El advenimiento de la bioeconomía en el presente siglo ha impulsado el desarrollo de la biotecnología para la producción de diferentes insumos y productos de origen biológico en reemplazo de los insumos químicos derivados del petróleo. Los productos de la biotecnología tienen múltiples aplicaciones. En el país, existen sectores productivos estratégicos donde la biotecnología generaría impactos positivos, tales como el sector textil, forestal, biocombustibles, materiales de construcción, alimentos, entre otros. Particularmente, la industria textil nacional requiere la reconversión de sus procesos de acabado de fibras mediante el uso de catalizadores biológicos e insumos biodegradables para el teñido de prendas. Ello se ve restringido debido al costo de importación de enzimas, ya que no existe producción nacional. Un estimado de la demanda nacional es de aproximadamente 50 tn de celulasas mensuales, solamente para procesos de acabado textil de algodón en Lima. Por otro lado, no se utilizan pigmentos naturales para el teñido de fibras. Los colorantes sintéticos utilizados, aunque son muy estables, son desechados en los efluentes de teñido y generan contaminación ambiental por su recalcitrancia y toxicidad. La investigación científica puede ofrecer soluciones interesantes al respecto. Sin embargo, si bien la primera etapa de innovación está necesariamente ligada al desarrollo de conocimiento, resulta necesario traspasar la barrera del ámbito académico para lograr una solución real a los problemas productivos. En dicha transición, la validación a escala piloto de los resultados de investigación básica y aplicada en biotecnología permitirá evaluar, en términos reales, la factibilidad de la solución planteada. En este contexto, a través del presente proyecto, se realizará la producción a escala piloto de enzimas y colorantes naturales, productos biodegradables e inocuos, para el acabado de fibras textiles de algodón. Para dicho fin, se solicitó la adquisición de un sistema de fermentación automatizado de escala piloto, incluyendo un birreactor de 70 l de tipo tanque agitado con línea de salida que incluye un sistema de ultrafiltración tangencial, sistema de cromatografía preparativa para separación de productos. La adquisición del equipo será fundamental para potenciar la innovación biotecnológica en el país.

Objetivo general

Propiciar la innovación en biotecnología industrial para el país mediante la adquisición y puesta en marcha de un sistema de fermentación a escala piloto, que incluye un biorreactor automatizado de 70 l y equipos de línea de salida, con el fin de validar procesos optimizados de producción de endoglucanasas y pigmentos naturales de uso en la industria textil a través de sistemas de cultivo o cocultivo de hongos filamentosos.

Objetivo específico 1

Adquisición del equipo y puesta en marcha.

Objetivo específico 2

Seleccionar cepas para cultivo o cocultivo de hongos, para producción de endoglucanasas y colorantes naturales de uso textil.

Objetivo específico 3

Optimizar a escala de laboratorio las condiciones de cultivo y producción de endoglucanasas y pigmentos.

Objetivo específico 4

Producir a escala piloto endoglucanasas y colorantes naturales ecoamigables, y estandarizar los procesos de salida (downstream) para la separación de enzimas y colorantes.

Descripción

El cambio de paradigma económico y de los sistemas productivos en el presente siglo ha impulsado el desarrollo de la biotecnología para la producción de diferentes insumos y productos de origen biológico en reemplazo de los insumos químicos derivados de la industria del petróleo. Los productos derivados de la biotecnología tienen múltiples aplicaciones en el sector de manufactura. En el país, existen sectores productivos estratégicos donde la biotecnología puede generar impactos muy positivos, entre ellos, el sector textil, de madera, biocombustibles y materiales de construcción. Particularmente, la industria textil requiere la reconversión de sus procesos de acabado de telas de algodón mediante el uso de catalizadores biológicos e insumos biodegradables para el teñido de prendas. Una de las limitantes para ello es el costo asociado a la importación de insumos como enzimas, ya que no existe producción nacional. Un estimado de la demanda nacional es de aproximadamente 50 tn de celulasas mensuales, solamente para procesos de acabado textil de algodón. La demanda se concentra principalmente en la región Lima. Por otro lado, en la actualidad, no se utilizan pigmentos naturales para el teñido de fibras. Los colorantes comerciales utilizados, aunque son muy estables, son desechados en los efluentes de teñido y generan contaminación ambiental por su recalcitrancia y toxicidad.

