CLASIFICACIÓN DE LOS BIORREACTORES . Clasificación operativa. Tanto biorreactores como fermentadores se clasifican primeramente de acuerdo al modo de operación: discontinuo, semicontinuo, continuo. Esta es una clasificación operativa y se aplica a cualquier reacto r, sea químico o biológico (biorreactor). En los reactores biológicos el modo de operación define el sistema de cultivo que es el mismo y delimita la clasificación procesal-productiva del bioproceso (cultivo). Al operar un biorreactor en una determinada categoría (discontinuo, semicontinuo, continuo), automáticamente queda determinado el modo de cultivo del sistema y se definen los parámetros y las características operativas y de diseño que intervienen en el proceso productivo del sistema.
Clasificación biológica. Los sistemas biológicos deben interaccionar con el ambiente externo para poder crecer y desarrollarse; es por eso que los biorreactores se clasifican biológicamente de acuerdo al metabolismo procesal del sistema de cultivo: anaeróbico, facultativo, aeróbico. Los bioprocesos de cultivo y las fermentaciones están basados en el metabolismo celular del celular del cultivo. El metabolismo define los parámetros y características operativasbiológicas de diseño y de operación del biorreactor. Estas características son las que intervienen en la parte biológica del sistema y tienen que ver con el crecimiento, productividad y rendimiento del cultivo; por lo que, definen la clasificación biológicaprocesal del sistema de cultivo.
Clasificación biológica-operativa. Ambas clasificaciones clasificaciones;; la biológica y la operativa, operativa, son son procesalmente procesalmente interdependien interdependientes tes y en su conjunto afectan el diseño final del biorreactor. Al conjuntar conjuntarse se ambas clasificaci clasificaciones, ones, se conjunta conjuntan n también la función operativ operativa a y la biológica para establecer entre ambas un propósito de utilización, el modo de cultivo y el bioproceso. Siendo el propósito de utilización, el destino de cultivo del biorreactor; para
qué tipo de cultivo va a ser utilizado el biorreactor; el modo de cultivo es sinónimo de sistema de cultivo y el bioproceso es en sí, todo el proceso. para la historia
TIPOS DE BIORREACTOR. Un biorreactor es un recipiente en el que se lleva a cabo un proceso químico que involucra organismos o sustancias bioquímicamente activas derivadas de dichos organismos. puede ser aeróbico o anaeróbico. son comúnmente cilíndricos, variando en tamaño desde algunos mililitros hasta metros cúbicos . Son usualmente fabricados en acero inoxidable. busca mantener ciertas condiciones ambientales propicias (pH, temperatura, concentración de oxígeno, etc.) al organismo o sustancia química que se cultiva.
Los biorreactores pueden clasificarse también de la siguiente forma:
OPERACIÓN DE UN BIORREACTOR. 1.- Lote o Discontinuo (Batch). por lotes o tandas, sin alimentación; se coloca dentro del biorreactor la carga total de cada proceso (tanda o lote) de cultivo o fermentación y se deja que se lleve a cabo el proceso productivo o la fermentación por el tiempo que sea necesario; el cuál se denomina tiempo de retención.
Características Generales:
Permite que se lleve a cabo la incubación en condiciones óptimas de fermentación.
A lo largo de toda la fermentación no se añade nada, excepto oxígeno (en forma de aire), un agente antiespumante y ácidos o bases para controlar el pH.
La composición del medio de cultivo, la concentración de la biomasa y la concentración de metabolitos cambia generalmente como resultado del metabolismo de las células observándose las cuatro fases típicas de crecimiento: fase de latencia, fase logarítmica, fase estacionaria y fase de muerte.
2.- Lote alimentado o Semicontinuo (FeedBatch). Con alimentación de una línea de entrada o alimentación (F1) para que el sistema de cultivo tenga un producto (biomasa) con máximo de crecimiento (exponencial) y aumente la productividad.
Características generales
Todos los sustratos se añaden al principio de la fermentación.
los sustratos se añaden escalonadamente a medida que progresa la fermentación.
La formación de muchos metabolitos secundarios está sometida a represión catabólica (efecto glucosa) .
3. Continuo o quimiostato. Se alimenta una línea de entrada F1 o alimentación y se drena una línea de salida F2 o lavado; de manera que los flujos o caudales de ambas líneas sean iguales y la producción sea continua.
Características generales:
Se establece un sistema abierto
No se utilizan de forma general en la industria, debido fundamentalmente al mayor nivel de experiencia que se tiene en el crecimiento de células en fermentación discontinua, el coste de producción de biomasa mediante cultivo continuo es potencialmente inferior al de cultivo discontinuo.
TIPOS DE BIORREACTORES
Biorreactores de tanque agitado de paletas y con inyección de aire o paletas:
Es un reactor tipo tanque agitado que esta dotado con diferentes sensores que permiten realizar un seguimiento en tiempo real de los cambios del fluido debido a los procesos metabólicos de los microorganismos presentes, además de permitir el control en la formación del biofilm con el uso de cupones que se introducen al reactor y luego son analizados con técnicas complementarias como la microscopia de fluorescencia o la microscopia electrónica
Características generales:
Tipo flujo (ideal): flujo en mezcla perfecta.
Relación altura/diámetro: es < 2 .
Versátiles: permite cambios, uso multipropósito.
Los mas empleados.
Es más flexible en las condiciones de operación.
Es más fácil de conseguir comercialmente.
