Fermentacions i fermentadors

Presentación del tema: "Fermentacions i fermentadors"— Transcripción de la presentación:

1

2 Fermentacions i fermentadors
ÍNDEX: Preparació d’inòculs. Cinètica del creixement bacterià. Disseny i tipus de fermentadors. Tipus de fermentacions: Discontinua o per càrregues. Discontinua alimentada. Continua. Sistemes de control. Escalat d’un procés: placa, matrau, fermentador. Recuperació i purificació de productes.

3 Preparació d’inòculs ÍNDEX: Definició d’inòcul.
Cultius purs o axènics i cultius mixtes. Definició d'esterilitat i la seva importància.

4 Cinètica del creixement bacterià
ÍNDEX: Determinació de cèl·lules viables (creixement actiu). Absorbància. Corba de viables. Fases de creixement. Creixement exponencial. Importància del nombre de microorganismes.

5 Disseny i tipus de fermentadors
ÍNDEX: Parts d’un fermentador “típic”: Recipient de fermentació. Entrada i sortida de gasos. Entrada d’inòculs, medis de cultiu i additius. Sortida de mostres i productes. Sistemes d’agitació, d’escalfament i refrigeració. Sondes de mesures fisicoquímiques.

6 Filtre d’aire Refrigerador MOTOR SONDES Sonda de Temperatura
Sortida d’aire MOTOR Refrigerador SONDES Entrada d’aire Sonda de Temperatura Recol·lector de mostra Filtre d’aire Sonda de pH Sonda de pO2% PALETA TRENCADORA Sortida d’aigua Recipient Camisa d’aigua Sonda de escuma PALETES AGITADORES Sonda de nivell AIREADOR Entrada d’aigua

7 Disseny i tipus de fermentadors
ÍNDEX: “Classificació” dels fermentadors: Fermentadors per a cultius líquids. Fermentadors per a cultius en fase sòlida. Fermentadors de cèl·lules immobilitzades.

8 Disseny i tipus de fermentadors
ÍNDEX: Fermentadors per a cultius líquids: Fermentadors de laboratori. Fermentadors d’escala pilot. Fermentadors de producció. Fenòmens de transport en medis líquids, reologia i número de Reynolds.

9 Disseny i tipus de fermentadors Fermentadors per a cultius líquids
Fermentador de laboratori (2 a 15 litres) Fermentador escala pilot (30 a 100 litres) Fermentador de producció ( >100 litres)

10 Tipus de fermentacions Discontinua, alimentada i continua
Fermentació discontinua: Preparació del fermentador Inoculació Fermentació Recuperació del cultiu Substrat Producte Biomassa Temps

11 Tipus de fermentacions Discontinua, alimentada i continua
Fermentació alimentada: Preparació del fermentador Inoculació Fermentació Addició de substrat Recuperació del cultiu Producte Biomassa Substrat Substrat Temps

12 CONTINUA: EL QUIMIOSTAT
Tipus de fermentacions Discontinua, alimentada i continua CONTINUA: EL QUIMIOSTAT Flux d’entrada = Flux de sortida (volum constant) Taxa de dilució > Taxa de creixement: Rentat del cultiu Taxa de dilució < Taxa de creixement: Sobrecreixement Taxa de dilució = Taxa de creixement: Cultiu en estat d’equilibri Flux sortida Flux d’entrada Recol·lecció de cultiu Medi La taxa de flux s’ha de seleccionar per proporcionar un cultiu en estat d’equilibri i en fase de creixement (taxa de creixement = taxa de dilució)

13 Sistemes de control ÍNDEX: Control de la temperatura.
Control de l’agitació. Control del pH. Control d’escumes. Control de substrats.

14 Escalat d’un procés: Des del tub o la placa fins al fermentador
ÍNDEX: Importància de l’inòcul. Avantatge econòmica. Punts de control.

