288 Ton/ año, con una tasa de crecimiento que oscila entre 2 y 3 %. Al ser tan poca esta demanda la planta se ha propuesto cubrir, un mercado meta del 32.23 %, por lo que el escenario a considerará para este es el optimista. A pesar de que el porcentaje del mercado meta a cubrir es grande y hay un mayor riesgo, el objetivo principal de este proyecto es ver la posibilidad de desplazar el producto extranjero ofreciendo a nuestros clientes un producto de mejor calidad, barato y sin necesidad de hacer tramites de importaciones, al consumir un penicilina hecha en México. Una vez realizado el estudio de mercado y después de analizar mediante varias variables con la ayuda de la macro y la micro localización, se pudo tomar la decisión de instalar la planta productora de antibióticos en el parque industrial El Convento, ubicado en el estado de México localizado a un lado de la caseta de cobro de la autopista MéxicoQuerétaro, en Tepotzotlán y a unos minutos de Cuautitlan y Ecatepec.

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2. Justificación Las enfermedades del tracto respiratorio superior son responsables de una buena parte de las consultas urgentes y de atención primaria, por parte de niños y adultos. De ellas, las infecciones del tracto respiratorio superior representan la primera causa de muerte en menores de cinco años. Las estadísticas demuestran que todo niño durante su edad escolar padece en promedio de 3 a 7 episodios de infección respiratoria alta por año, con una severidad que varía de acuerdo a la patogenicidad de los microorganismos implicados, el estado general de salud y nutrición del individuo y la capacidad de respuesta de su sistema inmune. La otitis es una enfermedad viral producida por bacterias y se presenta durante la edad pediátrica la otitis media representa cerca de 25 millones de consultas por año, con costos para los sistemas de salud cercanos a los tres billones de dólares. Las estadísticas indican que más de 70% de los niños van a experimentar un episodio de otitis media antes de cumplir 7 años de edad, con un pico de incidencia entre seis meses y tres años, fenómeno que es fácilmente explicable por la presencia durante dicho periodo de varios factores de riesgo que promueven su desarrollo, entre los que destacan la aparición frecuente de infecciones del tracto respiratorio y la disfunción anatómica y funcional de las trompas de Eustaquio. Los individuos propensos a las infecciones estafilo-cócicas son los recién nacidos, las mujeres en período de lactancia, las personas con enfermedades crónicas (especialmente afecciones pulmonares, diabetes y cáncer), las que presentan afecciones cutáneas e incisiones quirúrgicas y aquellas cuyos sistemas inmunológicos están inhibidos por el uso de corticosteroides, radioterapia, fármacos inmunodepresores o medicaciones anticancerosas. La penicilina es un antibiótico con un alto margen de seguridad, porque actúa en estructuras de las bacterias que no están presentes en la célula humana” usado, especialmente en infecciones estafilocócicas, como Ántrax, en heridas y quemaduras infectadas, en el tratamiento de infecciones neumocócicas como neumonía, pleuritis y endocarditis neumocicas, en enfermedades estreptocócicas como infección puerperal, peritonitis. En infecciones gonocócicas como gonorrea, sífilis, en la Verruga peruana, profilácticamente en obstetricia y antes de las intervenciones quirúrgicas. Se considerada como una droga antibiótica de poca toxicidad, fue desplazada por otros antibióticos para infecciones por gérmenes que desarrollaron resistencia. Todo este análisis nos dirige a llevar a cabo un proyecto en donde se pueda satisfacer las demandas del producto y mejorar el costo a un nivel de calidad aceptado, así como el desplazar el producto extranjero.

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3. Introducción 3.1. Reseña Histórica La penicilina fue descubierta por el bacteriólogo Alexander Fleming, en el St. Mary’s Hospital de Londres, el cual dio cuenta de su hallazgo en una comunicación publicada en 1929 en el British Journal of Experimental Pathology. Sin embargo, no se consideró seriamente hasta 1940, cuando en la universidad de Oxford el profesor Howard Florey y el bioquímico Ernst Chain consiguieron producir y presentar la penicilina en una forma utilizable. Una serie de empresas del Reino Unido reconocieron su utilidad para el tratamiento de heridas de guerra y comenzaron a fabricarla a partir de cultivos de Penicillium desarrollados en botellas de vidrio. Las cantidades producidas eran insuficientes, por lo que Florey se desplazó a Estados Unidos para convencer a las compañías farmacéuticas de que fabricaran penicilina. La empresa química estadounidense Pfizer, de Brooklyn, que fabricaba ácido cítrico mediante la fermentación de melazas, después de muchas investigaciones adaptó dicho proceso para producir penicilina. Después de la guerra, los tres científicos recibieron el Premio Nobel por sus trabajos, y la penicilina pasó a estar disponible en todo el mundo.

Figura1. Fleming en su laboratorio En los tiempos previos al “descubrimiento” de la penicilina, Alexander Fleming se encontraba investigando sobre el crecimiento y las propiedades de los estafilococos en el hospital Saint Mary de Londres. Para ello cultivaba Staphylococcus aureus sobre agar en placas de Petri y frecuentemente dejaba las placas descubiertas para permitir que los posibles contaminantes del aire crecieran sobre el agar. En septiembre de 1928 Fleming descubrió que una de las placas se había contaminado con una espora fúngica y que en las proximidades del micelio del hongo habían desaparecido prácticamente todos los estafilococos. Fleming fue capaz de interpretar correctamente este hecho, y en esta explicación radica buena parte del enorme esfuerzo que posteriormente se aplicará a la producción de antibióticos con fines terapéuticos, concluyendo que probablemente el hongo produce una sustancia bacteriolítica que difundiría a través del agar [1]. Si se cultivaba el hongo en medio líquido y a continuación se retiraba el micelio por filtración conseguía detectarse la presencia de la sustancia activa en el medio de cultivo. Fleming identificó el hongo contaminante como Penicillium rubrum y por ello denominó penicilina al caldo de cultivo obtenido tras el crecimiento del hongo y la filtración del micelio. En 1932, el micólogo americano Charles Thom identificó la “cepa de

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Fleming” como Penicillium notatum [2]. A continuación, Fleming estudió la sensibilidad de varias cepas bacterianas a dicha sustancia antibacteriana en placas con agar, encontrando que un buen número de especies patógenas para el hombre eran sensibles a este filtrado: estafilococos, estreptococos, neumococos y gonococos entre ellas. Determinó, asimismo, que diluciones 1:800 de este filtrado eran suficientes para inhibir el crecimiento de los cultivos bacterianos y que no era irritante ni tóxico en tejidos animales de conejo, ratón o de humano. La penicilina era el primer producto conocido más dañino para las bacterias que para los leucocitos.

3.1.1. Estructura química de la penicilina. En 1941, cuando comenzaron los primeros ensayos clínicos con la penicilina, prácticamente no se conocía nada acerca de la naturaleza química de este compuesto, excepto que se trataba de una molécula relativamente pequeña, que se extraía en su forma ácida con solventes orgánicos y que podía reextraerse en forma de sal en soluciones acuosas. Dos años después, Edward Abraham y Ernst Chain consiguieron cristalizar la penicilina F obtenida en Oxford en forma de sal sódica y fueron capaces de compararla con el compuesto producido en Estados Unidos, la penicilina G. Difería en que poseía un grupo bencilo en lugar de un grupo 2-pentenilo, lo que se debía a que el medio usado en las fermentaciones por las compañías americanas contenía líquido de maceración del maíz, este componente del medio de cultivo aportaba un precursor de la cadena de fenilacetilo. Posteriormente consiguieron degradar la molécula en tres componentes: un aminoácido (la penicilamina), un aldehido y CO2. En octubre de 1943 ya se empezaba a valorar la posibilidad de que la estructura química de la penicilina contuviera una b-lactama, lo que fue motivo de una seria polémica entre los que defendían esta estructura y los que encontraban a esta estructura como inaceptable y sugerían una estructura bicíclica tiazolidina-oxazolona. Dos años más tarde la polémica quedó resuelta, tras el análisis de cristalografía de rayos X de la molécula [3]. Figura l. Más de diez años después se conseguiría la primera síntesis racional de penicilina por métodos químicos, en el Massachusetts Institute of Technology [4]. Sin embargo, este sistema (de indudable valor académico) y otros desarrollados posteriormente [5] no han resultado ser lo suficientemente rentables desde el punto de vista económico como para ser capaces de competir con las técnicas de fermentación en la producción de penicilina a escala comercial.

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Figura 2. Estructura química básica de penicilinas. La imagen superior es la estructura básica de las penicilinas, representada en dos dimensiones. A la derecha de la imagen se indica el tipo de átomos que conforman la molécula de la penicilina. La imagen inferior es la molécula en tercera dimensión. 3.2. Vía metabólica: Biosíntesis de las Penicilinas La mayoría de los pasos implicados en la biosíntesis de las penicilinas han sido caracterizados a nivel bioquímico [6, 7] aunque los mecanismos relacionados con las reacciones llevadas a cabo por las diferentes enzimas se mantienen dentro del campo de las hipótesis (a pesar de su gran interés desde los puntos de vista médico e industrial). Los primeros estudios realizados acerca de la biosíntesis de β-lactamas fúngicas en los que se utilizaron extractos acelulares condujeron a la observación de un tripéptido que contiene cisteína: el δ (L-α-aminoadipi1)-L-cisteinil-D-valina o ACV, como el precursor directo en la biosíntesis de penicilina por parte de P. chrysogenum [8] y por bacterias productoras de β−lactamas [9]. El tripéptido ACV es posteriormente ciclado para formar isopenicilina N, primer intermediario de la ruta con actividad antibiótica y que posee una cadena lateral de α-aminoadipilo unida al anillo β-lactámico, en una reacción que fue descrita por primera vez en P. chrysugenum [10]. En este microorganismo, la isopenicilina N es convertida en penicilina tras el intercambio de la cadena lateral de α-aminoadipilo por otra de fenilacetilo (penicilina G) o fenoxiacetilo (penicilina V). Esta reacción de transacilación es característica solamente en los microorganismos productores de penicilina. Figura 3.

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Figura 3. Ruta de biosíntesis de penicilinas.

3.3. Características generales de los hongos filamentosos, género Penicillium. Ecología del género Penicillium. Los Penicillium son muy comunes y son llamados los mohos verdes o azules, frecuentemente se encuentran en los cítricos, en los quesos y en otros alimentos. Los conidios de Penicillium, están por todas partes, en el aire y en el suelo. Varias especies de Penicillium atacan y destruyen los frutos. Algunas especies de Penicillium están asociadas a enfermedades de animales y humanos. Son capaces de producir ácidos cítrico, fumárico, oxálico, glucónico y gálico. Industrialmente son importantes en la fabricación de quesos y antibióticos.

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Los bioquímicos han encontrado que los hongos son importantes en el estudio de procesos biológicos fundamentales, debido a la rapidez con que crecen y se reproducen. Además se cultivan en tubos de ensayo, por lo tanto requieren menos espacio, equipo y cuidados. Se sabe que especies como Penicillium chrysogenum son excelentes organismos de experimentación para el estudio de la morfología, fisiología, genética y bioquímica de los hongos [11]. El estudio de la Morfología del hongo es muy extensa, por lo que solo se mencionará algunos aspectos más importantes: Estructura somática. En los hongos como en el género Penicillium, el talo esta constituido por filamentos que se denomina hifa, formada por una pared delgada, transparente, tubular, tapizada de grosor variable. Las hifas que crecen vigorosamente son cecíticas es decir, aseptadas. Existen septos primarios, se forman en relación con la división nuclear y quedan ubicados entre los núcleos hijos; los adventicios, se forman independientes de la división nuclear. Los Deuteromicetes producen hifas desarrolladas, septadas y ramificadas. Los compartimentos o células son plurinucleados. En relación a la Estructura subcelular. Penicillium al igual que la mayoría de los hongos son eucariontes; como tales, las células micóticas poseen por lo menos un núcleo, nucleolo, una membrana celular, retículo endoplásmico, vacuolas, vesículas, ribosomas, microcuerpos, microtúbulos, cristales, glucógeno, lomasomas, dictosomas y mitocondrias. En cuanto a la Pared celular. Esta es un componente esencial y constituye del 15 al 30% del peso seco de un hongo. Proporciona rigidez, protege a la membrana del choque osmótico, su grosor es de 200 nm, forma una ultraestructura fibrilar en múltiples capas estrechamente entretejidas, es muy refráctil. La Composición de la pared celular es la siguiente: El 80% consiste en hidratos de carbono. Los polisacáridos más prevalentes son quitina, quitosano, celulosa, p-, a-glucano y manano. Quizás el 10% de la pared consista en proteínas y glicoproteínas, enzimas involucradas en su crecimiento. La Membrana celular de los hongos es de doble capa lipídica, que protege el citoplasma, regula la entrada y salida de solutos, y facilita la síntesis de la pared celular y material capsular. Contiene diversos fosfolípidos, dependiendo de la especie y de la cepa, abundan la fosfatidilcolina, y fosfatidiletanolamina, en menor cantidad la fosfatidilserina, fosfatidilinositol, y fosfatidilglicerol. También contiene esteroles, como el ergosterol y zimosterol. Las células de hongos, como es el caso del genero Penicillium, a menudo contienen diversos núcleos en el citoplasma. Todas las hifas se consideran multicelulares, mantienen la continuidad citoplasmática. Los filamentos de hifas con tabiques tienen poros que permiten el flujo del contenido citoplasmático y la migración de organelos, incluyendo núcleos. El número de mitocondrias varía según el nivel respiratorio de la célula, la esporulación requiere un gran gasto de energía; La germinación de las esporas se acompaña de un aumento de la actividad respiratoria. Muchos hongos poseen vacuolas características. Se han descrito virus, plásmidos y otros sistemas genéticos extracromosómicos en las especies de Penicillium.