Provee una eficiente transferencia de gases a las células y es el tipo con el que se tiene más experiencia.
Agitados mecánicamente (tipo de agitadores): consumo relativamente elevado de potencia.
Otros elementos: bafies deflectores, rompe espumas.
Aireados (células aerobias): distribuidores de aire.
Transferencia de calor: serpentines, camisas.
Tipo de operación: discontinua, semicontinua, continua.
Aplicaciones o usos: Es muy empleado, en todas las escalas de producción, en laboratorios de investigación o en la industria de fermentación, pueden utilizarse incluso para la fermentación de reologia compleja y en procesos en los que se exigen altas velocidades de transferencia de masa y de calor.
BIORREACTOR DEL TIPO «air Lift»
Son similares a los reactores de columna de burbujas, pero se diferencian por el hecho de que contienen un tubo de aspiración. El tubo de aspiración es siempre un tubo interior o un tubo externo. La circulación externa si el liquido es inducido a circular por un brazo lateral conectado al cuerpo principal del biorreactor en su parte inferior y superior, mientras que es interna si el liquido circula en forma definida sin salir del cuerpo principal del reactor.
Características Generales:
Fase solida (microorganismo) «disuelta» en fase liquida.
Células susceptible de daño celular (cel. Superiores).
Características de diseño - Distribuidores o inyectores de gas - Elementos mecánicos internos (externos)…movimiento del liquido
Control por velocidad
de transporte de oxigeno.…Sistema bifás icos (control película liquida).
Diseño: f (flujo en el recipiente) f ( mezcla axial )…. Modelo de tres zonas . Procesos : cultivo de células superiores (animales y vegetales), tejidos u órganos de células vegetales, tratamiento de aguas.
Dos zonas (ascendente y descendente) - Diferente densidad: separación gas
zona superior - Movimiento liquido ascendente y descendente separados físicamente - Gas es introducido en zona ascendente.
Aplicaciones o usos: En procesos cultivos de células superiores (animales y vegetales), tejidos u órganos de células vegetales, tratamiento de aguas Los de circulación externa solo se han empleado a nivel experimental, mientras que los de circulación interna se han llegado a utilizar nivel industrial, generalmente en el tratamiento de aguas residuales.
Biorreactores en columna
Este tipo de biorreactores carecen de sistema de transición mecánica para mezclar el caldo de cultivo. El mezclado se realiza por inyección de aire en el liquido desde el fondo del recipiente, al dispersar el aire en burbujas y al ascender causan la turbulencia del liquido.
Características Generales.
Tipo flujo (ideal): flujo en mezcla perfecta.
Relación altura /diámetro: es>3 reactores tubulares (COLUMNAS de BURBUJEO)
Agitados neumáticamente (gas a presión).
Aireados: distribuidores de aire.
Transferencia de calor: serpentines, cambiador externo.
Tipo de operación: discontinua, continua.
Accesorios: recirculación aéreo- elevado (AIR-LIFT).
Células susceptibles daño.
COLUMNA DE BURBUJEO
Fase solida (microorganismo) «disuelta» en fase liquida.
Células susceptible de daño celular fluidizado trifásico).
Microorganismos floculantes (Lecho
Procesos: producción de cerveza, vinagre. Levadura de pan , SCP, aguas residuales.
Características de diseño - Distribuidores de gas parte inferior de recipiente Parte superior con mayor diámetro (arrastre).
Control por velocidad de transporte de oxigeno.…Sistema bifás icos (control
película liquida).
Diseño: f (flujo en el recipiente) f ( mezcla ax ial )…. Modelo de dos zonas.
APLICACIONES Y USOS: Generalmente se emplean par fermentación de baja viscosidad.
CONCLUSION. Entendí
que
un biorreactor es
un recipiente o
sistema
que
mantiene
un
ambiente biológicamente activo. O es un recipiente en el que se lleva a cabo un proceso químico que derivadas
de
involucra organismos o
dichos
organismos.
sustancias bioquímicamente activas
Ademas
de
que
este
proceso
puede
ser aeróbico o anaeróbio. Un
biorreactor
busca
mantener
(pH, temperatura, concentración
ciertas
condiciones
de oxígeno, etcétera)
ambientales
propicias
al organismo o sustancia
química que se cultiva. En función de los flujos de entrada y salida, la operación de un biorreactor puede ser de tres modos distintos: 1. Lote (batch) 2. Lote alimentado (fed-batch) 3. Continuo o quimiostato
Los biorreactores se clasifican de acuerdo a sus fases formas y su modo de operación. El balance es muy importante en un biorreactor ya que . La parte teórica del diseño consiste en modelar; es decir, “poner” en ecuaciones el proceso biológico (bioproceso)
que se lleva a cabo, para que, a partir de esas ecuaciones, dimensionar (dar dimensiones) y simular el comportamiento teórico de un modelo prototipo. Si la teoría corresponde a la práctica, el comportamiento del modelo se acercará a la realidad; está en la habilidad del diseñador, que esto sea lo más cercano posible. Antes de modelar en ecuaciones un diseño es necesario “saber” que “tamaño” va a tener e l modelo, de “cuanto” se dispone y cuanto vamos a “requerir” para realizar un proyecto de ese tamaño. Eso es, hacer un balance para “igualar” todas las variables o parámetros de las ecuaciones y “llevar” la contabilidad de nuestro proyecto .
Cinthia elena ramirez vazconcelos.
