Diplomado en bioingeniería de procesos: Fundamentos, aplicaciones e innovación

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Fundamentos de la Bioingeniería de Procesos.

1. Estructura y componentes de los bioprocesos.
1.1. Integración de sistemas biológicos e ingeniería de procesos.
1.2. Estructura de un bioproceso: upstream, bioconversión y downstream.
1.3. Sistemas biológicos, productos y variables del proceso.
 

2. Cinética microbiana aplicada a bioprocesos.
2.1. Crecimiento microbiano y velocidad específica de crecimiento.
2.2. Modelo de Monod: µmax, Ks y dependencia del crecimiento respecto al sustrato.
2.3. Estimación e interpretación de µmax y Ks. 
 

3. Cinética enzimática aplicada a bioprocesos.
3.1. Velocidad de reacción y efecto de la concentración de sustrato.
3.2. Modelo de Michaelis-Menten: Km y Vmax.
3.3. Estimación e interpretación de Km y Vmax.
 

4. Rendimiento y productividad en bioprocesos.
4.1. Relaciones entre sustrato, biomasa y producto.
4.2. Rendimiento y conversión en sistemas biológicos.
4.3. Productividad y evaluación del desempeño del proceso.
 

5. Balances de materia y energía en bioprocesos.
5.1. Principios de conservación y formulación de balances.
5.2. Balances de materia globales y por componentes en bioprocesos. 
5.3. Balances en estado estacionario y no estacionario.
5.4. Fundamentos del balance de energía en bioprocesos.
 

6. Fenómenos de transporte en bioprocesos.
6.1. Fundamentos de transferencia de masa, calor y momentum en bioprocesos.
6.2. Transferencia de oxígeno: kLa, OTR y OUR.
6.3. Transferencia de calor y coeficiente de transferencia térmica.
6.4. Limitaciones de transporte y su efecto sobre el desempeño del bioproceso. 
 

7. Diseño experimental aplicado a bioprocesos.
7.1. Factores, niveles y variables de respuesta.
7.2. Replicación, aleatorización y control experimental.
7.3. Efectos principales, interacciones y diseños factoriales.
7.4. Análisis e interpretación de diseños factoriales.
7.5. Identificación de variables del proceso.
7.6. Uso de resultados experimentales para la toma de decisiones.

Diseño, Operación y Optimización de Bioprocesos.
 

1. Desarrollo y configuración de bioprocesos.
1.1. Definición del producto y requerimientos del proceso.
1.2. Selección del sistema biológico y estrategia de producción.
1.3. Integración de las etapas del bioproceso.
 

2. Medios de cultivo y condiciones de producción.
2.1. Requerimientos nutricionales del sistema biológico.
2.2. Fuentes de carbono, nitrógeno y otros componentes del medio.
2.3. Relación entre composición del medio, crecimiento y formación de producto.
 

3. Modos de operación de bioprocesos.
3.1. Operación por lote (batch) y lote alimentado (fed-batch).
3.2. Operación continua: tasa de dilución y tiempo de residencia.
3.3. Selección del modo de operación según el proceso y producto.
 

4. Estrategias de alimentación en bioprocesos.
4.1. Alimentación constante y variable.
4.2. Relación entre alimentación, concentración de sustrato y crecimiento.
4.3. Efecto de la alimentación sobre rendimiento y productividad.
 

5. Biorreactores y criterios de selección.
5.1. Configuraciones y características de los principales biorreactores.
5.2. Tanque agitado, columna de burbujeo y airlift.
5.3. Sistemas de células inmovilizadas y configuraciones especializadas. 
5.4. Selección del biorreactor según requerimientos del bioproceso. 
 

6. Operación de biorreactores.
6.1. Control de temperatura, pH y oxígeno disuelto.
6.2. Agitación, aireación, mezcla y potencia.
6.3. Formación de espuma y otras condiciones operativas.
6.4. Relación entre condiciones de operación y respuesta biológica.
 