Frente a ello, se han desarrollado investigaciones referidas a bioprospección de microorganismos productores de enzimas y pigmentos, y a producción biotecnológica a escala de laboratorio. Si bien la primera etapa de innovación está necesariamente ligada al desarrollo de conocimiento, resulta necesario traspasar la barrera del ámbito académico para lograr una solución real a los problemas productivos. En dicha transición, la validación a escala piloto de los resultados de investigación básica y aplicada en biotecnología permitirá evaluar en términos reales la factibilidad de la solución planteada.

En este contexto, el presente proyecto tiene como objetivo realizar una producción a escala piloto de enzimas (endoglucanasas) y colorantes naturales utilizados en el proceso de acabado de fibras textiles de algodón. Para dicho fin, se está solicitando la adquisición de un sistema de fermentación automatizado de escala piloto, incluyendo un birreactorde 70 l de tipo tanque agitado con línea de salida que incluye un sistema de ultrafiltración tangencial, sistema de cromatografía preparativa para separación de productos.

Con la adquisición de este equipamiento mayor, se logrará un diseño de variables de operación óptima para el escalamiento del sistema de producción enzimática a la etapa piloto 70 l. Además, el Laboratorio de Micología y Biotecnología (LMB) dispone de biorreactores a pequeña escala (3 l) con sistema de automatización y control, permitiendo un efectivo y seguro escalamiento. La meta principal, en este caso, es lograr un sistema optimizado del proceso a dicha escala para un rendimiento eficiente de producción, así como disponer de sólidos cálculos de dimensionamiento del equipo para el proceso en particular, y que sirvan para futuros estudios de escalamiento de dicho proceso a nivel industrial.

Por su parte, la Universidad Nacional Agraria La Molina (UNALM) cuenta con décadas de trayectoria en biotecnología industrial, agrícola, animal y ambiental. Si bien el proyecto servirá para desarrollar procesos con cultivo de hongos en biotecnología industrial, el sistema y configuración del biorreactor es lo suficientemente versátil para otros cultivos microbianos y productos. Por ello, los investigadores de las dependencias de la UNALM asociadas al proyecto podrán aplicar los conocimientos y entrenamientos recibidos para la producción de compuestos, tales como bioinoculantes, biomasa de levaduras y otros. De la misma manera, los investigadores de las universidades colaboradoras del interior del país podrán expandir y validar sus investigaciones. Por lo expuesto, la adquisición del equipo será fundamental para potenciar la innovación biotecnológica en Perú.

Institución responsable del equipamiento

Universidad Nacional Agraria La Molina

RUC: 20147897406

Tipo de entidad: Universidad

Régimen: Público

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: La Molina

Dependencias: Laboratorio de Micología y Biotecnología, Laboratorio de Ecología Microbiana y Biotecnología Marino Tabusso, Departamento de Química – Facultad de Ciencias y Facultad de Pesquería

Instituciones asociadas

Universidad Nacional Micaela Bastidas de Apurímac

RUC: 20527056579

Tipo de entidad: Universidad

Régimen: Público

Departamento: Apurímac

Provincia: Abancay

Distrito: Tamburco

Universidad Nacional Intercultural de la Amazonía

RUC: 20393146657

Tipo de entidad: Universidad

Régimen: Público

Departamento: Ucayali

Provincia: Coronel Portillo

Distrito Yarinacocha

Universidad Nacional Santiago Antúnez de Mayolo

RUC: 20166550239

Tipo de entidad: Universidad

Régimen: Público

Departamento: Ancash

Provincia: Huaraz

Distrito: Huaraz

Química Nava S.A.C.