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Cabe mencionar que en los hongos las estructuras reproductoras son muy variadas, por ejemplo, los Deuteromicetes, como Penicillium, se reproducen por medio de esporas especiales: conidios, espora asexual no flagelada, que se forma en el ápice. Los codinios pueden ser esféricos, ovoides, alargados, cilíndricos, filamentosos, curvados, etc. Pueden ser uni o múlticelulares. Los producidos en cadena son catenulados. Si el conidio más viejo esta en el ápice y el nuevo en la base se dice que son de la forma basípeda. Si sucede lo contrario es acrópeta. La célula a partir de la cual se forma el conidio se llama célula conidiógena. El término conidiófero hace referencia a una hifa que sostiene células conidiógenas. Los conidióforos se forman aislados o en grupos dando lugar a estructuras como los sinemas y los esporodoquios; o bien se producen en el interior de fructificaciones denominadas picnidios o acérvulos. Un picnidio es un cuerpo esférico, con el interior tapizado de conidióforos. Las especies en la que los conidios son producidos en estructuras como picnidios, la esporulación es más lenta en comparación con las que los producen en conidióforos. Los factores que desencadenan y favorecen la esporulación son la temperatura, la nutrición, la luz (longitud de onda), el pH, etc. La esporulación en Penicillium chrysogenum es un proceso asexual [12]. En la reproducción asexual, somática o vegetativa no hay unión de núcleos, es el caso del genero Penicillium. Esta es más importante para la propagación de especies. Las formas asexuales de reproducción son: 1) fragmentación del soma, que se transforma en un nuevo individuo; 2) fisión de células somáticas para dar células hijas; 3) gemación de esporas, que producen un nuevo individuo, y 4) producción de esporas y germinación hasta micelio. El método más común de reproducción asexual en los hongos consiste en la formación de esporas, estas varían, en cuanto a color, tamaño, forma, número, disposición, etc. Las esporas asexuales están situadas en esporangios y entonces se llaman esporangiósporas, o son producidas en el ápice y se denominan conidios. La reproducción asexual hace referencia a la producción de esporas, que son resistentes a situaciones adversas. Las esporas están secas y son transportadas por el aire, algunas tiene una estructura rugosa para adherirse a fomites. Los conidios son las principales esporas asexuales. Referente a la Reproducción parasexual, algunos hongos como los Deuteromicetes, tal es el caso de P. chrysogenum, no atraviesan un ciclo sexual verdadero, sino que obtienen muchos de los beneficios de la sexualidad mediante la parasexualidad. Se refiere a la secuencia de eventos que culminan con el intercambio genético vía recombinación mitótica. Es una herramienta de laboratorio para el análisis genético de muchos hongos imperfectos, incluyendo a P. chrysogenum. La parasexualidad se inicia con la formación de un heterocarión, un tallo que contiene núcleos haploides de dos genotipos diferentes. Los heterocariontes se forman más comúnmente por anastomosis de hifas e intercambio nuclear entre cepas genéticamente diferentes de la misma especie. El proceso parasexual, o recombinación mitótica, proporciona un mecanismo natural para intercambio genético entre hongos imperfectos. En el caso de Penicillium chrysogenum, como un Deuteromicete, sólo presenta un ciclo asexual o ciclo parasexual [13].

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Los hongos parecen tener dos Formas básicas de crecimiento: como levaduras y como mohos. La forma de moho de proliferación, característica en Penicillium chrysogenum, se refiere a la producción de colonias filamentosas multicelulares. Que consisten en túmulos ramificados de diámetro 2 a 10 µm llamados hifas. El crecimiento de las hifas se produce por elongación apical (extensión de la longitud desde su extremo). La masa de hifas entrelazadas se denomina micelio. Algunas hifas están divididas en células por tabiques; aún así, la continuidad citoplasmática se mantiene en estos micelios. Los mohos proliferan en la superficie de su sustrato. Las hifas que penetran el medio y absorben los nutrientes se denominan vegetativas. Estas sirven para anclar el micelio al sustrato natural o al agar. Otras se proyectan, y este micelio aéreo posee las estructuras reproductoras. El examen macroscópico de un moho, en este caso Penicillium chrysogenum, debe incluir observación de características como la velocidad de proliferación, topografía, textura y pigmentación. En el microscópico, los tipos de esporas y su ontogenia son característicos de cada especie. En este sentido, la morfología y ciclo vital de Penicillium chrysogenum, presenta los siguientes aspectos: el micelio produce conidióforos, simples, largos, erectos, que se ramifican hacia el ápice, de manera simétrica o asimétrica, en forma de escoba. El conidióforo se denomina penicilo o pincel. La ramificación de este termina en un grupo de fiálides que sostienen largas cadenas de conidios. Los conidios son esféricos u ovoides y, parecen cuentas de cristal al microscopio. En gran cantidad toman colores verde, azul o amarillos. Germinan fácilmente, dando tubos de germinación y micelios. La Identificación Macroscópica del género Penicillium, se hace observando las colonias típicas de las especies de Penicillium, que muestran la superficie con tonalidades verdes, azul-verdes o verde marrón, pero también pueden verse colonias amarillas y marrones. La superficie de la colonia es aterciopelada a pulverulenta por la densa producción de conidias y a menudo se forman pliegues radiales. También, puede llevarse a cabo una identificación Microscópica del genero Penicillium, donde el aspecto característico es la ramificación en forma de cepillo de los conidióforos que semejan los dedos de una mano. Largas cadenas de pequeños conidios esféricas se originan en fiálides con forma de botella en la parte superior de las métulas ramificadas. El aspecto aserrado romo de las porciones terminales de las fiálides es una característica útil para diferenciar al Penicillium del Paecilimyces. Las especies de Penicillium sólo rara vez causan infecciones humanas [14]. En cuanto a la Fisiología del hongo, se mencionan aspectos como las características de nutrición. En este renglón, los hongos obtienen su alimento infectando organismos, parásitos o atacando materia orgánica, soprobios. Otros establecen relaciones simbióticas con líquenes y micorrizas.

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Crecen sobre medios sintéticos, a los que se le suministran glúcidos como la glucosa o maltosa. Ellos, como Penicillium, pueden sintetizar sus propias proteínas, utilizando fuentes inorgánicas u orgánicas de nitrógeno y varios elementos minerales. Todos los hongos requieren C, O, H, N, P, K, Na, Ca, Mg, S, B, Mn, Cu, Mo, Fe y Zn. Por lo general la glucosa es la mejor fuente de carbono y los compuestos orgánicos nitrogenados la de nitrógeno, seguidos del amonio y nitratos. Muchos sintetizan vitaminas para otros organismos. Algunos son deficientes en tiamina o biotina, por lo tanto se incluyen en el sustrato. Los hongos almacenan sus alimentos en forma de glucógeno o de lípidos. Algunos hongos como Penicillium son omnívoros y pueden subsistir en cualquier materia orgánica, siempre que exista un poco de humedad. Para tomar sus nutrientes segregan enzimas extracelulares que actúan sobre el sustrato digiriéndolo fuera del hongo. De las enzimas que un hongo es capaz de producir depende en gran manera su capacidad para utilizar ciertas sustancias como alimento. Los hongos presentan una gran variedad de condiciones de crecimiento. La mayor parte de los hongos crecen entre 0 y 35° C, pero la temperatura óptima varía de 20 a 30° C. La capacidad de los hongos para soportar temperaturas extremadamente bajas, en fase de reposo, se utiliza para su almacenamiento a largo plazo en nitrógeno líquido a -19° C. Prefieren medios ácidos para su crecimiento, siendo un pH de 6 el idóneo aproximado. En condiciones favorables las hifas pueden mantener un crecimiento indefinido. En medio líquido crecen de una forma uniforme en todas direcciones desde un punto central y dan una colonia casi esférica. Las colonias tienden a presentar un contorno circular en medios sólidos. Los principales factores ambientales que afectan el crecimiento de los hongos podrían ordenarse como sigue: En una fermentación algunos de los principales factores a controlar son los siguientes: a) el medio de cultivo, que contenga los ingredientes básicos más los compuestos secundarios; b) la temperatura; c) el grado y tipo de aireación y mezclado, el cual determina la actividad del cultivo y la velocidad del suministro de oxígeno; d) la concentración celular y el tipo de crecimiento, el cual determina la viscosidad del cultivo que puede reducir la efectividad del sistema de agitación; y e) la acumulación de sustancias tóxicas e inhibitorias, las cuales afectan al producto. Otro factor de suma importancia en el crecimiento de los hongos es el pH. La morfología de las hifas de los hongos filamentosos de Penicillium chrysogenum es pH dependiente. A pH 6 se forman hifas largas y delgadas, y a pH menores la hifa se hace pequeña, delgada y vacuolada. Estos resultados sugieren que la composición de la pared celular cambia con el pH. El crecimiento total de los hongos, como Penicillium chrysogenum, se divide en cinco fases. Después de la fase de adaptación hay una fase de crecimiento balanceado (exponencial) en la que existe un exceso de nutrientes y la composición y morfología de la hifa se mantienen constantes. En esta fase la rapidez de reproducción celular alcanza su valor máximo. Se termina al agotarse los nutrientes principales o por la acumulación de inhibidores. Durante la fase de almacenamiento, el peso seco del micelio aumenta, pero el nivel de DNA permanece constante. En la fase de mantenimiento o estacionaria el peso seco permanece constante, y se detiene el crecimiento. En la fase de declinación se agotan las reservas del hongo y entonces el número de células viables disminuye, la tasa de mortalidad aumenta debido a una autolisis [15,16].

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3.3.1. Función de la biosíntesis de antibióticos en los hongos filamentosos. La adquisición de la capacidad de síntesis de penicilina proporciona a los hongos filamentosos una ventaja evolutiva muy clara. Pueden competir con las bacterias de su entorno usando un arma a la que ellos mismos no son sensibles, debido a que la penicilina posee una gran actividad antibacteriana. Sin embargo, si tenemos en cuenta la gran versatilidad metabólica que presentan los hongos y el amplio rango de pH que toleran es difícil imaginar que las bacterias del suelo pueden representar un serio competidor ecológico para ellos. En este punto, es más lógico pensar que los hongos usan estas nuevas armas en condiciones de ausencia de nutrientes. En ausencia de nutrientes los antibióticos pueden ser utilizados para lisar las bacterias del entorno y los productos derivados de la lisis bacteriana pueden ser incorporados al metabolismo fúngico. Otra ventaja adicional de la adquisición de la capacidad de biosíntesis de antibióticos β-lactámicos puede derivarse de su utilización en la detoxificación de ciertos metabolitos nocivos para el hongo. El ácido fenilacético puede ser uno de ellos ya que es un compuesto tóxico cuando su concentración es elevada y la detoxificación consiste en su incorporación a la molécula de penicilina G, molécula que posteriormente es excretada.

4. Generalidades

4.1. Producción industrial de penicilina por Penicillium chrysogenum. La fabricación de penicilina es un ejemplo del proceso típico de obtención de antibióticos. El hongo utilizado industrialmente pertenece a la especie de Penicillum chrysogenum y es muy activo sobre estafilococos, estreptococos y neumococos, así como sobre la mayor parte de los microorganismos gram positivos, presentando escasa acción sobre los gram negativos. A la penicilina producida comercialmente se la llama penicilina G (bencil penicilina), aunque el mismo hongo produce varios tipos más. Estos compuestos son ácidos fuertes muy inestables, razón por la que los productos que se encuentran en el mercado son las sales de sodio, de calcio, de aluminio, de potasio o de procaína.