7. Escalamiento de bioprocesos.
7.1. Principios y desafíos del cambio de escala.
7.2. Criterios de escalamiento: kLa, P/V y velocidad de punta.
7.3. Correlaciones de escalamiento. 
7.4. Selección de criterios según las características del proceso.
 

8. Recuperación y acondicionamiento de bioproductos.
8.1. Estrategias según la localización y características del producto.
8.2. Separación, concentración y recuperación.
8.3. Purificación y acondicionamiento.
8.4. Recuperación y rendimiento acumulado del proceso.
 

9. Optimización experimental de bioprocesos.
9.1. Selección de factores y variables de respuesta.
9.2. Diseños de cribado y selección de variables.
9.3. Metodología de superficie de respuesta.
9.4. Determinación e interpretación de condiciones de operación.
 

10. Monitoreo y evaluación del desempeño del bioproceso.
10.1. Variables de proceso e indicadores de desempeño.
10.2. Análisis e interpretación de tendencias y desviaciones.
10.3. Identificación de limitaciones y alternativas de mejora.
10.4. Uso de la información para la toma de decisiones operativas.

Aplicaciones de la Bioingeniería de Procesos.
 

1. Bioprocesos farmacéuticos.
1.1. Producción de biofármacos y productos biológicos.
1.1.1. Sistemas microbianos y celulares de producción.
1.1.2. Proteínas recombinantes y otros productos biológicos.
1.1.3. Rendimiento y productividad en sistemas de producción.
1.1.4. Requerimientos de calidad y buenas prácticas de manufactura (GMP).
1.2. Cultivos celulares aplicados a producción.
1.2.1. Requerimientos y condiciones de cultivo.
1.2.2. Estrategias de operación y alimentación.
1.2.3. Viabilidad, productividad y desempeño del cultivo.
1.3. Recuperación, purificación y calidad del proceso biofarmacéutico.
1.3.1. Estrategias de recuperación y purificación según el producto.
1.3.2. Filtración, precipitación y cromatografía.
1.3.3. Cálculo de recuperación, pureza y rendimiento acumulado.
1.3.4. Atributos críticos de calidad (CQA) y parámetros críticos de proceso (CPP).
1.3.5. Fundamentos de Quality by Design (QbD) y Tecnología Analítica de Procesos (PAT). 
 

2. Bioenergía y biocombustibles.
2.1. Producción biotecnológica de bioetanol.
2.1.1. Materias primas, pretratamiento y disponibilidad de sustrato.
2.1.2. Fermentación y variables de operación..
2.1.3. Cálculo de rendimiento y productividad.
2.1.4. Balance de carbono en la fermentación.
2.2. Digestión anaerobia y producción de biogás
2.2.1. Etapas microbiológicas de la digestión anaerobia.
2.2.2. Configuraciones y operación de reactores anaerobios.
2.2.3. Carga orgánica y tiempo de retención.
2.2.4. Cálculo e interpretación de la producción de biogás.
2.3. Producción biotecnológica de biodiésel.
2.3.1. Materias primas y rutas de producción.
2.3.2. Transesterificación enzimática y otras estrategias biotecnológicas.
2.3.3. Conversión, rendimiento y calidad del producto.
2.4. Microalgas como plataformas biotecnológicas.
2.4.1. Sistemas de cultivo y fotobiorreactores.
2.4.2. Luz, nutrientes y suministro de CO₂.
2.4.3. Cálculo de productividad de biomasa.
2.4.4. Obtención de productos de interés.
 

3. Bioingeniería ambiental.
3.1. Tratamiento biológico de aguas residuales.
3.1.1. Transformación biológica de materia orgánica y nutrientes.
3.1.2. Sistemas de biomasa suspendida y adherida.
3.1.3. Cálculo de carga orgánica, HRT y SRT.
3.1.4. Evaluación de remoción y desempeño del proceso.
3.2. Biorreactores aplicados al tratamiento de aguas.
3.2.1. Sistemas aerobios y anaerobios.
3.2.2. Biorreactores de membrana y configuraciones intensificadas.
3.2.3. Selección y operación según las características del agua residual.
3.3. Biorremediación de contaminantes.
3.3.1. Biodegradación de contaminantes en suelos y aguas.
3.3.2. Bioestimulación y bioaumentación.
3.3.3. Aplicación de modelos cinéticos de biodegradación.
3.3.4. Evaluación del desempeño y criterios normativos de remediación.
 