RUC: 20113186730

Tipo de entidad: Empresa

Régimen: Privado

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: Ate Vitarte

Entidad colaboradora de interés de uso

Universidad Católica de Santa María

RUC: 20141637941

Tipo de entidad: Universidad

Régimen: Privado

Departamento: Arequipa

Provincia: Arequipa

Distrito: Yanahuara

Universidad Nacional del Centro del Perú

RUC: 20145561095

Tipo de entidad: Universidad

Régimen: Público

Departamento: Junín

Provincia: Huancayo

Distrito: El Tambo

Instituto Tecnológico de la Producción (ITP)

RUC: 20131369477

Tipo de entidad: Instituto o Centro de Investigación

Régimen: Público

Departamento: Callao

Provincia: Provincia Constitucional del Callao

Distrito: Callao

Austral Group S.A.A.

RUC: 20338054115

Tipo de entidad: Empresa

Régimen: Privado

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: San Isidro

Investigador principal

Nombres: Gretty Katherina

Apellido paterno: Villena

Apellido materno: Chávez

Entidad: Universidad Nacional Agraria La Molina

Dependencia: Laboratorio de Micología y Biotecnología

Coinvestigadores

Nombres: Yvette

Apellido paterno: Ludeña

Apellido materno: Hinojosa

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional Agraria La Molina

Dependencia: Laboratorio de Micología y Biotecnología

Nombres: Ilanit

Apellido paterno: Samolski

Apellido materno: Klein

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional Agraria La Molina

Dependencia: Laboratorio de Micología y Biotecnología

Nombres: Doris Elizabeth

Apellido paterno: Zúñiga

Apellido materno: Dávila

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional Agraria La Molina

Dependencia: Laboratorio de Ecología Microbiana y Biotecnología Marino Tabusso

Nombres: Carmen Alicia

Apellido paterno: Rodríguez

Apellido materno: Best

Grado académico: Magíster

Entidad Universidad Nacional Agraria la Molina

Dependencia Departamento de Química – Facultad de Ciencias

Nombres: Patricia Liliana

Apellido paterno: Gil

Apellido materno: Kodaka

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional Agraria La Molina

Dependencia: Facultad de Pesquería

Nombres: Jorge Luis

Apellido paterno: Wong

Apellido materno: Dávila

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional Agraria La Molina

Dependencia: Laboratorio de Micología y Biotecnología

Nombres: Carmen del Rosario

Apellido paterno: Tamariz

Apellido materno: Ángeles

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional Santiago Antúnez de Mayolo

Dependencia: Laboratorio de Biología – Facultad de Ciencias

Nombres: Percy Eduardo

Apellido paterno: Olivera

Apellido materno: Gonzales

Grado académico: Doctorado

Entidad: Universidad Nacional Santiago Antúnez de Mayolo

Dependencia: Laboratorio De Biología – Facultad De Ciencias

Nombres: Manuel Ricardo

Apellido paterno: Guerrero

Apellido materno: Ochoa

Grado académico: Magíster

Entidad: Universidad Nacional Intercultural de la Amazonía

Dependencia: Facultad de Ingenierías y Ciencias Ambientales – Escuela Profesional de Ingeniería

Agroindustrial

Nombres: Víctor Hugo

Apellido paterno: Sarmiento

Apellido materno: Casavilca

Grado académico: Magíster

Entidad: Universidad Nacional Micaela Bastidas de Apurímac

Dependencia: Facultad de Ingeniería – Laboratorio de Ingeniería Agroindustrial

Coordinador administrativo

Nombres: Isabel

Apellidos: Saldaña Zavala

Entidad: Universidad Nacional Agraria La Molina

Equipamiento mayor

Un equipo mayor es un equipo altamente sofisticado de un valor superior a S/. 600,000.00 que, por la relevancia de su uso en la investigación científica, tiene la capacidad de generar impacto regional y/o nacional en relación con la disponibilidad de tecnología. En ese sentido, la adquisición del equipo permitirá cubrir necesidades de acceso a tecnologías de investigación de alto costo que, por una parte, no se encuentran suficientemente desarrollados (por debajo de estándares nacionales); y, por otra parte, aún no se hallan disponibles en la región o el país.

