BIORREACTORES El biorreactor puede considerarse como el núcleo de la biotecnología y sus procesos, ya que en este se realiza la transformación de los elementos al producto que se requiere, además este proceso debe garantizar el máximo rendimiento posible, por lo que su actividad es importante para la rentabilidad de los bioprocesos.(Vázquez y col, 2007) Los microorganismos han poblado la tierra desde hace millones de años y poseen un ciclo de vida simple: nacen, crecen se reproducen y mueren, su dieta se fundamenta en compuestos de carbono, agua, oxígeno y macronutrientes. macronutrien tes. Un biorreactor o fermentador es aquel que suministra un medio ambiente vigilado que permite el desarrollo eficaz de las células y la formación de un producto. Este a su vez debe poseer niveles óptimos de temperatura, pH, sustrato, sales y oxígeno, para poder convertir las materias primas en productos determinados requeridos. (Cabello, 2007) Existen diversos tipos de Biorreactores entre los cuales podemos encontrar:
Biorreactores de columna Este tipo de Biorreactores carece de sistema de transmisión mecánica para mezclar el caldo; El mezclado se ejecuta por la introducción de aire en el líquido desde el fondo del recipiente, al dispersarse el aire en burbujas y al subir causa la turbulencia del líquido. Si las columnas son grandes se pueden utilizar platos agujereados instalados en posiciones intermedias para diseminar las burbujas de gas y es uno de los tipos de Biorreactores más económicos. (Ruiz, 2010)
Biorreactor de tambor horizontal Es uno de los más utilizados, y su funcionamiento funcionamient o se fundamenta en: un contenedor rotatorio, perforado o con paletas, con el fin de conseguir una agitación permanente del sustrato sólido para incrementar el contacto entre las paredes del biorreactor y el sustrato, así como promover oxígeno al microorganismo. Estos tipos de Biorreactores vuelven más eficiente la transferencia de oxígeno y reduce la aglomeración de partículas de sustrato durante el crecimiento microbiano. (Carmona, 2008)
Biorreactor Zymoti Consiste de platos verticales por donde interiormente hay transferencia de calor debido al transporte de agua fría, mientras, que el aire temporizado es introducido por el fondo del sistema. Entre cada plato se carga el medio sólido anticipadamente inoculado, dicha cama se conserva estática durante
la fermentación. Este tipo de biorreactor presenta un sistema muy parecido a los Biorreactores de columna. (Parisa y col, 2010)
Biorreactor de membrana: Representa una tecnología revolucionaria ya sirve para el tratamiento de aguas residuales, debido a que este comprende dos procesos en uno: el reactor biológico y la separación de sólidos mediante membranas de micro filtración o ultrafiltración. Es un sistema que permite eliminar un alto porcentaje de sólidos en suspensión y por ende eliminación de materia orgánica y microorganismos. (Salazar y col, 2009)
Biorreactor de lecho fluidizado. El biorreactor de lecho fijo de flujo ascendente anaerobio también recibe la denominación de biofiltro anaerobio de flujo ascendente. Su ventaja radica en que ocupa poco espacio, lo que lo hace apropiado para industrias pequeñas. Consiste fundamentalmente en una columna de relleno sobre la cual se desarrollan y fijan bacterias anaerobias. (Rincón y col, 2009)
Entre las características más importantes que debe tener un biorreactor encontramos:
1. Calidad de mezclado la cual beneficie la distribución de las sustancias en el biorreactor.
2. Factibilidad técnica y económica. 3. Bajos costos de manipulación y mantenimiento. 4. Desarrollado bajo condiciones higienizadas. (Vázquez y col, 2007)
Diseño no convencional de Biorreactor: La demanda de producir proteínas y otros tipos de compuestos se ha inferido al desarrollo de Biorreactores desechables llamados así debido a su simplicidad y su facilidad al usar. El más usado es el biorreactor de olas el cual posee un forma de almohada y colocada en una superficie que se mueve de un lado a otro. (Trujillo y col, 2007)
Diseño mecánico de un biorreactor Configuración geométrica del fermentador: varía dependiendo de la prueba experimental a realizar y el volumen que se requiera.