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4.2. Productividad de la fermentación. Hay varios factores que determinan la eficacia, y por lo tanto la rentabilidad o viabilidad económica, del proceso de fermentación encaminado a la obtención de penicilina: 1. La productividad media por unidad de volumen de fermentador y unidad de tiempo. 2. Por los elevados costos que suponen las materias primas para el proceso, es la eficiencia de conversión de los sustratos a productos. 3. La eficiencia de los procesos de separación y de purificación del compuesto de interés. Los dos primeros factores dependen de la capacidad de producción de penicilina, determinada de forma genética por la cepa industrial utilizada, y por la composición del medio de cultivo. La presencia de compuestos que aumenten, limiten o inhiban el crecimiento del microorganismo o la capacidad de producción de penicilina del hongo afectan de forma negativa al proceso. Ciertos parámetros de desarrollo de la fermentación, como el valor del pH o la temperatura, por ejemplo. Además hay otras variables importantes, en principio de carácter técnico, que influyen en la productividad de la fermentación: la transferencia de oxígeno al medio o la refrigeración del tanque, por ejemplo. Estas características contribuyen al control de la cantidad de biomasa que puede crecer y ser mantenida en el tanque. El tercero de los factores ha sido muy mejorado, desde los antiguos procesos de recuperación de penicilina, en los que se utilizaba la adsorción sobre carbón activo, hasta los modernos métodos en los que se alcanzan rendimientos superiores al 90 % con una duración del proceso de aproximadamente 15 horas. Los nuevos métodos se basan en la extracción con solventes orgánicos, que posteriormente son reciclados en unidades de destilación y reutilizados para nuevos procesos de extracción. La mejora en la productividad total se consigue al ir mejorando cada uno de los factores mencionados. La investigación sobre la optimización de los procesos de fermentación y el desarrollo de programas de mejora de cepas por parte de las compañías farmacéuticas ha permitido un espectacular crecimiento de la rentabilidad de tales 4.3. Fermentación sólida La Fermentación Sólida (FS) es un sistema de cultivo microbiano antiguo que esta siendo transformado para nuevos propósitos, usando nuevos enfoques de microbiología, bioquímica e ingeniería bioquímica. Tiene ventajas el emplear los procesos de FS, al menos para ciertas aplicaciones sobre algunos procesos convencionales de la Fermentación Liquida (FL). Sin embargo, la última, usualmente es seleccionada, debido al gran éxito comercial de sus instalaciones a gran escala en muchos campos de la biotecnología. Tales unidades son un ejemplo excelente de cómo los fundamentos del conocimiento microbiano y bioquímico se aplican a los principios de la bioingeniería, la cual selecciona el procedimiento, el diseño y el control de aquellas. Muchos de los procesos donde se aplican las técnicas de la FS son comercializados en los países orientales, principalmente en Japón. No obstante, ha resurgido un gran interés en los países occidentales en los últimos 10-1 5 años en respuesta a la siempre creciente demanda de procesos económicos [17]. Es una tendencia bien justificada que últimamente puede

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permitir una extensa industrialización en todo el mundo de los sistemas de FS [18]. La fermentación sólida se ha usado desde la antigüedad para la preparación de alimentos fermentados, ensilados y composteo. El uso del koji para la salsa de soya en China, Japón y Sureste de Asia desde hace mil años antes de Cristo, puede considerarse como un prototipo de la FS. Consistió en el cultivo de Aspergillus oryzae sobre grano de soya y otros granos para producir proteasas y amilasas, las cuales degradan proteínas y transforman los almidones a azucares. En este sentido el material fermentado se usó para la producción de salsa de soya o, en una segunda etapa, vino de arroz o saké. Aunque las primeras producciones comerciales de enzimas dependieron de la tecnología de FS desarrolladas en China y Japón, el advenimiento de las técnicas en cultivos sumergidos estériles en los años 40’s desplazó los métodos en estado sólido en las ciudades occidentales [19]. El trabajo realizado por Hesseltine et al. [20] que estudiaron y describieron los procesos tradicionales de FS en el oriente, informaron acerca de la gran importancia tecnológica de estos sistemas de cultivo. Tales reportes son probablemente responsables, en gran parte, del renovado interés observado en la FS durante los últimos 10 o 15 años. Como consecuencia, la FS ha comenzado a transformarse para nuevos propósitos, usando nuevos enfoques de microbiología, bioquímica e ingeniería bioquímica, y frecuentemente presenta varias ventajas sobre la FL. 4.3.1. Sistemas de fermentación en estado sólido. Además de los sistemas tipo koji, los cultivos de FS ahora se realizan en otros sustratos de almidón como raíces (flor de cazabe o de papa), plátanos, etc., o materiales de linocelulosa como paja o pulpa de madera. Estos sistemas de FS son referidos como no tradicionales. Un nuevo tipo de FS usa un soporte inerte con medio líquido absorbido. El soporte puede ser de origen natural como el bagazo de caña de azúcar, o artificial (sintético) como poliuretano, amberlita o verniculita. Este tipo de FS es muy útil para estudios básicos debido a que el medio líquido, puede ser usado con la composición deseada, y el caldo de fermentación puede extraerse y analizarse al mismo tiempo. Algunos de ellos, como el bagazo de caña de azúcar, han observado gran productividad [21]. Los sistemas de fermentación sólida fueron definidos por Hesseltine [22] como una fermentación en la cual el sustrato no esta presente en fase líquida. Sin embargo, una posterior definición propuesta por Lonsane et al. [23], nos dice que es un cultivo microbiano que se desarrolla sobre la superficie y en el interior de una matriz sólida en ausencia de agua libre. La matriz porosa puede ser un sustrato humedecido o un soporte inerte capaz de absorber nutrientes disueltos en la solución. En este sentido dos clases de FS pueden distinguirse, en función de la naturaleza de la fase sólida empleada: Cultivo sólido de una fase soporte-sustrato: La fase sólida esta constituida por materiales que asumen, simultáneamente, las funciones de soporte y fuente de nutrientes. Este

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material es generalmente de almidón o lignocelulosa. Varias aplicaciones en FS usan este tipo de sistema. Fermentación en estado sólido de dos fases soporte-sustrato: Son cultivos sólidos de un soporte inerte impregnado con un medio líquido. En este tipo de fermentación, la fase sólida se considera como un soporte inerte que sirve de reservorio para una solución nutritiva. En este tipo de FS la capacidad de retención del agua es un parámetro importante en la selección del soporte. 4.3.2. Nuevas aplicaciones. En Japón [24], los procesos de fermentación en estado sólido se usan a escala comercial para la producción de diferentes tipos de alimentos fermentados tradicionales, metabolitos fúngicos y para la bioconversión de residuos orgánicos. Sin embargo, este sistema de cultivo puede ser significativamente ventajoso en relación a los métodos de FL para la manufactura de productos no tradicionales de interés. Estas ventajas y su versatilidad de tales sistemas de cultivo han provocado la aparición de un gran n6mero de nuevos campos de aplicación [25]. Algunos ejemplos de nuevas aplicaciones son: alimentos fermentados, como queso, koji, pozo1 y cacao; producción de enzimas, como amilasas, proteasas, celulasas y pectinasas; metabolitos secundarios como las micotoxinas y producción de alcohol; entre otros.

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5. Objetivos.

5.1. General Analizar las cepas productoras de antibióticos modificadas genéticamente y al mismo tiempo realizar un estudio de mercado para la instalación de una planta productora de antibióticos.

5.2. Particulares 1. Trabajar con una cepa transformada genéticamente para poder obtener un aumento en la síntesis de penicilina. 2. Cuantificar la producción de penicilina por medio de fermentaciones en sólido y líquido. 3. Seleccionar un lugar para la instalación de la planta productora de antibióticos.

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6. Ubicación de la Planta

6.1. Análisis de estados Para la correcta selección de la ubicación de la planta se consideraron los siguientes factores. Condiciones del lugar, clima, comunidad (servicios), códigos y practicas locales, costos de construcción, impuestos, energéticos, mano de obra, mercados, materias primas agua, transportes, contaminación ambiental. Se tomaron en cuenta 3 estados de la Republica Mexicana, Jalisco, Nuevo León y el Estado de México evaluando de cada uno de ellos las ventajas y desventajas para la viabilidad o falta de viabilidad del proyecto. Las características principales para construir la planta es localizar el mercado de consumo, el mercado de abasto y los costos para poder identificar el estado que mejor convendrá para la instalación de de dicha planta. Para la correcta sección del lugar para la instalación de la planta se considero la siguiente escala para la calificación en cada estado.

Escala

Calificación

MB

5

B

4

R

3

M

2

MM

1

Tabla 1. Escalas para la calificación

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Característica Ponderación Estado de México Calif

Total

Jalisco Calif Total

Nuevo León Calif.

Total

Clima

0.1

4

0.4

3

0.3

2

0.2

Agua

0.1

4

0.4

3

0.3

3

0.3

Energía

0.15

4

0.6

4

0.6

3

0.45

Servicios

0.1

5

0.5

4

0.4

4

0.4

Infraestructura

0.05

4

0.2

4

0.2

4

0.2

Mano de obra

0.05

5

0.25

5

0.25

4

0.2

Impuestos

0.05

3

0.15

4

0.2

3

0.15

Materia Prima

0.2

4

0.8

3

0.6

3

0.6

Mercado

0.2

5

1.0

2

0.4

2

0.4

Total

1

4.3

3.25

2.9

Tabla 2. Matriz de Ponderación Cualitativa.

Por medio de la tabla de ponderación cualitativa se puede observar que el estado que obtiene mayores beneficios es el Estado de México aunque se espera que las condiciones de operación de la planta productora de antibióticos sean controladas, pero se tiene que tomar en cuenta el mercado de consumo.

6.2. Análisis de lugares Se considera que la opción más adecuada para la ubicación física de la planta productora de antibióticos es un parque industrial por las ventajas que este ofrece, como son:
Se ubica cerca de alguna vía importante de comunicación como puertos aéreos o

marítimos, carreteras ó vías férreas.
Cuenta con la infraestructura necesaria para la instalación de plantas industriales, como son los servicios básicos de agua y descarga, energía eléctrica, telefonía y urbanización interna
Cuenta con todos los permisos necesarios para la operación de las plantas industriales a instalarse dentro del mismo.
Cuenta con una administración central que coordina la seguridad interna, el buen funcionamiento de la infraestructura, la promoción de los inmuebles y la gestión general de trámites y permisos ante las autoridades.

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6.3. Ubicación final La planta de producción de antibióticos se va a ubicar en el Parque Industrial El Convento.

Infraestructuras y servicios disponibles.

Área: 19 ha. Electricidad: 500 KVA/hr Agua: 1 litro/sec / ha. Teléfono: 7 líneas por ha. Drenaje: 12 in drenaje principal. El Convento, se encuentra estratégicamente localizado a un lado de la caseta de cobro de la autopista México-Querétaro, en Tepotzotlán y a unos minutos de Cuautitlan y Ecatepec, entre otras zonas de alta densidad. El crecimiento de la Ciudad de México en esta dirección, así como la conexión directa a los mercados del Norte y Occidente del país, hacen de El Convento el lugar ideal, ya que cuenta con todos los servicios necesarios para la operación de la planta así como del espacio necesario para su instalación, y cuenta con una inmejorable ubicación para centros de distribución y manufactura muy cerca de otros locales industriales y comerciales en donde está asegurado el acceso a la mano de obra.

6.4. Factor de Servicio de la planta. Las consideraciones para obtener el factor de servicio de la planta son las siguientes. •

Se trabajara en dos turnos de 8 horas cada uno.

En horarios de: Primer turno: 6:00 am a 14:00 pm Segundo turno: 14:00 pm a 22:00 pm • •

Los días laborables durante el año son 351 días. Días del año, 365

•

Horas del día 16

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7. Entorno ambiental. Las principales corrientes de desechos generadas en la producción de penicilina proveniente del medio de cultivo, generación de sólidos como la biomasa final, subproductos de la fermentación y centrifugado; solventes y ácidos utilizados para la purificación final provocando una corriente gaseosa de contaminación, desembocan en los mantos acuíferos, por lo que, la corriente de agua, puede ser tratada por una planta de tratamiento de aguas, para poder reutilizar la misma en procesos de enfriamiento (torres de enfriamiento) y posiblemente (dependiendo de la calidad del agua tratada, reutilizarla en áreas verdes y servicios sanitarios de la planta). En el caso de los solventes, se utilizaran filtros específicos y extractores para los gases, así como las medidas de seguridad necesarios para mantener la salud de los trabajadores, los líquidos serán confinados en recipientes herméticos para evitar su evaporación y disponer de ellos finalmente en plantas de tratamientos especializadas en estos desechos Durante la fermentación del hongo Penicillium chrysogenum, con la finalidad de producir el metabolito secundario de interés penicilina, además de este se obtienen o quedan sin consumirse en su totalidad productos y reactivos respectivamente, mismos que pueden contaminar el ambiente si se tiran en exceso, por lo que tenemos que seguir las normas establecidas para el control eficaz de estos residuos: • Penicilina Principio activo de interés. • Biomasa Es conservada para seguir llevando a cabo más fermentaciones • Lactosa (residuos) Fuente de carbono que no es consumida en su totalidad, y que no puede ser desechada en más de 0.5 g/l según lo indica la norma. • NH3 Es útil como fuente de nitrógeno y no es consumido en su totalidad por lo que no se debe desechar más de 0.03 g/l, según lo indica la norma. • Solventes (pueden recuperarse) • Residuos sólidos (micelio) La legislación ambiental (instrumento de regulación directa para el establecimiento industrial), presenta diversas obligaciones ambientales que requieren de la obtención de permisos, licencias o autorizaciones por parte de la Secretaría del Medio Ambiente, a través de la Dirección General de Regulación Ambiental del Agua, Suelo y Residuos. El trámite a realizar se hace a través de un documento denominado Licencia Ambiental única, una vez obtenida la Licencia correspondiente, se debe presentar entonces, los siguientes anexos para su actualización según corresponda, de acuerdo con la normatividad ambiental: • • • • •

