Biorreactores Integrantes: Hernandez Bello Noelia Nenetzin Kempis Calanis Adriana Pabieda Sánchez Contreras Ma. Isabel

¿Qué es? Los biorreactores son recipientes en donde se promueve el crecimiento de organismos para la síntesis de diversos productos biotecnológicos. Tiene como objetivo garantizar una condición estéril, que permita únicamente el cultivo de la especie biológica de interés

Clasificación Por su forma y tipo de agitación. De acuerdo a las fases: homogéneos o heterogéneos. Por el tipo de operación (continuos, semicontinuos, discontinuos). Biorreactores especiales: de estado sólido y fotobiorreactores

Tipos de biorreactores. Se cuenta con distintos tipos de biorreactores, entre los principales están: Tanques agitados. Columna de Burbujeo. Tubulares(Tiro de aire o Air-lift) Lechos empacados Lechos fluidizados Lechos de goteo Aireados y agitados

Tanques o Biorreactor de agitación Los fermentadores agitados se utilizan generalmente para cultivos aeróbicos y exhiben un comportamiento en la concentración de sustrato como el que se observa:

Fermentador con agitación de turbina Fuente: Doran,Pauline M. Principios de Ingeniería de los bioprocesos,1998

Tipo de impulsores en biorreactores con agitación Fuente: Instituto v de Estudios Superiores de Occidente de chile

Columna de Burbujeo Es el fermentador más sencillo No cuenta con agitación mecánica. Su hidrodinámica y demás características consiste del comportamiento de las burbujas que se forman en el difusor. Flujo homogéneo Flujo heterogéneo Flujo slug

Biorreactores Tubulares (Tiro de aire o Air-lift) Es un recipiente agitado neumáticamente o sistema que mantiene un ambiente biológicamente activo, también es llamado reactor en torre o puente aéreo.

Lecho Empacados También conocido como reactor de lecho fijo consisten en uno o más tubos empacados con partículas de catalizador, que operan en posición vertical.

Lechos fluidizados Consiste un proceso por el cual una corriente ascendente de fluido (líquido, gas o ambos) se utiliza para suspender partículas sólidas.

Lechos de goteo También llamados Tricle-bed es una columna en el que el liquido se distribuye desde la parte superior a fin de conseguir un flujo homogéneo. Es utilizado para llevar a cabo reacciones químicas entre compuestos en fases fluidas distintas Reactores de goteo en función del tipo de operación : a) Corrientes paralelas, B)Contra-corriente (Rabade et al,2001)

Aireados y agitados Este tipo de biorreactor es popular y fundamentalmente es el mismo que se utiliza con cultivos a pequeña escala. En un cilindro vertical que posee varios deflectores para prevenir la formación de un torbellino durante la agitación. Usa agitación mecánica.

Ventajas y Desventajas Ventajas Podemos controlar ciertas condiciones ambientales propias como el pH, la temperatura, la concentración de oxígeno, entre otros. Desventajas Se gastan energéticos muy elevados, las técnicas de trabajos son caras y son muy trabajosos de mantener.

ml 2 – 500m m L Matraz De laboratorio Industriales Escala piloto Capacidad

Características Geométricas

Sistema de agitación. El sistema de agitación depende de la turbina a utilizar, la cual puede ser: Turbina de disco de hoja plana A315 Turbina de cuchilla inclinada Hélice marina Scaba 6SRGT

Patrones de flujo Axiales El comportamiento de fluido es vertical,es decir fluye de forma paralela a las paredes del tanque, los impulsores que generan este tipo de fluido empujan el líquido al fondo del tanque,el fluido choca con el fondo del biorreactor Radiales Induce dos lazos de circulación en un fluido, uno arriba y otro debajo del impulsor, el flujo es empujado de tal manera que evoluciona en un plano perpendicular que se reduce mediante la colocación de deflectores o bafles. Representación grafica de los patrones de flujo generados por distintos impulsores a)turbina Rushton(flujo radial), b)impulsor de paletas inclinadas hacia la izquierda(flujo axial) y c) los impulsores de la paleta están inclinadas hacia la derecha (flujo axial).