Sistema de agitación: este depende de la viscosidad del medio de fermentación y la sensibilidad del sistema al esfuerzo, para poder variar la potencia de agitación.
Sistema de enfriamiento: la temperatura debe estar controlada siempre para llevar a cabo el proceso
Materiales de construcción: la selección de los materiales depende del proceso y de las condiciones de la operación tales como temperatura, presión, Ph, etc. (Rojas y col, 2011) En un proceso aerobio el biorreactor debe transferir eficientemente a la biomasa la cantidad de oxigeno requerida, debido a la baja solubilidad del oxígeno en agua, por esto debe suplirse el oxígeno a lo largo del proceso de crecimiento para el correcto desarrollo de las células y para que estas puedan disponer en forma adecuada de los nutriente. La capacidad del reactor para trasladar oxígeno de la fase gaseosa a la líquida varía del diseño del reactor, condiciones de operación y de las propiedades reológicas del medio de cultivo. (Martos, 2011) Entre las propiedades, más comunes que se miden en un biorreactor están:
Temperatura: la temperatura se encuentra entre las propiedades más significativas el control y las medidas resultan fundamentales para la biorreacción. Consta de: Sensor RTD Cables Medidor controlador Bomba de agua de enfriamiento
Medición y control de pH: para medirlo se utiliza un electrodo de vidrio que se encuentra en contacto con el caldo, el electrodo consiste de dos celdas un elemento sensor de pH y un elemento de referencia. Consta de: Electrodos d biorreactores Cables Medidores
pH con su
camisa presurizante y conectores para
Controlador Bombas de adicion de acido álcali
Medición y control de oxígeno disuelto: su medición es un cuantificación importante para el desarrollo y elaboración económica rentable de bioproductos, el oxígeno disuelto es el que utilizan los microorganismos para vivir y para efectuar el proceso de transformación. Consta de: Electrodo polarográfico Cables Medidor Controlador
Medición y control de espuma: la formación de espuma en los biorreactores es crítica debido a que se produce una baja del volumen del líquido en el interior del biorreactor si la espuma sale por el venteo o salida del gas agotado y se produce contaminación del bioproceso si la espuma alcanza a salir por el venteo o salda de gas. Consta de:
Electrodo Medidor Controlador Bomba de adición de anti espuma (Vazquez y col, 2007)
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Vázquez y col, 2007. Laboratorio de Biorreactores manual de prácticas. Institutito politécnico nacional
Cabello, 2007. Cultivo en Biorreactores de Rhodospirillum rubrun en condiciones foto heterotróficas. Universidad autónoma de Barcelona.
Carmona, 2008. Biorreactores Para Fermentación
Parisa y col, 2010. Solid state fermentation in modified zymotis packed bed bioreactor.
Salazar y col, 2009. Tratamiento de aguas residuales textiles mediante un biorreactor de membrana. Ingeniería y desarrollo. Número 26, 200 ISSN: 0122-3461
Rincón A, Angulo F, Olivar G. análisis y control de un biorreactor anaerobio de lecho fijo de flujo ascendente. Dyna. 2009, vol 76(157), p. 123-132.
Trujillo y col, 2007. El uso de Biorreactores desechables en la industria biofarmacéutica y sus implicaciones en la ingeniería. Departamento de Medicina Molecular y Bioprocesos, Instituto de Biotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México
Rojas C y Gonzales N. Diseño conceptual de un fermentador para la producción de N- butanol a partir de glucosa empleando Clostridium acetobutylicum ATCC 824. Tesis para pregrado en ingeniería química. Bucaramanga: universidad industrial de Santander, 2011
Martos, 2011. Transferencia y consumo de oxígeno en Biorreactores aerobios. Universidad Nacional de Misiones (UNaM). ISBN 978-950-579213-9