Emisiones a la atmósfera, Descarga de aguas residuales, Generación y disposición de residuos no peligrosos, Generación de ruido y vibraciones, Registro de emisión y transferencia de contaminantes (RETC)

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Los trámites para el inicio de la planta ante el instituto Nacional de Ecología (Dependencia de SEMARNAT) son: INE-001 Licencia de funcionamiento. Este trámite deben realizarlo las empresas nuevas consideradas fuentes fijas de emisión de contaminantes a la atmósfera de jurisdicción federal, para autorizar su inicio de operaciones. INE-005 autorización de informe preventivo. Este trámite lo deben realizar las empresas en lugar de la manifestación de impacto ambiental, cuando su efecto en este sea regulado por normas, o cuando se ubiquen en sitios previamente evaluados por la SEMARNAT. 7.1. Legislación ambiental vigente, normas y perspectivas. En nuestro país hay normas oficiales que regulan los desechos de las diferentes industrias, de esta manera se controla la calidad de las aguas residuales, las emisiones gaseosas y las emisiones sólidas. El proceso para obtener penicilina tiene que sujetarse a la Norma Oficial Mexicana NOM-001-ECOL-1996, que establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las aguas de rehusó directo y no directo. La legislación ambiental (instrumento de regulación directa para el establecimiento industrial), presenta diversas obligaciones ambientales que requieren de la obtención de permisos, licencias o autorizaciones por parte de la Secretaría del Medio Ambiente, a través de la Dirección General de Regulación Ambiental del Agua, Suelo y Residuos. 7.1.1. Normas para residuos peligrosos y municipales NOM-002-ECOL-1996 Esta norma establece los límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas de aguas residuales provenientes de la industria, por lo cual se debe de tomar en cuenta pues se pueden arrojar algunos contaminantes por el drenaje y se tendrían que ver los límites máximos permitidos, aunque como se menciona antes, los residuos sólidos se van a llevar a esterilización, en dado caso solo se tendría que tomar en cuenta los desechos líquidos. NOM-098-SEMARNAT-2002 Esta norma establece la protección ambiental – esterilización de residuos, especificaciones de operación y límites de emisión de contaminantes, esta norma se debe de tomar mucho en cuenta pues se van a esterilizar nuestros desechos, lo cual reduce el volumen y peligrosidad de los mismos NOM-052-ECOL_93. Establece las características de los residuos peligrosos, los listados de los mismos y los límites que hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente. NOM-053-ECOL-93. Establece el procedimiento para llevar acabo la prueba de extracción para determinar los constituyentes que hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente. NOM-054-ECOL-1993. Establece el procedimiento para determinar la incompatibilidad entre dos o más residuos considerados como peligrosos por la norma oficial mexicana NOM-052 ECOL-1993. NOM-056-ECOL-1993. Establece los requisitos para el diseño y construcción de las obras complementarias de un confinamiento controlado de residuos peligrosos. NOM-057-ECOL-1993. Establece los requisitos para la operación de un confinamiento controlado de residuos peligrosos. - 23 -

NOM-083-ECOL-1996. Establece las condiciones que deben reunir los sitios destinados a las disposiciones finales de los residuos sólidos municipales. NOM-087-ECOL-1995. Que establece los requisitos para la separación, envasado, almacenamiento, recolección, transporte, tratamiento y disposición final de los residuos peligrosos biológico-infecciosos que se generan en establecimiento que presten atención médica. 7.1.2 Normas para contaminación por ruido NOM-081-ECOL/1994. Establece los límites máximos permisibles de emisión de ruido de las fuentes fijas y su método de medición.

8. Estudio del mercado y conocimiento de la industria en cuestión.

8.1. Industria farmacéutica La farmacéutica es una industria desarrollada y compleja que tiende a la globalización: integra redes de conocimiento científico y técnico, una importante capacidad de manufactura especializada y vastos sistemas de comercialización y distribución. Tiene asimismo, una indudable función social ya que contribuye a mejorar la salud de las personas y por lo tanto, coadyuva a elevar su calidad de vida. En México los principales participantes en el sector farmacéutico son empresas internacionales mayoritariamente de capital estadounidense y europeo, si bien existe una importante industria de capital nacional. Esta industria está integrada por diferentes divisiones: medicinas de uso humano; principios activos farmacéuticos (fármacos); medicamentos veterinarios; equipos médicos, prótesis, órtesis y ayudas funcionales; agentes de diagnóstico, insumos de uso odontológico, materiales quirúrgicos, de curación y productos higiénicos.

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8.1.1. La industria de medicamentos en México Actualmente existen en México 224 fábricas (o laboratorios) de medicamentos o productos biológicos que pertenecen a 200 empresas; 46 forman parte de consorcios o industrias con capital mayoritariamente extranjero y las restantes son de accionistas predominantemente mexicanos. Además, hay 26 fabricantes de fármacos (principios activos farmacéuticos) [26] y otras 600 que proveen insumos. El empleo directo en la industria aumentó de 39,125 personas en 1994 a 45,401 en 2003 (16 por ciento anual, en contraste con la reducción observada en el empleo en el sector manufacturero de- 0.87 por ciento).8 La industria en México participa con el 1.04 por ciento del producto interno bruto (PIB) y aproximadamente, el 3 por ciento del PIB manufacturero. De las más de 45 mil personas empleadas, 53% trabajan en áreas de administración y ventas, 38% en producción y 9% en otras funciones [Tabla 3]. En promedio, la mano de obra utilizada por la industria farmacéutica obtiene mayores niveles de remuneración que la media del mercado, debido a su calificación y especialización. De 1993 a 2002 la fabricación de productos farmoquímicos y farmacéuticos aumentó a una tasa real de 4.85 por ciento en promedio anual. Este incremento se explica principalmente por el crecimiento en la producción de productos farmacéuticos, ya que la participación de los fármacos se redujo ligeramente. La industria farmacéutica instalada en México prácticamente abastece la totalidad de los requerimientos de medicinas en el país: produce 86 por ciento de ellos e importa el 14 por ciento restante.

Tabla 3. Indicadores económicos de la industria farmacéutica, año.

Las exportaciones de México en el ámbito mundial representan 0.27 por ciento del total y a pesar de ser menores que las de la mayoría de los países desarrollados, superan aún a las de la India. Un análisis efectuado por Canifarma contabilizando todas las fracciones arancelarias susceptibles de corresponder al sector farmacéutico, reveló que las importaciones alcanzaron un monto total de $1,288 millones de dólares en 2003 [27] En este mismo año, se registraron exportaciones por $890 millones de dólares, lo que origina un déficit de $398 millones de dólares.

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8.1.2. Estudio del PIB (Producto Interno Bruto) Si bien el gasto en salud como porcentaje del PIB se ha mantenido entre 5 y 6% en los últimos diez años, el privado incrementó su participación en el gasto total en salud. De hecho, el gasto privado per cápita en 2003 ha sido el más alto históricamente [Graficas 1, 2 y 3]. Cabe destacar que el rubro de medicamentos es el componente con mayor crecimiento dentro del gasto en los últimos 10 años, en contraste con el privado en atención ambulatoria cuya participación se redujo significativamente en el mismo periodo.

Grafica 1. Gasto total en salud como porcentaje del PIB [28]

Grafica 2. Composición del gasto en salud [28]

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Grafica 3. Gasto privado en salud por rubro de gasto [29] Lo anterior se resume en una necesidad creciente que tiene la sociedad de mayor variedad y cantidad de medicinas, las que cuestan cada vez más y originan ya sea un mayor gasto por este concepto o falta de disponibilidad, o ambos. El objetivo debe ser contar con medicamentos más accesibles para las instituciones de salud y los particulares buscando, además, mayor disponibilidad y oportunidad.

8.2. Estudio de mercado

8.2.1. Mercado mundial El mercado farmacéutico mundial mantiene un perfil de crecimiento constante de alrededor del 10 por ciento en los últimos tres años; en el 2003 el valor del mercado alcanzó 440 mil millones de dólares [Grafica 4]. Estados Unidos es el principal mercado. Norteamérica, la Unión Europea y Japón representan en conjunto el 88 por ciento del total mundial [Grafica 5]. En Latinoamérica, las ventas de medicamentos se redujeron 10.4 por ciento en 2002, esencialmente como resultado de los problemas económicos de Brasil y Argentina. Sin embargo, esta tendencia se empezó a revertir en 2003 en donde el valor del mercado alcanzó 18.3 mil millones de dólares, con un volumen de 4,741 millones de unidades y un precio promedio de 4.90 USD por unidad

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Grafica 4. Evolución del mercado farmacéutico mundial

Grafica 5. Valor del mercado por regiones en 2002. Una de las principales características del mercado farmacéutico latinoamericano es su alto grado de concentración de ventas en cuatro países líderes: México, Brasil, Argentina y Venezuela. Estos comprenden el 81.8 por ciento de las ventas totales en valor de la región; durante los próximos años seguirá aumentando: se estima que para el año 2005 alcanzará un crecimiento de 7.8 por ciento debido al fortalecimiento económico en la región [30].

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8.2.2. Mercado mexicano Las ventas de la industria farmacéutica mexicana ocupan el tercer lugar en la región de las Américas, solo después de los Estados Unidos y Canadá. El valor del mercado farmacéutico mexicano ha tenido un aumento anual de 11 por ciento, similar al observado a nivel mundial. En cambio, la venta en unidades se ha modificado en menor medida. El crecimiento porcentual solo superó el 1.1 por ciento en los 4 años recientes. Lo anterior, al menos en el caso del mercado privado, podría relacionarse directamente con el precio promedio de los medicamentos en donde este aumentó, en promedio, anualmente 10 por ciento entre 1999 y 2002, aunque permaneció estable en el último año (7.31 dólares americanos por unidad en 2003) Ahora bien, el mercado farmacéutico mexicano está conformado fundamentalmente por dos segmentos bien definidos que operan en forma independiente. El institucional (sector público) cuya demanda comprende principalmente productos genéricos y de tecnología madura; y el privado, caracterizado por el uso de marcas comerciales e innovadores [Tabla 4]. Adicionalmente, una parte del mercado privado en el que se comercializan medicamentos genéricos no intercambiables, de bajo precio, se expenden en farmacias exclusivas o a través de botiquines y otros canales informales por lo que es conocido como mercado de impulso del que no se dispone de información económica sólida. Considerando el total de actividades comerciales, el mercado farmacéutico mexicano alcanzó la cifra de 2,270 millones de unidades en 2002 y 9,542 millones de dólares [Grafica 6]. Así, un mexicano gastó en medicamentos en el mercado privado en promedio 70.10 dólares americanos en el año 2003 El mercado privado no refleja necesariamente de manera fiel el comportamiento global del país en los precios; en efecto en México aproximadamente la mitad de las medicinas en número de unidades es adquirida por instituciones de seguridad social a precios inferiores a un tercio de los del mercado privado. Ajustando las cifras paraincluir a las del sector público en una primera estimación, el precio de los medicamentos en el país se reduce aproximadamente a 64 por ciento o sea, de 7.3 dólares en el privado a 4.6 dólares por unidad en el global lo que coincide con las estimaciones de 4.2 dólares en 2002 [31].

Tabla 4. Participación en ventas de la industria farmacéutica en México de 1997 a 2002.

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Grafica 6. Mercado farmacéutico mexicano

En resumen, la industria farmacéutica instalada en México es económicamente fuerte, aunque su crecimiento se ha desacelerado en los últimos años y fabrica 86 por ciento de las necesidades de medicamentos del país, principalmente a partir de principios activos provenientes del extranjero.

8.3. Estudio de la demanda de la penicilina en México Este escenario se realizó teniendo en consideración una población de 37, 151,703 personas, una tasa de crecimiento poblacional del 2 al 3%, una probabilidad de aceptación de 0.9 y un consumo de 8.1 g/por persona (En este caso se está considerando que el consumo promedio es de dos veces al año por persona) [31].