Sistemas de aireación. Sistemas de control (incluyendo el sistema de enfriamiento). Un sistema de aireación consta de cuatro partes mecánicas: fuente de aire; tubería y filtros de entrada; boquilla y difusor de aire; tubería y filtros de salida. Y tres partes de control: control de flujo aire; control de presión de aire; control de difusión de oxígeno disuelto.

Forma de esterilización de medios de cultivo. Un biorreactor puede ser esterilizado, destruyendo los microorganismos, con algún agente letal como calor, radiación o un producto químico o bien separando los organismos viables mediante un procedimiento físico como la filtración. Durante la fermentación se deben observar dos puntos para asegurar la esterilidad: -Esterilidad en el medio de cultivo - Esterilidad del aire que entra y sale

Tipo de Alimentación (Lote, Lote Alimentado, Continuo). Cultivo en lote es un sistema cerrado, porque, después de iniciado el proceso(al mezclar los nutrientes y el microorganismo), solo se adiciona oxigeno, antiespumantes y bases o ácidos para el control del pH. Semicontinuo (fed-batch): por lotes alimentados, con alimentación de entrada (F1); se alimenta 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. Continuo (continuos): por quimioestato, 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.

Aditivos de fermentación (ácidos, álcalis, antiespumante).

Las siliconas; productos sintéticos, derivados del petróleo. Antiespumante orgánico (base en aceites mineral) Antiespumante de origen vegetal Antiespumante de origen mineral

Dispositivo de toma de muestra. El muestreo en un biorreactor es de suma importancia, esto conlleva que la persona involucrada en el proceso tome un cierto volumen del cultivo, a un determinado tiempo, inclusive por las noches. El proceso de muestreo puede ser repetitivo, tedioso y cansado. Es deseable contar con un dispositivo que ayude en la toma de muestras, de esta forma el investigador podrá dedicar ese tiempo a otras actividades

Carga y Descarga. La carga y descarga de los biorreactores fermentadores son operaciones que se requieren para todos los procesos de manipulación SSF. Tenga en cuenta que el tipo de operación puede afectar a cómo se debe hacer la carga y descarga: En bioreactores fermetadores continuos la carga y descarga debe ser continua o al menos semi-continua, mientras que en la operación por lotes que se realizan en momentos distintos. Estas operaciones han recibido poca atención. El principio general es que, dependiendo de los costos de mano de obra, puede ser deseable evitar tipos de fermentadores que requieren la entrega manual de los pasos de carga y descarga.

Bibliografía Adams S. L. and Hungate R. E. Continuous fermentation cycle times. International jounal of Engineering and Chemistry,1950; 42; Pp Altsheler W. B., Mollett H. W., Brown E. H. C., Stark W. H. and Smith W. H. Design of a two-bushel per day continuous alcohol. unit. Chemical engineering and programming, 1947; 43; Pp Atkinson, B.,(2002) Reactores químicos, Reverté, 2° Edición, España B. N. Thorat, A. V. Shevade, K. N. Bhilegaonkar, R. H. Aglawe, and U. Parasu Veera. Effect of sparger design and height to diameter ratio on fractional gas hold-up in Bubble Columns. Journal of chemical engineering, 1998; 76: A; Pp

Bjorn K Lydersen, Nancy A, Delia and Kim L Nelson. Bioprocess Engineering, 1994; Pp A Wiley-interscience publication. Doran,Pauline (1998), Principios de ingeniería de los bioprocesos, Editorial Acribia, España. Dudmao W. F. Cellulose production by Acetobacter strains in submerged culture. Journal of General Microbialogy, 1960; 22; Pp Hopp, V.,(1984) Fundamentos de tecnología química para formación profesional, Reverté, España. Scragg, (1999)Biotecnología para Ingenieros Sistemas biológicos en procesos tecnológicos, Limusa, México. Bibliografía