Nombre del equipo mayor

Sistema biorreactor automatizado de escala piloto (70 l)

Descripción condiciones técnicas

El equipamiento adquirido es un sistema de fermentación de escala piloto esterilizable in situ. Incluye un biorreactor de acero inoxidable de 316 l de diseño cilíndrico enchaquetado para cultivos microbianos y celulares, con sistema de agitación acoplado magnéticamente para asegurar que no haya contaminación. Contiene puertos para inoculación, aireación, toma de muestra, condensación de vapores, luz interior, ventana de observación, puertos para sensores y filtros para aire. Cabe precisar que es esterilizable in situ y está completamente instrumentado para operación automática con controlador adaptativo PID, para comunicación a computadora y acceso por internet. El control de proceso se realiza mediante ciclos de control de pH, temperatura, oxígeno disuelto, nivel antiespumante, velocidad de agitación y presión. También cuenta con sensor para monitoreo no invasivo de procesos biológicos que no requiere un puerto, por lo que se elimina completamente la necesidad de esterilización del sensor.

El software (Sistema ORACLE de Gestión de la Información de Procesos) permite monitorear y controlar bioprocesos, así como analizar de manera cruzada e integral datos de procesos procedentes de diferentes plataformas, ya sea de diferentes versiones de biorreactores, volúmenes de trabajo o configuración distinta. Asimismo, está diseñado para aplicaciones de investigación y desarrollo de procesos y puede ser utilizado para la producción tanto a pequeña escala como a escala industrial, en cultivos de células de mamíferos o microbianos.

Los equipos complementarios incluyen un generador de vapor para esterilización del biorreactor, un compresor de aire y baño recirculante para remoción de calor. Además, los equipos de línea de salida (downstream process) realizan la concentración, separación y purificación de los metabolitos producidos. Asimismo, se va a contar con un sistema de concentración de ultrafiltración tangencial para planta piloto y sistema de cromatografía preparativa, que abarcan un rango de flujo de 3 a 150 l/h para un rendimiento de gradiente óptimo con software de control a fin de aumentar dicho rendimiento.

Lugar donde se instalará el equipo

No precisa.

Equipamiento secundario

Un equipo secundario asegura el correcto funcionamiento y operatividad del equipo mayor. Dicho equipo puede ser necesario para la preparación de muestras, para que el ambiente esté controlado, y demás condiciones. Entre los equipos mencionados, se encuentran termocicladores, cámaras de flujo laminar, aire acondicionado, estabilizadores de energía y computadoras.

Nombre del equipo secundario

Equipo refrigerante, generador de vapor, compresor, sistema de filtración tangencial, sistema de cromatografía preparativa

Descripción:

No precisa.

Proyección de uso

Si bien el LMB dispone de un conjunto de biorreactores de 3 l, la adquisición de un sistema de fermentación a escala piloto con un biorreactor de 70 l permitirá realizar la etapa de escalamiento para validar los procesos optimizados a escala de laboratorio, con el fin de formular medios para la producción de insumos y productos de origen biológico importantes en la industria textil. Los procesos optimizados pueden validarse y, posteriormente, configurarse para la producción en lotes continuos, alimentados y por perfusión. Asimismo, será de gran utilidad para la producción de endoglucanasas y pigmentos naturales realizando cultivos de hongos filamentosos. En Perú, no existen empresas productoras de enzimas, motivo por el cual estas son importadas. Dada la magnitud de la industria textil en el país, la oportunidad de desarrollar capacidades para la producción de enzimas, con características adecuadas empleadas en empresas nacionales, sería muy beneficiosa para el sector.

Los investigadores de las dependencias de la UNALM asociadas al proyecto podrán utilizar el equipo adquirido para producción a escala piloto de compuestos, tales como bioinoculantes (Laboratorio de Ecología Microbiana y Biotecnología), biomasa de levaduras selenizada (Departamento de Química) y productos derivados de bacterias y microorganismos marinos (Facultad de Pesquería). La adquisición del equipo es respaldada por la UNASAM, quienes evaluarán la producción de xilanasas por bacterias nativas. Asimismo, la UNAMBA utilizará el equipo para producir proteasas a fin de mejorar la calidad de fibra de alpaca, para producir enzimas que mitiguen la contaminación por desechos agroindustriales, y para el escalamiento de la producción de bebidas nutraceúticas. Por su parte, la UNIA está interesada en la producción de hidrolizados proteicos a partir de residuos agroindustriales de las oleaginosas amazónicas y producción de enzimas para la manufactura de productos fermentados amazónicos. Cabe señalar que la adquisición de este equipo promoverá e incrementará las capacidades de investigación e innovación de alto nivel en el país.