Tabla 5. Demanda de penicilina con respecto al Crecimiento de la población [31]

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La demanda de penicilina en México es de 270 Ton/año, con una tasa de crecimiento anual que oscila entre 2 y 3% [32]. De la población existente en México en 2005 de 106, 451,679 personas (CONAPO [33]), solamente 22, 291,022 serán posibles consumidores de penicilina [34]. De estas personas algunas pueden ser alérgicas, o jamás haber tomado penicilina. La penicilina, en estos tiempos tiene menos demanda debido a que los microorganismos que antes eran atacados con eficacia ahora se han hecho resistentes al medicamento, por lo que son empleados con mayor frecuencia los derivados de la penicilina como penicilinas sintéticas (ampicilina, etc.) y cefalosporinas (cefalexina, etc.) que han demostrado ser más eficaces contra dichos microorganismos. De la población existente en el 2005 aproximadamente el 38% (40.451.638 personas) de esta se sigue medicamentando con penicilina en combinación con otras penicilinas. La encuesta realizada nos ayudo para segmentar aun más a la población [33]. La encuesta fue directa. Se tomo una muestra de la población, que aunque no es representativa por que se eligió a una población muy pequeña, nos sirve para darnos una idea del consumo de la penicilina, en México. De una población de 41 personas que se entrevisto, se obtuvieron los siguiente datos. De la población que aun consume penicilina se observo que el 8% de esta es alérgica, o nunca han consumido la penicilina, por lo que en la segmentación de la población se trabajara solamente con 37.151.703 personas. La demanda fue realizada tomando en cuenta la población segmentada, es decir 37, 151,703 personas, la dosis promedio utilizada por inyectable es de 0.475g, el tratamiento promedio es de ocho días y medio por lo que estamos hablando de un consumo por persona por tratamiento de 4.1 g de penicilina suministrada, considerando en promedio algunas personas llega a padecer infecciones de tres a seis veces al año, en este caso el consumo promedio por persona es 12.1 g, aproximadamente. Después de todas estas consideraciones la demanda de penicilina en el Mercado Mexicano se puede obtener multiplicando el total de personas que pueden tomar penicilina, por el consumo anual, por la probabilidad de aceptación lo que en este año se tiene una demanda de penicilina de:

Demanda = (37, 151,703 personas) * (8.075 g/año) * (0.9+) = 270, 000, 000 g/año Demanda = 270 Ton/año Demanda de penicilina en 2005, hay que tomar en cuenta que para los años posteriores se espera una tasa de crecimiento que oscila entre 2 y 3%. + Probabilidad de aceptación obtenida en la encuesta.

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8.4. Proyecciones de la demanda a futuro. La proyección de la demanda futura para la empresa es la siguiente: Años 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 Toneladas 87 103 120 136 152 156 159 164 168 174 Tabla 6. En esta tabla se aprecia el comportamiento de la demanda en el transcurso de diez años.

9. Desarrollo experimental

9.1. Material y Métodos 9.1.1. Equipo -

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Cámara de Neubauer, Boeco Campana de flujo laminar, VECO Microscopio Olympus CH30 Air clean 600, Workstation-Systemens Balanza Ohyo Jupiter SDT-200, Kyoto Japan Corporation Balanza GalaxyTM 400, OHAUS Sistema para Fermentación Sólida Matraces Erlenmeyer 250 mL Espátulas Embudos

9.1.2. Reactivos -

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KH2P04, Baker K2HP04, Baker Lactosa, Baker Bacto-peptona, Bioxon Agar, BIOXON Bagazo de caña. Se utilizó como soporte en los ensayos de producción de penicilina por fermentación sólida. CaCO3, Baker Extracto de levadura, Bioxon FeSO4, Baker Fenilacetato potásico, Baker Cloruro de sodio, Baker FeCl3, Sigma CuSO4, Baker Hidróxido de potasio, Baker Sacarosa, Baker

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Sólidos de maceración de maíz, Fersina Gist-Brocades S.A. de C.V. KCl, Baker MgSO4, Baker Ácido fosfórico, Baker

9.2. Microorganismos 9.2.1. Cepas fúngicas Penicilium chrysogenum P2-32: Cepa de alta producción de penicilina (1-2 mg/mL) Obtenida por mutación a partir de cepas derivadas de P. chrysogenum ASP-78 (Barrios, et al, 1993).

9.2.2. Cepas bacterianas Bacillus subtilis ATCC 6633 [35]: Cepa sensible a la acción de antibióticos βlactámicos, utilizada para la valoración de la penicilina G mediante bioensayos por el método de cobertera y por el método de cilindros de agar.

9.3. Conservación de los microorganismos. Bacterias: Las cepas bacterianas se conservaron a 4° C en placas de Petri selladas con Parafilm, como máximo durante un mes, congeladas a -20° C en suspensiones dentro de tubos Eppendorf sellados con Parafilm, con una concentración final de glicerol del 20 % (v/v), o liofilizadas para periodos más largos de tiempo. Hongos: Se utilizaron básicamente los dos métodos descritos anteriormente para el mantenimiento de bacterias. En este caso la concentración final de glicerol en las suspensiones es del 40 % (v/v). Hay un método adicional, para el mantenimiento de las ce as fúngicas, que consiste en la liofilización de suspensiones de esporas y su conservación a 4° C

- 33 -

9.4. Medios de cultivo Es en donde se lleva a cabo la siembra de las esporas, se dividen acorde a sus características en generales, selectivos o diferenciales. • • •

Generales: permiten el crecimiento de cualquier tipo de bacteria. Selectivos: sólo permiten crecer un cierto tipo de bacterias. Diferenciales: permiten distinguir entre dos o más bacterias por características coloniales.

9.4.1. Medios de cultivo para Penicillium chrysogenum.

- MCFP (Somerson y col., 1961): Medio complejo de Fermentación de Penicillium. Lactosa Sólidos de maceración de maíz CaCO3 KH2PO4 MgSO4. 7H2O Fenilacetato potásico al 40 % (p/v)

55 g 35 g 10 g 7g 3g 10 mL

Se ajustó el pH a 6.8 y se completó con agua destilada hasta 1 litro.

- MCIP: Medio Complejo de Inóculo de Penicillium. Sacarosa Sólidos de maceración de maíz Extracto de levadura CaCO3

20 g 20 g 10 g 5g

Se ajustó el pH a 5.7 y se completó con agua destilada hasta 1 litro

- Medio Czapek: Medio de esporulación y mantenimiento Sacarosa NaNO3 K2HPO4

30 g 2g 0.5 g - 34 -

MgSO4. 7H2O FeSO4. 7H2O

0.5 g 0.01 g

Se añadió agua destilada hasta 1 litro y el agar al 2.5% (p/v). Cuando se usó este medio para la regeneración de protoplastos de P. chrysogenum se añadió KCl a una concentración de 0.7 M como estabilizador osmótico. Se esterilizó en una olla de presión durante 20 minutos - Medio PM1 (López-Nieto y col., 1985): Medio de esporulación y mantenimiento. Bacto-peptona

5g

Lactosa

5g

NaCl Sólidos de maceración de maíz K2HPO4 MgSO4. 7H2O FeCl3. 6H2O CuSO4. 5H2O

4g 1g 60 mg 50 mg 3 mg 1 mg

Se ajustó el pH a 5.5 con H3PO4 y se añadió agua destilada hasta 1 litro y agar al 2% (p/v). Se esterilizó en autoclave - Medio PW: Medio de esporulación y mantenimiento Medio PM1 Medio Czapek- KCl 0.7 M

500 mL 500 mL

Se añade agar al 2% (p/v)

9.5. Producción de penicilina en medio líquido y sólido. Una vez que es seleccionada la cepa transformante mejorada, se procedió a la valoración de la producción de penicilina, tanto en fermentación líquida como en sólida. 9.5.1. Cosecha de esporas de Penicillium. Para la obtención de esporas, tanto de cepas parentales como de transformantes de Penicillium chrysogenum, se sembraron por extensión, los microorganismos en medio PW y se incubaron a 25º C durante 10-15 días o hasta el momento en que aparecieron las esporas en forma de césped. Las esporas se recogieron en H2Od estéril con Tween 80 al 0.1%, raspando la superficie de la placa con un asa bacteriológica, cuidando de no desprender micelio. La

- 35 -

suspensión se homogenizó, se filtró a través de una gasa estéril y se cuantificó la concentración de esporas en una cámara Neubauer. 9.5.2. Obtención del Inóculo. Se inocularon matraces de 250 mL que contienen 50 mL de medio MCIP con 5 x108 esporas cosechadas en las condiciones mencionadas anteriormente. Se incubaron los matraces a 25º C con agitación de 200 r.p.m. durante 36 horas. 9.6. Condiciones para la producción de Penicilina por fermentación líquida. Una vez transcurrido este tiempo se inocularon, por triplicado, matraces de 250 mL que contienen 45 mL de medio MCFP con 5 mL del microorganismo crecido en medio MCIP. Se incubaron durante 120 horas a 25º C con agitación de 250 r.p.m. 9.6.1. Extracción de las muestras en medio líquido. Se tomaron muestras de 1 mL, en tubos Eppendorf previamente pesados, cada 24 horas con el objeto de determinar la producción de penicilina a lo largo de la fermentación y para cuantificar la producción de biomasa por peso seco. Se centrifugaron a 14000 r.p.m. durante 15 minutos y se recogieron 200 µL del sobrenadante. 70 µL de este sobrenadante se utilizaron para los bioensayos correspondientes. El precipitado formado corresponde al micelio y los restos de carbonato de calcio del medio de cultivo (este se disolvió agregando 200 µL de HC1 al 5%). Una vez disuelto el carbonato de calcio se repitió la centrifugación y se desechó el sobrenadante; el precipitado restante se llevo a peso constante para cuantificar la biomasa. 9.7. Condiciones para la producción de Penicilina por Fermentación sólida. A diferencia de la fermentación líquida, la producción de penicilina en fermentación sólida no necesita de un medio de inoculo, pero si requiere de una serie de condiciones que a continuación se detallan: 9.7.1. Pretratamiento del soporte sólido. Se empleó como soporte bagazo de caña de azúcar. El bagazo se tamizó en mallas No. 30 y 50 utilizando únicamente las partículas retenidas entre estas dos mallas (correspondiendo a un tamaño de entre 0.297 y 0.59 mm). Para el pretratamiento del bagazo, se mezcló éste con el 50 % del agua total que se iba a utilizar en el medio de producción y se llevó a 3 lb/in2 de presión (101º C) en una autoclave, durante 30 minutos. Una vez transcurrido el tiempo de pretratamiento, se esterilizó a 15 lb/in2 de presión (121º C) durante 15 minutos. Para llevar a cabo el proceso de pretratamiento y esterilización, la mezcla del bagazo y agua se colocó en un vaso que se tapó perfectamente con celofán para impedir la pérdida o ganancia de agua, de lo contrario la humedad final del medio se vería afectada. - 36 -

9.7.2. Obtención del medio de cultivo sólido. Al bagazo de caña así tratado se le adicionó la cantidad de medio complejo de producción 2x. Inmediatamente se inoculó con 2 xl06 esporas por mililitro de medio de cultivo cosechadas en las condiciones mencionadas anteriormente. Este medio de cultivo sólido con una humedad inicial del 70 % y un 30 % de sólidos se emplearon como soporte para llevar a cabo la producción de penicilina en medio sólido. 9.8. Producción. La producción de penicilina se realizó empacando, por duplicado, columnas de vidrio con 12 g del bagazo con medio y esporas a una densidad de empaque de 0.26 g/mL. Posteriormente las columnas empacadas se sumergieron dentro de una pecera con agua a una temperatura controlada de 25º C, y con un flujo de aire húmedo de 2.4 L/h, durante 130 horas aproximadamente. En un humidificador conectado en la parte inferior de cada columna, el aire se hizo burbujear en agua antes de pasar por cada una de ellas. 9.9. Extracción de las muestras en medio sólido. Se tomaron dos columnas completas por cada transformante y parental cada 24 horas para determinar la producción de penicilina a lo largo de la fermentación, para cuantificar la producción de biomasa por peso seco y para determinar la humedad del medio. Se desempacó totalmente cada columna; se pesó su contenido y se añadieron 72 mL de amortiguador de fosfatos18 a un pH de 5.5. Posteriormente, se mezcló perfectamente y se ajustó el pH entre 5 y 5.15, con ácido fosfórico diluido (se midió el volumen utilizado para considerarlo en los cálculos de dilución). Esta mezcla se centrifugó a 2700 r.p.m. durante 20 minutos, y un volumen de 5 mL del sobrenadante se separó y se colocó en un tubo estéril. 70 µL de este sobrenadante son suficientes para realizar los bioensayos correspondientes. El precipitado formado se lavó primero con 50 mL de una solución de HC1 al 5 % y después con 50 mL de NaCl al 0.9 %, para eliminar restos de carbonato de calcio. El precipitado limpio se llevó a peso constante, para cuantificar biomasa y porcentaje de humedad.

- 37 -

10. Resultados 10.1. Producción de penicilina en sistema de fermentación líquida. La cepa transformada se utilizo para llevar a cabo los estudios de producción de penicilina en sistema de fermentación líquida. También se utilizó como control la cepa mutante npe6 que carece de la capacidad de producir penicilina [36, 37]. 10.1.1. Análisis del pH en la producción de penicilina en sistema de fermentación liquida. El medio de producción desde su inicio tuvo un comportamiento bueno en relación al pH del medio, no excediendo el rango de la fermentación (6.0 - 8.0) por lo que se determina una buena producción.

Grafico de pH FL P2-32 8

pH

6 Control

4

T-2

2 0 0

24

48

72

96

120

144

tiem po (h)

Grafica 7. Se muestra los pH’s de la fermentación líquida de cada uno de los tiempos de la cinética de crecimiento de la cepa P2-32.