4. Bioingeniería agrícola.
4.1. Producción de bioinsumos agrícolas.
4.1.1. Microorganismos para biofertilización, bioestimulación y control biológico.
4.1.2. Sistemas de producción de inoculantes microbianos.
4.1.3. Viabilidad y estabilidad de los inoculantes.
4.1.4. Requerimientos de calidad y consideraciones regulatorias.
4.2. Fermentación aplicada a bioinsumos agrícolas.
4.2.1. Fermentación sumergida y en estado sólido.
4.2.2. Condiciones de operación según el sistema de producción.
4.2.3. Cálculo de rendimiento y productividad.
4.2.4. Evaluación de metabolitos y productos de interés.
4.3. Valorización de residuos agroindustriales y biorefinerías.
4.3.1. Residuos y subproductos como materias primas.
4.3.2. Pretratamiento y conversión biológica.
4.3.3. Balances de materia aplicados al aprovechamiento de residuos.
4.3.4. Obtención de bioenergía, bioinsumos y otros bioproductos.
 

5. Bioingeniería de alimentos.
5.1. Fermentaciones en la industria alimentaria
5.1.1. Cultivos iniciadores y microorganismos de interés.
5.1.2. Operación y desempeño de fermentaciones alimentarias.
5.1.3. Cálculo de rendimiento y productividad.
5.1.4. Requerimientos de inocuidad del proceso.
5.2. Probióticos y cultivos funcionales
5.2.1. Producción de probióticos y cultivos funcionales.
5.2.2. Viabilidad celular durante el procesamiento.
5.2.3. Estabilidad durante el almacenamiento.
5.3. Producción y aplicación de enzimas en alimentos
5.3.1. Producción microbiana de enzimas.
5.3.2. Determinación e interpretación de actividad enzimática.
5.3.3. Rendimiento, recuperación y estabilidad enzimática.
5.3.4. Aplicación en procesos alimentarios.

Innovación y Tendencias en Bioingeniería de Procesos.

1. Ingeniería metabólica y biología sintética aplicada a bioprocesos
1.1. Modificación y diseño de rutas metabólicas.
1.2. Redistribución de flujos metabólicos para mejorar rendimiento y productividad.
1.3. Estrategias de biología sintética aplicadas a sistemas de producción.
2. Modelado y simulación de bioprocesos.
2.1. Modelos mecanísticos y empíricos.
2.2. Integración de cinética y balances en modelos de proceso.
2.3. Simulación de escenarios.
2.4. Evaluación e interpretación de modelos.
 

3. Digitalización y análisis de datos en bioprocesos.
3.1. Adquisición y organización de datos del proceso.
3.2. Análisis multivariado aplicado a bioprocesos.
3.3. Análisis de componentes principales (PCA).
3.4. Interpretación de patrones y tendencias del proceso.
 

4. Inteligencia artificial y aprendizaje automático en bioprocesos.
4.1. Fundamentos de modelos basados en datos.
4.2. Aplicaciones en predicción y monitoreo de bioprocesos.
4.3. Aplicaciones en optimización y toma de decisiones.
4.4. Alcances y limitaciones.
 

5. Sostenibilidad de bioprocesos.
5.1. Consumo de materias primas, agua y energía.
5.2. Generación de residuos y emisiones.
5.3. Indicadores de desempeño ambiental.
5.4. Fundamentos del análisis de ciclo de vida aplicado a bioprocesos.
 

6. Innovación y transferencia de bioprocesos.
6.1. Identificación de oportunidades de innovación en bioprocesos.
6.2. Madurez tecnológica y escalamiento hacia la implementación.
6.3. Transferencia tecnológica y bioseguridad.
6.4. Evaluación de viabilidad técnica y económica.