Adquisición de un biorreactor automatizado de escala piloto (70 litros) para la producción biotecnológica de insumos ecoamigables para la industria textil

Tipo de proyecto: Investigación aplicada

Sectores: Manufactura avanzada

Tipo de sector: Estratégico

Área de conocimiento OCDE: Ingeniería Y Tecnología

Subárea de conocimiento OCDE: Biotecnología Industrial

Disciplina de conocimiento OCDE: Biotecnología Industrial

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: La Molina

Descripción

El proyecto de investigación asociado a la adquisición y puesta en marcha de un sistema de fermentación a escala piloto, compuesto de un biorreactor automatizado de 70 l y equipos de línea de salida, tiene el siguiente objetivo principal: optimizar a escala de laboratorio medios y parámetros de cultivo en biorreactores tipo tanque agitado de 3 l a través de cultivos en lote para producir enzimas y pigmentos naturales de uso en la industria textil, específicamente, en el acabado de telas de algodón. Desde el punto de vista de la biotecnológico, la novedad de la propuesta consistirá en diseñar un sistema integrado de producción mediante la selección de una cepa que tenga capacidad metabólica de producción de endoglucanasas extracelulares y pigmentos intracelulares, gracias a la inducción y manipulación fisiológica por la optimización de medios de cultivo.

Alternativamente, se probará un cultivo mixto de hongos para la coproducción de enzimas y pigmentos. En ambos casos, se evaluará la eficiencia en términos de productividad y rendimiento de producto. Dicha etapa de diseño de procesos se llevará a cabo a escala de laboratorio utilizando matraces y biorreactores de pequeña escala (3 l) e incluirá, además, la estandarización de procesos de salida para recuperación de productos. Una vez seleccionado el mejor proceso productivo, se realizará la optimización a escala de laboratorio empleando cultivos en lote, en biorreactores de tipo tanque agotado de 3 l. Finalmente, los resultados obtenidos a escala de laboratorio serán validados a una escala mayor de 70 l con el equipamiento adquirido. Los insumos producidos serán evaluados mediante ensayos y normas técnicas certificadas para acabado textil de algodón. Para ello, se contará con la colaboración de QUIMICA NAVA S.A.C. Asimismo, se tomarán como referencia a los insumos comerciales importados que la industria textil utiliza actualmente.

En perspectiva tecnológica, se pretende conseguir la transición desde la investigación científica básica y aplicada hacia la innovación biotecnológica.

La UNALM es una universidad sin fines de lucro, líder en investigación dentro de las ciencias agrarias. Además, cuenta con laboratorios especializados y equipados. Por su parte, el Laboratorio de Micología y Biotecnología (LMB) tiene 41 años de experiencia en investigación de biotecnología industrial. Cabe señalar que ha ejecutado proyectos de investigación financiados por fuentes internacionales y nacionales. Asimismo, el LMB cuenta con 2,422 m², 8 salas de investigación y 15 salas de servicios centralizados equipadas: secuenciador Illumina MiSeq, Bioanalyzer, termocicladores, analizador de imágenes, isoelectroenfoque, electroforesis, cuartos de contención, microscopio láser confocal de barrido y Raman-AFM, espectrofotómetros, ultrafiltradores, liofilizador, HPLC, CE-TOF, baños agitados y biorreactores. Las áreas de investigación del LMB son las siguientes: a) Ingeniería Genómica (metagenómica, genómica funcional y biología sintética); b) Ingeniería Biológica para la optimización de bioprocesos. Por último, resulta importante indicar que el LMB tiene el compromiso de formar recursos humanos.