Tecnología de producción de penicilina
La tecnología de producción de penicilina presenta a nivel comercial aspectos particulares que son mantenidos en reserva por los productores, a pesar de que existe abundante bibliografía en el tema.
La producción de penicilina G o V es llevada a cabo por fermentación en medios líquidos, empleando reactores cuyo volumen oscila entre 40,000 y 500,000 1.
Este proceso es aeróbico y en general se emplea una relación de 0,5 – 1,0 volúmenes de aire (volumen de líquido)-1 min 1.
En una fermentación de penicilina típica, la mayoría de la masa celular es obtenida durante las primeras 40 horas de fermentación, a partir de un inóculo de 10% (v/v) de un cultivo vegetativo de 20 g 1 -1 .
Luego el crecimiento continúa a un valor mínimo de p, el cual se debe regular si se quiere mantener un qp elevado.
Durante la fermentación se debe controlar si el suministro de oxígeno es el requerido para mantener el valor deseado de qp. Otro parámetro importante es la temperatura, y en este caso el diseño y operación del reactor es importante por el calor generado por el crecimiento y la agitación.
Los agitadores utilizados son en general de tipo turbina. La potencia introducida al cultivo es del orden de 1 – 4 W 1 -1 . Durante el proceso se controla la temperatura, caudal de aire, velocidad de agitación, pH y velocidad de agregado de nutrientes. La duración de la etapa de producción en el caso de operarse un sistema «batch» alimentado es del orden de las 200 h.
Actualmente la extracción con solventes es la base para la separación y purificación de la penicilina. El primer paso consiste en separar el micelio del medio de cultivo empleando un filtro rotatorio a vacío tipo cilíndrico.
El filtrado rico en penicilina es luego enfriado en un intercambiador de calor a 0 – 4 °C con el objeto de disminuir la degradación enzimática y química durante las etapas de extracción posteriores.
Las penicilinas G y V son ácidos fuertes (pKa entre 2.5 – 3.1). Las formas ácidas son solubles en muchos solventes orgánicos y se pueden extraer con un alto rendimiento en acetato de amilo o de butilo a pH 2.5 – 3.0.
La extracción se puede realizar en operaciones continuas, a contracorriente en extractores centrífugos en etapas múltiples, a temperaturas de 0 – 3 °C. Otra posibilidad es el empleo de mezcladores estáticos o decantadores, los cuales tienen en menor costo de inversión.
Se debe tener en cuenta que tanto la penicilina G como la V se degradan en medio ácido con una cinética de primer orden a una velocidad proporcional a la temperatura y recíproca con respecto al pH.
Esto hace que la vida media en condiciones de eficiente extracción en medio ácido sea muy reducida. Sin embargo como la forma V en tales condiciones es más estable que la G, si el objetivo es obtener 6-amino penicilánico (6-APA) la producción de penicilina V es más aconsejable.
La extracción de penicilina se puede realizar en una o más etapas sucesivas, con una acidificación del caldo filtrado con H2 SO 4 o H 3 PO 4 al 10% P/V y con el agregado de un agente surfactante (0,003 – 0,1% P/P, en el solvente), realizándose la extracción y concentración en extractores centrífugos.
Dependiendo de las especificaciones de uso final, el solvente conteniendo penicilina se puede tratar con carbón para separar pigmentos y otras impurezas. Esta etapa actualmente no se realiza debido a las bajas impurezas de los caldos y a los altos rendimientos obtenidos.
La cristalización se puede realizar desde la fase acuosa si se desea, siendo los valores críticos las concentraciones de sodio o potasio, la temperatura, la concentración de penicilina y el pH.
En caso de hacerse la cristalización a partir de un solvente se requiere también un exceso de Na + o K+ , siendo los cristales recuperados en un filtro rotatorio a vacío. Estos cristales son lavados y presecados con un solvente volátil que también separa impurezas coloreadas. El secado definitivo se puede realizar con aire caliente, vacío o calor radiante.
La penicilina cristalina G o V así obtenida puede ser empleada como tal o como intermediario que es convertido a 6-APA para obtener nuevas penicilinas semisintéticas, cuidando en todos los casos que los productos deberán tener un grado farmacéutico.
Fuente: Apuntes de Microbiología Industrial del Programa Regional de Desarrollo Científico y Tecnológico de la OEA