Control

T-2

tiempo (h)

col-1

col-2 promedio col-1

col-2 promedio

0

6.16

6.23

6.195

6.25

6.18

6.215

24

6.3

6.4

6.35

6.4

6.46

6.43

48

6.58

6.61

6.595

6.82

6.66

6.74

72

6.45

6.52

6.485

6.55

6.8

6.675

96

7.21

7.13

7.17

7.42

7.35

7.385

120

7.22

7.16

7.19

7.35

7.26

7.305

144

7.51

7.36

7.435

7.33

7.35

7.34

Tabla 7. Datos para calcular el pH en la producción en sistema de fermentación en líquida

- 38 -

10.1.2. Producción de biomasa en sistema de fermentación líquida. La producción de biomasa aumenta cada 24 hrs. teniendo una alta producción de biomasa a las 72 hrs., posteriormente se observa una lisis de la biomasa.

Grafico Biomasa FL P2-32 0.4 0.35 biomasa (mg/g)

0.3 0.25 Control

0.2

T-2

0.15 0.1 0.05 0 0

24

48

72

96

120

144

tiem po (h)

Grafica 8. Cinética de producción de biomasa. La FL se llevo a cabo a 25° C y 250 r.p.m. durante 5 días en matraces de 250 mL con medio Somerson, por duplicado. La producción de biomasa se expresa como micro gramos de peso seco sobre mililitros de medio.

Biomasa (mg/g) tiempo (h)

Control

T-2

0

0.1761

0.2266

24

0.1838

0.2278

48

0.17111

0.2539

72

0.237645 0.37585

96

0.23216

0.315

120

0.20509

0.287

144 0.19083 0.2886 Tabla 8. Datos para calcular la producción de biomasa en la producción en sistema de fermentación en líquida.

- 39 -

10.2. Producción de penicilina en sistema de fermentación sólida. La cepa P2-32y la cepa control fueron las que se utilizaron para llevar a cabo los estudios comparativos de FS. Se valuaron los parámetros de producción de penicilina, además se midieron valores de pH del medio de cultivo

10.2.1. Análisis del pH en la producción de penicilina en sistema de fermentación sólida. El medio de producción desde su inicio tuvo un comportamiento bueno en relación al pH del medio, no excediendo el rango de la fermentación (6.0 - 8.0) por lo que se determina una buena producción.

Grafico de pH FS P2-32 8

pH

7 6 5 4

Control T-2

3 2 1 0 0

24

48

72

96

120

144

tiem po (h)

Grafica 9. Se muestra los pH’s de la fermentación sólida de cada uno de los tiempos de la cinética de crecimiento de la cepa P2-32.

Control

T-2

tiempo (h)

col-1

col-2 promedio col-1

col-2 promedio

0

6.5

6.5

6.5

6.53

6.52

6.525

24

6.51

6.53

6.52

6.58

6.54

6.56

48

6.58

6.61

6.595

6.62

6.64

6.63

72

6.86

6.86

6.86

7.16

6.8

6.98

96

6.75

6.79

6.77

6.75

6.74

6.745

120

6.85

6.78

6.815

6.94

6.86

6.9

144

7.2

7.2

7.2

7.33

7.35

7.34

Tabla 9. Datos para calcular el pH en la producción en sistema de fermentación en sólida.

- 40 -

10.2.2. Producción de biomasa en sistema de fermentación sólida. Se determinó la biomasa generada por la cepa P2-32 y la cepa control en la FS. La producción de biomasa aumenta cada 24 hrs. teniendo una alta producción de biomasa a las 72 hrs., posteriormente se observa una lisis de la biomasa.

Grafico Biom asa FS P2-32 0.5 0.45 biomasa (mg/g)

0.4 0.35 0.3

Control

0.25

T-2

0.2 0.15 0.1 0.05 0 0

24

48

72

96

120

144

tiem po (h)

Grafica 10. Cinética de producción de biomasa. La FS se llevó a cabo a 25° C y 2.4 L/h de flujo de aire, durante 130 h en columnas empacas con bagazo pretratado impregnado en medio Somerson modificado, por duplicado. La producción de biomasa se expresa como miligramos de peso seco sobre gramos de materia seca. Biomasa (mg/g) tiempo (h) Control

T-2

0

0.1661

0.3416

24

0.1838

0.3678

48

0.19445

0.3939

72

0.2424

0.46585

96

0.2035

0.36

120

0.2

0.302

144 0.1803 0.2886 Tabla 10. Datos para calcular la producción de biomasa en la producción en sistema de fermentación en sólida.

- 41 -

11. Discusión. 11.1. Análisis de graficas A través de las graficas nos damos cuenta que para saber que la cepa no esta contaminada se debe de mantener el pH constante y que la humedad debe de permanecer constante también Hemos obtenido mayor concentración de penicilina en la fermentación sólida ya que el sustrato utilizado en este tipo de fermentación es considerado como un sustrato natural para este organismo. Precisar la cantidad de penicilina producida por unidad de volumen del medio de cultivo líquido (o sólido), es quizá el parámetro más importante para diferenciar la capacidad productora de colonias fúngicas. No obstante, determinar la producción de penicilina por unidad de masa miceliar del microorganismo (es decir, la producción específica) es sin duda un parámetro más representativo y completo de su capacidad productora. En principio, en todo proceso de fermentación, al aumentar el crecimiento celular se elevaría la producción. No siempre es así, pero lo ideal sería alcanzar un crecimiento escaso junto a una alta producción (una alta productividad o producción específica). De tal forma, se determinó el perfil de crecimiento de los transformantes y progenitores estudiados en ambos medios de cultivo, con el fin de combinar estos datos con los valores de producción y definir, de este modo, las cinéticas de producción específica de las diferentes colonias. Por un lado en la FL se habla de µg de antibiótico por mL de medio de cultivo, mientras que en la FS se define como µg de penicilina por gramo de materia seca. De tal forma, hablar del número de veces de mayor producción en FS en comparación con FL, es hablar de cuantos mL de volumen en un medio líquido se requieren de más para sintetizar la misma cantidad de penicilina que se llevaría a cabo en un gramo de peso del medio de cultivo sólido [38].

- 42 -

12. Elección de proceso. 12.1. Aspectos Generales de Producción Preparación del medio de cultivo (medio encapsulado complejo).Los sustratos utilizados son: levadura, licor de maíz, soya. Fuentes de carbono utilizadas: glicerol, fructosa o lactosa. Preparación del inoculo: La fermentación es llevada a cabo a 28° C por duplicado manteniendo agitado en una plataforma agitada (150 rpm). Los matraces se inoculan a 500 microlitos de esporas en solución conteniendo 2*108 esporas/mL Fermentación: se lleva a cabo a 28°C con un pH de 5.8 a 6.3. La disolución de oxigeno se controla a 40% del aire de saturación. La fermentación se lleva a cabo por lote alimentado. Recuperación del Producto: Filtrado y conversión de la forma hidroxiacida en forma de lactona por medio de una acidificación. Extracción con acetonitrilo y secado del producto para la obtención del principio activo purificado en polvo.

Figura 4. Producción industrial de penicilina

- 43 -

12.2. Producción de penicilina Las siguientes tecnologías son para la producción de Penicilina, hallando así un mejoramiento en la producción, así como por tener rendimientos más altos, menores tiempos de proceso. 12.2.1. Diagramas de Tecnologías
Tecnología A:

- 44 -


Tecnología B:

- 45 -


Tecnología C:

- 46 -

Las tres tecnologías tienen diferentes características, como se muestra a continuación: -

-

-

-

-

-

-

La principal diferencia es con respecto al rendimiento del producto, ya que la tecnología A tiene un rendimiento de 20 g/L, la B de 35 g/L, mientras que la C lo tiene de 10 g/L. Con respecto a la eficiencia de los procesos, la tecnología A tiene una eficiencia del 70%, la B del 90% y la C del 80%, estas variantes se deben a la clase y número de equipos utilizados en los procesos, ya que entre más equipos tenga nuestro proceso será de menor calidad el producto y de menor rendimiento, porque al pasar por muchos equipos hay perdidas de mermas en cada equipo y por lo tanto mucha pérdida total del producto como tal. Con lo que se refiere a los costos de los solventes, en las tecnologías A y C salen caros ya que en estas se requiere de una mayor cantidad de solventes debido a que hay más extracciones en comparación con la tecnología B. En cuanto al tiempo de proceso, vemos que es mucho menor en la tecnología B ya que requiere de menos operaciones, en comparación con las tecnologías A y C en las cuales son más operaciones, por lo tanto requieren de más tempo todo el proceso en general. La calidad del producto es mucho mejor en la tecnología B, ya que al pasar por un tamizado se hace más fina la penicilina quedando apta para los procesos siguientes que pudiera llevar, mientras que el producto de la tecnología A y C no pasa por dicho tamizado, así que este producto aunque pasa por una evaporación y purificación final, la penicilina queda muy gruesa, la cual requiere de otro costo adicional para realizarle las operaciones adecuadas y quede como la penicilina B. En lo que se refiere a la humedad de la penicilina, se sabe que esta puede salir como producto final con un 35 a 40 % de humedad, en el caso de la tecnología A sale con 50% de humedad, la C con un 55% de humedad, mientras que la tecnología B sale con un 38% de humedad, estos porcentajes se debe a que en la tecnología B se ocupa centrifugas de extracción las cuales son mucho más eficientes en comparación con los extractores que se ocupan en la tecnología A y C. Por último los costos de operación directa son más bajos en la tecnología B, ya que en las demás tecnologías se requiere de más equipo, por lo tanto los costos de operación, mantenimiento y supervisión, entre otros costos aumentan saliendo costosa toda la tecnología.

Analizando cada una de las tecnologías, podemos realizar la selección cualitativa de la tecnología.

- 47 -

12.3.1. Análisis cualitativo

Predicado

Ponderación

Muy Mal

1

Mal

2

Regular

3

Bien

4

Muy Bien 5 Tabla 11. Estandarización para evaluar el análisis cualitativo de selección de Tecnología.

Variables Consideradas

%

Tecnología A

Tecnología B

Tecnología C

Calif

Total

Calif

Total

Calif

Total

Cantidad de materia prima

10

3

30

4

40

2

20

Costos de operación

12

4

48

5

60

4

48

Costos de supervisión

3

3

9

4

12

1

3

Costos de mantenimiento

6

3

18

4

24

2

12

Costos de laboratorio

2

3

6

5

10

2

4

Agua utilizada

9

4

36

4

36

3

27

Rendimiento

20

4

80

5

100

4

80

Eficiencia del proceso

18

3

54

5

90

3

54

Mano de obra (proceso)

5

3

15

4

20

3

15

Tiempo del proceso

15

4

60

5

75

3

45

Total 100 356 467 Tabla 12. Matriz de decisión cualitativa para la selección de Tecnología

308

De acuerdo al análisis de las características más importantes de los procesos, se puede visualizar que la tecnología más conveniente para adquirir la es la Tecnología B.

- 48 -

12.4. Selección del reactor El proyecto tiene una duración de diez años, durante los cuales es importante seleccionar bien el equipo principal para su adquisición. Se obtuvieron tres cotizaciones del reactor de 2000 litros que requerimos para llevar a cabo el crecimiento de microorganismo (medio semilla). Para el análisis se decide clasificar los reactores de la siguiente forma: A = Reactor aluminio B = Reactor de acero inoxidable C = Reactor de acero En la siguiente matriz cualitativa, podemos ubicar la inversión que debe realizarse si se desea adquirir alguno de los reactores de interés, el porcentaje de cuanto representa el costo de operación de cada uno, mantenimiento, costo de la instalación del mismo en la planta de trabajo, vida útil y el tiempo de vida del proyecto. Reactores A

B

C

171,160

73,260

108,060

12 %

15 %

10 %

No

No

No

Instalación

No

600

700

Vida útil (años)

10

8

10

Capacidad

1,800

1,900

2,100

10 años

10 años

10 años

Características Inversión ($) Costo de operación Mantenimiento

1

Tiempo de vida (proyecto) Tabla 13. Matriz cualitativa

1 No requiere mantenimiento, si se deja de usar un tiempo, sólo basta con pasivar (purgar el sistema con vapor, que a su vez lo esteriliza).