15 Escalat d’un procés: Línies de producció
Línia de producció: fermentadors funcionant de forma cooperativa. El volum de inoculació és aproximadament 1:50 fins el 10% del volum total. PRODUCCIÓ 5.000 litres LABORATORI 5 litres 4,5+0,5 PILOT 50 litres 45+5 PRODUCCIÓ 500 litres 450+50

16 Escalat d’un procés: Línies de producció
Exemple: el rendiment d’un cultiu microbià s’atura a 108 CFU ml-1; ¿quina és la relació de temps entre l’obtenció d’aquest tipus de cultiu amb escalat i sense escalat (500L en 4500L o 0,5L en 4999,5L)?

17 Escalat d’un procés: Línies de producció front a processos únics
Cost per producció En 1 mes s’aconsegueix 1 producció amb un cost de En 1 mes s’aconsegueixen 4 produccions amb un cost de L’escalat d’un procés és més econòmic

18 Recuperació i purificació de productes
Iniciació del creixement bacterià. Ajustament de les condicions de màxima producció. Concentració dels bacteris. Obtenció de proteïnes, productes... Purificació, conservació, esterilització per radiació... Línia de producció. Concentració Liofilització Esterilització.

19 Recuperant el producte: Sistemes de recuperació: centrifugadores i filtres
ÍNDEX: Centrifugació per lots. Centrifugació contínua. Filtració i ultrafiltració.

20 Recuperant el producte: Centrifugació per lots
La centrifugació és un procés de separació que utilitza l'acció de la força centrífuga per a promoure l'acceleració de partícules en una mescla de sòlid-líquid. Dos fases clarament distintes es formen en el recipient durant la centri-fugació. La recuperació de cèl·lules es porta a terme amb la totalitat del cultiu.

21 Recuperant el producte: Centrifugació continuada
ÍNDEX: Centrifugadores tubulars. Centrifugadores de discs. Decantadors.

22 Recuperant el producte: Centrifugació continuada
Centrifugadores tubulars: En un recipient cilíndric que gira a una velocitat angular w (rad/s) o N (rpm) i conté un anell de líquid d'un radi significatiu R (m), l'acceleració centrifuga FC a la que estan sotmeses les partícules és: FC = w2R = 0,011·N2R La força aplicable a cada partícula per unitat de pes ve expressada com: FC = 0,011·N2R (rs – rL) x 1·g-1 = G (rS – rL) On G = w2R·g-1 = 0,11·N2R / 9,81 = 11,2x10-4·N2R rS : densitat de la partícula rL : densitat del líquid intersticial

23 Recuperant el producte: Centrifugació continuada
Centrifugadores tubulars: Hidrociclons Campana tubular

24 Recuperant el producte: Centrifugació continuada
Centrifugadores tubulars: Càmares de centrifugació Campana de tambor

25 Recuperant el producte: Centrifugació continuada
Centrifugadores de discs: Relació entre la velocitat de rotació i la força centrífuga: La relació existent entre l’acceleració centrípeta i la velocitat de rotació (mesurada en rpm) de la centrifugadora és la següent: A on: g = acceleració centrípeta Rt = radi del tambor de la centrífuga rpmt = revolucions per minut del tambor (rpmt x 2 x  x 60-1) representa la velocitat angular

26 Recuperant el producte: Centrifugació continuada
Centrifugadores de discs:

27 Recuperant el producte: Centrifugació continuada
Centrifugadores de discs:

28 Recuperant el producte: Centrifugació continuada
Decantadors:

29 Recuperant el producte: Filtració
ÍNDEX: Filtres de tambor. Filtres de disc. Filtres de premsa. Filtres de borsa. Filtres de cartutx.

30 Recuperant el producte: Filtració
Filtres de tambor:

31 Recuperant el producte: Filtració
Filtres de disc:

32 Recuperant el producte: Filtració
Filtres de premsa:

33 Recuperant el producte: Filtració
Filtres de borsa Filtres de cartutx

34 Recuperant el producte: Ultrafiltració

35 Recuperant el producte: Ultrafiltració