12.4.1. Análisis cuantitativo Reactor A Inversión = ($171,160) (2 reactores) = $342,320 Costos de operación = Inversión x $ operación x cantidad de equipos x vida del proyecto Costos de operación = ($171,160) (12%) (2) (10) = $410,784 Costos de mantenimiento = Inversión x $ mantenimiento x cantidad de equipos x vida del proyecto Costos de mantenimiento = ($171,160) (0) (2) (10) = $ 0

- 49 -

Costos de instalación = $ de instalación x # equipos a utilizar Costos de instalación = (0) x (2) = 0 Ahora sumamos todos los costos para tener el costo total del reactor A. Costo real del reactor A = $342,320 + $410,784 = $753,104 Reactor B Inversión = ($73,260) (2 reactores) = $146,520 Costos de operación = Inversión x $ operación x cantidad de equipos x vida del proyecto Costos de operación = ($73,260) (15%) (2) (10) = $219,780 Costos de mantenimiento = Inversión x $ mantenimiento x cantidad de equipos x vida del proyecto Costos de mantenimiento = ($73,260) (0) (2) (10) = $ 0 Costos de instalación = $ de instalación x # equipos a utilizar Costos de instalación = ($600) (2) = $1,200 Ahora sumamos todos los costos. Costos totales = $146,520 + $219,780 + $1,200 = $367,500

- 50 -

Reactor C Inversión = ($108,060) (1 reactores) = $108,060 Costos de operación = Inversión x $ operación x cantidad de equipos x vida del proyecto Costos de operación = ($108,060) (10%) (1) (10) = $108,060 Costos de mantenimiento = Inversión x $ mantenimiento x cantidad de equipos x vida del proyecto Costos de mantenimiento = ($108,060) (0) (2) (10) = $ 0 Costos de instalación = $ de instalación x # equipos a utilizar Costos de instalación = ($700) (1) = $700 Ahora sumamos todos los costos para tener el costo total del reactor C. Costo real del reactor C = $108,060 + $108,060 + $700 = $216,820

En seguida se muestra los resultados para formar la matriz cuantitativa: Variables consideradas

Reactores A

B

C

Inversión

$171,160

$146,520

$108,060

Costo de operación

$410,784

$219,780

$108,060

Mantenimiento

No

No

No

Instalación

No

600

700

Vida útil (años)

10

8

10

$367,500

$216,820

Costo real del equipo $753,104 Tabla 14. Matriz cuantitativa.

Con la matriz cuantitativa podríamos decidirnos por el reactor C.

- 51 -

12.4.2. Análisis cualitativo Para una mayor precisión en nuestra elección, se presenta ahora una matriz cualitativa, donde se compara y decidirá finalmente en base ahora a las cualidades de cada equipo, como su garantía, servicio, mantenimiento, material con el que se diseño el cual debe ser adecuado a nuestras necesidades y finalmente su manejo también.

Variables consideradas

Reactores A

B

C

% Garantía

18

10 años

8 años

10 años

2

24

Fácil

Difícil

Fácil

Material

28

Acero inoxidable

Acero inoxidable

Acero inoxidable

Difícil

Fácil

Fácil

Servicio

Facilidad de manejo 30 Tabla 15. Matriz cualitativa

2 El mantenimiento es muy fácil, sólo hay que lavarlo y esterilizarlo, y si no se utiliza por un tiempo guardarlo perfectamente seco.

13. Diseño de equipo 13.1. Características relevantes en el diseño y suministro de los equipos. El diseño de los equipos se calcula con la consideración de que operan al 70% de su capacidad nominal por mayor seguridad. Se establecen criterios en base a los códigos internacionales para definir las presiones de diseño.

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Tanques y recipientes

Hoja 1 de 15

Planta: Planta productora de antibióticos (penicilina) Localización: Parque Industrial El Convento. Nombre del equipo: Tanque contenedor No del equipo: T-104 Capacidad: 660.4 Galones Tamaño: Altura = 60 in, Diámetro = 55.12 in Densidad acero: Densidad: 0.276 lb/in.3 No requerido: 2 Datos de diseño Código: ASME Tanque atmosférico Presión operación: Presión atmosférica Tipo charolas: s/n Estampado: -------Temperatura de diseño: 212° F Temperatura de operación: Temperatura ambiente Radiografiado: 0.85 Art.

Esp.

Cuerpo

3/16

Material Acero inoxidable

Dibujo de referencia

SA-240 TP304

Contenedor Notas: Ninguno Peso vacío: 1938.08 lb

Peso lleno: 30879.1 lb

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Tanques y recipientes

Hoja 2 de 15

Planta: Planta productora de antibióticos (penicilina) Localización: Parque Industrial El Convento. Nombre del equipo: Tanque Productor No del equipo: T-105 Capacidad: 6604.25 Galones Tamaño: Altura = 192.9 in, Diámetro = 100.4 in Densidad acero: Densidad: 0.276 lb/in.3 No requerido: 2 Datos de diseño Código: ASME Tanque atmosférico Presión operación: Presión atmosférica Tipo charolas: s/n Estampado: -------Temperatura de diseño: 212° F Temperatura de operación: Temperatura ambiente Radiografiado: 0.85 Art.

Esp.

Cuerpo

3/16

Material Acero inoxidable

Dibujo de referencia

SA-240 TP304

Contenedor Notas: Ninguno Peso vacío: 17275.4 lb

Peso lleno: 37835.9 lb

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Filtro de discos

Hoja 3 de 15

Planta: Planta productora de antibióticos (penicilina) Localización: Parque Industrial El Convento. Nombre del equipo: Filtro de discos No del equipo: FC-310 Servicio: Filtrado y separación de micelio No requerido: 1 Datos de diseño Capacidad 52.83 Gal/hr Longitud 39.37 in. Diámetro 27.55 in Potencia 3 Hp Voltaje 440 volts

Condiciones de proceso Fuerza centrifuga 3500 rpm Intervalo de temperatura 76º F --- 89.6º F Humedad 5 % --- 0.3%

Dibujo de referencia

Material

Especificaciones

Acero inoxidable

El tamaños de partícula de sólidos que separa es mayor a 100Dp (µm)

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Agitador

Hoja 4 de 15

Planta: Planta productora de antibióticos (penicilina) Localización: Parque Industrial El Convento. Nombre del equipo: Agitador No del equipo: A-210 Servicio: Mezclador de medio semilla No requerido: 1 Base de diseño Tipo: Rushton con 4 aspas para 4 turbinas Diámetro del impulsor: 2.87 in Velocidad: 6000 rpm Potencia: 0.83 hp Altura de la flecha: 50 in Voltaje: 440 w.

Art. Cuerpo

Material Acero inoxidable SA-240 TP304

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Dibujo de referencia

Especificaciones Son de tipo turbina, durante el proceso se controla el aire, agitación, pH, T.

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Mezclador

Hoja 5 de 15

Planta: Planta productora de antibióticos (penicilina) Localización: Parque Industrial El Convento. Nombre del equipo: Mezclador No del equipo: MZ -310 Servicio: Mezcla de las esporas con los excipientes No requerido: 1 Datos de diseño Capacidad 900 Gal. Altura 105 in Diámetro 50 in Potencia 7.5 Hp Voltaje 440 volts

Condiciones de proceso Dibujo de referencia Presión de operación 150 psi. Temperatura de operación 122º F

Mezcladora

Material Acero al carbón : SA-285 GR C

Especificaciones

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Tanques y recipientes

Hoja 6 de 15

Planta: Planta productora de antibióticos (penicilina) Localización: Parque Industrial El Convento. Nombre del equipo: Reactor Semilla No del equipo: FR-210 Servicio: Crecimiento para el inoculo Capacidad: 23.8 Galones Tamaño: Altura = 33.6 in, Diámetro = 20.2 in No requerido: 1 Datos de diseño Código: ASME Presión de diseño: 270 psi Presión operación: 598 psi Tipo charolas: s/n Estampado: --------Temperatura de diseño: 350° F Temperatura de operación: 248° F Radiografiado: 0.85 Art. Cuerpo

1/4

Esp.

Tapas

3/16

Bases

Observaciones El tanque contará con una chaqueta que servirá para proporcionar esterilización al medio de cultivo. Este equipo contará con 2 turbinas Rushton con 4 aspas con una potencia de impulsor de 0.83 hp

Material Acero inoxidable SA-240 TP304 Herméticas de acero inoxidable SA-240 TP304 Acero al carbón SA-285 GR C

Dibujo de referencia

Reactor semilla Relación de boquillas

Volumen total: 23.8 Galones

Volumen de operación: 20.5 galones

Peso vacío: 87.4 lb

Peso lleno: 300 lb - 58 -

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Filtrado de micelio y penicilina

Hoja 7 de 15

Planta: Planta productora de antibióticos (penicilina) Localización: Parque Industrial El Convento. Nombre del equipo: TIPO DE FILTRO DE PROCESO LÍQUIDO-SÓLIDO DE TAMBOR ROTATORIO AL VACIO, DE COMPARTIMIENTO MÚLTIPLE. No del equipo: FR-135 Servicio: Separar el micelio y la penicilina No requerido: 1 Datos de diseño Tamaño del equipo Longitud: 8 ft Anchura: 13.12 ft Área nominal: 1291 ft2

Condiciones de proceso

Dibujo de referencia

Fase continua: líquido. Fase dispersa: sólido Intervalo de temperatura: 1.5 a 14.5 psia.

Intervalo de presión: cerca de 1 atmósfera. Concentración de la fase dispersa en la alimentación: Caída de presión: 10- 100 0.2 lb./ft3 KPa. Sequedad de la torta: 80% en peso de sólidos. Tasa de flujo: Líquidos: 3.5 X 10-5 a 3.5 X 10-3 ft/s Material Acero al carbón: SA-285 GR C

Especificaciones

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Filtro centrifugo

Hoja 8 de 15

Planta: Planta productora de antibióticos (penicilina) Localización: Parque Industrial El Convento. Nombre del equipo: FILTRO CENTRÍFUGO No del equipo: FC -215 Servicio: Filtrado de los cristales de penicilina G potásica No requerido: 1 Datos de diseño Condiciones de proceso Dibujo de referencia Longitud: 39377 plg Diámetro: 27.55 plg Potencia: 6 Hp Fuerza centrifuga: 3500 rpm

Capacidad: 52.83 gal/h Intervalo de temperatura: 77 a 89.6 F

Material: Acero al carbón: SA-285 GR C

Especificaciones

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Tamiz vibratorio

Hoja 9 de 15

Planta: Planta productora de antibióticos (penicilina) Localización: Parque Industrial El Convento. Nombre del equipo: TAMIZ VIBRATORIO. PARA SÓLIDOS. No del equipo: TMZ-234 Servicio: Tamiz de sólidos de penicilina No requerido: 1 Datos de diseño Condiciones de proceso Dibujo de referencia Tamaño del equipo: Longitud: 6.5 ft Anchura: 1.64 ft Área nominal: 3.28 ft2

Fase continua: líquido. Fase dispersa: sólido Intervalo de presión: cerca de 1 atmósfera. Alimentación de sólidos: 1.0 X 10-4 - 2.205 X 10 -4 lb/s

Material Acero al carbón: SA-285 GR C

Especificaciones

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Secador al vacío

Hoja 10 de 15

Planta: Planta productora de antibióticos (penicilina) Localización: Parque Industrial El Convento. Nombre del equipo: SECADOR AL VACIO No del equipo: SV-123 Servicio: tipo de equipo de contacto gas-sólido de ayuda mecánica al vacío directo No requerido: 1 Datos de diseño Tamaño del equipo: Anchura: 4.9 ft. Longitud: 9.8 ft. Altura: 5.9 ft. Requerimientos de energía: 8.0 KW

Condiciones de proceso Porcentaje de sección transversal ocupada por los sólidos: 65 % Coeficiente promedio de la transferencia de calor: 60 J/s m2 K

Dibujo de referencia

Eficiencia térmica: 80 %

Material Acero al carbón: SA-285 GR C

Especificaciones

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Banda transportadora

Hoja 11 de 15

Planta: Planta productora de antibióticos (penicilina) Localización: Parque Industrial El Convento. Nombre del equipo: Banda transportadora No del equipo: BT-110 No requerido: 4 Datos de diseño Tamaño: Anchura: 164 ft Longitud: 9.8 ft

Condiciones de proceso Flujo mínimo 20 cuñetes/ día

Dibujo de referencia

Flujo máximo 50 cuñetes/ día

Capacidad máxima de sólidos: 20 - 50 cuñetes /h Cuñetes de 25 Kg.

Material PVE, PU atóxico cumple requs. FDA Acabado: liso Trama rígida

Especificaciones

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Bomba de desplazamiento positivo

Hoja 12 de 15

Planta: Planta productora de antibióticos (penicilina) Localización: Parque Industrial El Convento. Nombre del equipo: bomba rotatoria de desplazamiento positivo. Tipo aspa deslizante. No del equipo: BD-310 Servicio: Transportar el flujo. No requerido: 1 Datos de diseño Presión máxima del Intervalo de temperatura: sistema: 5007 lb/plg2 -22 a 518º F

Dibujo de referencia

Presión diferencial Intervalo de viscosidad máxima p: del fluido: 629.62 lb/ft s 2145.96 lb/plg2 Capacidad máxima: 3.531 ft2/s Intervalo de eficiencia: 85%

Material

Especificaciones

Cuerpo: Acero Soporte: Acero Impulsor: Acero Flecha: Acero Base de bomba: Acero Lubricación: Aceite

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Bomba centrifuga

Hoja 13 de 15

Planta: Planta productora de antibióticos (penicilina) Localización: Parque Industrial El Convento. Nombre del equipo: bomba rotatoria centrifuga radial. No del equipo: BC-510 Servicio: Transportar el flujo del mezclador al filtro de discos. No requerido: 1 Datos de diseño Presión máxima del Intervalo de sistema: 5007 lb/plg2 temperatura: -400 a 932º F Presión diferencial máxima p: Intervalo de viscosidad 300.4 lb/plg2 del fluido: 0.096 lb/ft s

Dibujo de referencia

Capacidad máxima: 353.1 ft3/s Intervalo de eficiencia: 85%

Material

Especificaciones:

Cuerpo: Acero Soporte: Acero Impulsor: Acero Flecha: Acero Base de bomba: Acero Lubricación: Aceite

Tipo Waukesha Marca Ordrup Motor 15 hp.

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Bomba rotatoria de desplazamiento

Hoja 14 de 15

positivo Planta: Planta productora de antibióticos (penicilina) Localización: Parque Industrial El Convento. Nombre del equipo: bomba rotatoria centrifuga radial. No del equipo: BRP-110 Servicio: Transportar el flujo No requerido: 1 Datos de diseño Presión máxima del Intervalo de sistema: 5007 lb/plg2 temperatura: 14 a 518º F Presión diferencial Intervalo de viscosidad máxima ∆p: 2 del fluido: 0.002 lb/ft s 2861.28 lb/plg

Dibujo de referencia

Capacidad máxima: 1.4124 ft3/s Intervalo de eficiencia: 85%

Material

Especificaciones:

Cuerpo: Acero Soporte: Acero Impulsor: Acero Flecha: Acero Base de bomba: Acero Lubricación: Aceite

Tipo Waukesha Marca Ordrup Motor 15 hp.

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Evaporador de simple efecto

Hoja 15 de 15

Planta: Planta productora de antibióticos (penicilina) Localización: Parque Industrial El Convento. Nombre del equipo: Evaporador No del equipo: E-110 Servicio: Evaporar agua No requerido: 1 Datos de diseño Fluido a manejar

Dibujo de referencia

Flujo de diseño Bomba sanitaria Condensador evaporada.

de

1,200 agua litros 2 Hp

Recibidores para trabajar a vacío. Tuberías, estructura.

válvulas

Material Acero inoxidable

y

Especificaciones: Con calandria independiente, con circulación forzada por medio de bomba sanitaria, con todas las partes en contacto con el producto, de acero inoxidable, integrado con tanque cilíndrico vertical, con tapas torisfericas

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14. Evaluación toxicológica. Tiene efectos secundarios no muy comunes tales como: malestar estomacal, diarrea vómitos salpullido leve (erupciones en la piel), prurito (hormigueo peculiar o irritación incomoda en la piel, que provoca deseos de rascar el área afectada), urticarias (consiste en ronchas elevadas rojas), dificultad para tragar o respirar, resoplo (respiración con silbido), infección vaginal. La penicilina constituye uno de los antibióticos y de las drogas en general, menos tóxicas para el organismo humano, tanto que ha sido prácticamente imposible determinar la dosis letal 50 (DL50) en animales de experimentación; pues, más tóxica que la sustancia base es el potasio (cuando se trata de sales potásicas de bencilpenicilina). En la especie humana se han administrado hasta 100 millones diariamente sin que aparezcan efecto tóxicos. Sin embargo, existen reacciones indeseables algunas de las cuales pueden ser de consecuencias fatales. Las más importantes y que aparecen con cualquier tipo de penicilina que se utilice, son las siguientes: •

•

•

•

Reacciones por hipersensibilidad: son las más comunes y representan aproximadamente el 5% de los casos tratados. Entre estas se citan a los trastornos alérgicos: urticaria, alza térmica, dermatitis de contacto, enfermedad del suero, cefalea, artralgias, etc., que ceden fácilmente con la supresión del antibiótico. El asma y el edema de la glotis corresponden también a este tipo de trastornos aunque son poco frecuentes. El edema de la glotis es consecuencia dle uso local de penicilina (caramelos, trociscos, etc.) por lo que esta utilización está contraindicada en forma absoluta. En este caso el tratamietno de emergencia consiste en efectuar una traqueotomía y hacer nebulizaciones con adrenalina u otros vasoconstrictores. El shock anafiláctico: constituye probablemente la reacción más grave producida por la penicilina y puede tener consecuencias fatales si no se instituye rápidamente un tratamiento de emergencia. A los pocos minutos de la administración parenteral de penicilina, el paciente presenta malestar general, cianosis, pérdida de la conciencia y disminución de la presión arterial. Para contrarrestar este cuadro debe administrarse adenalina por vía IM, IV o intracardíaca y/o corticosteroides. Los antihistamínicos no son útiles en la fase inicial del shock anafiláctico. Una precaución muy necesaria antes de prescribir estos antibióticos es la de investigar antecedentes de reacciones similares en administraciones anteriores. Superinfección: es frecuente y se debe generalmente a estafilococos resistentes, pseudomonas, proteus y Cándida albicans que pueden desarrollarse con caracteres de patogenicidad en cualquiera de los aparatos o sistemas de la economía humana: digestivo, respiratorio, urinario, etc. Trastornos Locales: la administración parenteral produce intenso dolor cuando se

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inyecta por vía IM o tromboflebitis después de repetidas inyecciones IV. La inyección intratecal puede provocar un síndrome de irritación meningea caracterizado por convulsiones y al final, estado de como que puede llevar a la muerte del paciente. •

Misceláneo: en los momentos actuales y en virtud de la experiencia hasta hoy acumulada se ha ampliado el campo de reacciones indeseables para los derivados penicilínicos, especialemtne para los derivados semisintéticos. Sin embargo, algunas de ellas aparecen luego del uso de penicilina G en altas dosis o por tiempo prolongado las más importantes son: a) Elevación transitoria de transaminasas (SGOT-SGPT). b) Nefritis intersticial (oliguria, proteinuria, hematuria, cilindruria). Son de naturaleza alérgica y se asocian con manifestaciones dérmicas. c) Discrasias sanguíneas: anemia, trombocitopenia, granulocitopenia, prolongación del tiempo de hemorragaia y del tiempo de protrombina. Son reacciones reversibles y también debidas a hipersensibilidad. d) Neurotoxicidad: sopor, irritabilidad, ansiedad, convulsiones, cefaleas, fatiga. e) Trastornos hidroelectrolíticos: El exceso de K o Na cuando se administran dosis muy altas (hasta 100 millones por día) puede ocasionar serios distrubios. La hiperpotasemia puede ser fatal en presencia de insuficiencia ha sido descontinuada. La sal sódica puede agravar la evolución de una insuficiencia cardiaca congestiva que cursa con edema generalizado.

15. Características fisicoquímicas Las penicilinas son, muy solubles en agua, también en alcohol y glicerina, insoluble en éter y cloroformo. Se destruye por acción del calor, por ácidos, álcalis y agentes oxidantes y fermentos bacterianos. Sus soluciones se deterioran a la temperatura atmosférica, pero refrigeradas permanecen estables por algunos días.

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16. Bibliografía 1. Fleming, A. (1929). On the antibacterial action of a Penicillium, with special reference to their use in the isolation of B.Influenzae. Brit. J. Exp. Pathol. 10: 226-236. 2. Clutterbuck, P.W., Lovell, R. y Raistrick, H. (1932). Studies in the biochemistry of microorganisms. The formation from glucose by members of the Penicillium chrysogenum series of a pigment, an alkalisoluble protein and penicillin (the antibacterial substance of Fleming). Biochem. J. 26: 1907-1918. 3. Abraham, E.P., Chain, E., Florey, H.W., Florey, M.E., Heatley, N.G., Jennings, M.A. y Sanders, A.G. (1949). En Antibiotics, Vol. 2 (pp. 63 1-671), E.P. Abraham, E. Chain, H. W. Florey, N.G. Heatley, M.A. Jennings y A.G. Sanders, eds. Oxford University Press, Londres. 4. Sheehan, J.C. y Henery-Logan, K.R. (1959). The total synthesis of penicillin V. J. Am. Chem. Soc. 81: 3089-3094. 5. Abraham, E.P., Newton, G.G.F., Crawford, K., Burton, H.S. y Hale, C.W. (1953). Cephalosporin N: a new type of penicillin. Nature 171: 343. 6. Luengo, J.M. y Peñalva, M.A. (1993). Penicillin biosynthesis. En: “Aspergillus: 50 years on”. Progress in Industrial Microbiology, Vol. 29 (pp. 603-638). S.D. Martinelli y J. R. Kinghorn, eds. Elsevier, Amsterdam. 7. Martin, J.F. y Liras, P. (198913). Organization and expression of genes involved in the biosynthesis of antibiotics and other secondary metabolites. Annu. Rev. Microbiol. 43: 173-206. 8. Arnstein, H.R.V. y Morris, D. (1960). The structure of a peptide containing aaminoadipic acid, cysteine, and valine, present in the mycelium of Penicillium chysogenum. Biochem J. 76: 357-361. 9. Jensen, S.E., Westlake, D.W.S: y Wolfe, S. (1982). Cyclization of δ-(L-αaminoadipyl)-L-cysteinyl-D-valine to penicillin by cell-free extracts of Streptomyces clavuligerus. J. Antibiot. 35: 483-490. 10. Fawcett, P.A., Usher, J.J., Huddleston, J.A., Bleaney, R.C., Nisbet, J.J y Abraham, E.P. (1 976). Synthesis of δ-(L-α-aminoadipyl)-cysteinyl-valine and its role in penicillin biosynthesis. Biochem J. 157: 651-660. 11. Alexopoulos, C. J. Introductory Mycology, 2a. ed., Ed. J. W., 1962, pp. 387 425. 12. Fincham, J. R. S. And Day, P. R. Fungal Geneticas, 4a. ed. , Ed. California, 1979, pp. 17, 52-70, 125, 130. 13. Moat, A. G. Microbial Physiology, Ed. John Wiley & Sons, 1979, pp. 29, 158,223,2 70,306. 14. Smith, J. E., Berry, D. R. & Kristiansen, B. Fungal Biotechnology, Ed. AP, 1980, pp. 1-75. 15. Smith, J. E. And Berry, D. R. The Filamentous Fungi, Ed. Edward Arnold, 1978, pp. 125, 129, 226, 228, 401, 427, 428, 443. 16. Koneman, E. W. & Roberts, G. D. Micologia Práctica de Laboratorio, 3a. ed., Ed. Panamericana, 1996, pp. 18, 117, 160. 17. Hahn-Hagerdal B. (1986). Water activity: A possible external regulator in biotechnical processer. Enzyme Microb. 8: 322-327. 18. Mitchell DA, Lonsane BK. (1992). In: Doelle HW, Mitchell DA, Rolz CE (eds) Solid Substrate Cultivation. London and New York: Elsevier, 1 -16. 19. Underkofler LA, Severson GM, Goering KJ, Christensen LM. (1947). Commercial production and use of mold bran. Cereal Chem.. 24: 1-22. 20. Hesseltine CW. (1997). Solid-state fermentation. Part 2. Proc Biochem. 12: 29-32.

- 70 -

21. Raimbault M, Roussos S, Barrios- González J, Gutiérrez M. Viniegra G. Procedeé de culture de microorganisms sur un milleu solide constituée de dun support solide absorbant, compresible et non fermentable, French patent No. 26471 19. 1989. 22. Hesseltine CW. (1 972). Solid-state fermentation. Biotechnol Bioeng. 14: 51 7-532 23. Lonsane BK, Ghildyal NP, Budiatman S, Ramakrishna SV. (1985). Engineering aspects of solid- state fermentation. Enzyme Microbiol Technol.. 7:258-265. 24. Fukushima D. (1982). Koji as an important source of enzymes in the orient and its unique composite systems of proteinases and peptidases. Use of enzymes in food technology. Versailles: C.N.E.R.N.A. (C.N.R.S.). 25. Pandey A. (1992). Recent process developments in solid-state fermentation. Proc Biochem. 27: 109-1 17. 26. Archivo COFEPRIS, 2003. 27. Canifarma, junio 2004. 28. Salud, México 2003 29. Salud, México 2002 30. Fifarma con datos de IMS. 31. Información proporcionada por la empresa FERSINSA Gb. 32. Empresa FERSINSA Gb (único productor en todo el continente americano de penicilina G potasica) 33. http://www.conapo.gob.mx/00cifras/00indicadores/00.xls 34. http://www.monografias.com/trabajos13/segmenty/segmenty.shtml 35. Lode, H., Janish, P., Kupper, G. y Weuta, H. (1974). Comparative clinical pharmacology of three ampicillins and amoxicillinadministered orally. J. Infect, Dis. 129 (Supl.): S156-SI 69. 36. Fernández, F.J., (1997). Caracterización de la expresión de los genes implicados en la biosíntesis de penicilina: Reacción enzimática catalizada por el producto del último gen (penDE) de la ruta de biosíntesis de penicilina. Tesis Doctoral. Universidad de León. 37. Cantoral, J.M., Gutiérrez, S., Fierro, F., Gil-Espinosa, S., van Liempt, H. y Martin, J.F. (1993). Biochemical characterization and molecular genetics of nine mutants of Penicillium chrysogenum impaired in penicillin byosinthesis. J. Biol. Chem. 268: 737-744. 38. Barrios-González J, Castillo T.E., Mejía A. (1993). Development of high penicillin producing strains for solid-state fermentation. Biotechnol Adv. 11:525-537.
http://www.inegi.gob.mx/inegi/default.asp
http://www.salud.gob.mx/
Hacia una política farmacéutica integral para México. Primera edición 2005, ISBN 970-721-274-8
http://www.genamerica.info/html/penicilinas.html

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