Bioreactores

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BIORREACTORES: SISTEMAS DE BIOTRANSFORMACIÓN

Introducción a los reactores biológicos

Biotecnología

Proceso biotecnológico “Bioproceso”
• Etapa I - Proceso “Upstream” (Preparación y acondicionamiento)

• Etapa II - Fermentación, bioconversión (Desarrollo, Monitoreo y control de condiciones)

• Etapa III - Proceso “Downstream” (Separación y purificación)

Reactores biológicos
•Biorreactor o fermentador “Aquel dispositivo que proporciona un medio controlado que permite el crecimiento eficaz de células o la actividad de enzimas y la formación de un producto a partir de sustratos específicos” • Requisitos 1) Mezcla adecuada 2) Transferencia de O2 3) Remoción de calor

Reactores biológicos

a) b) c) d) e) f) g)

Factores
Concentración de biomasa Condicionesestériles Mezcla efectiva Eliminación de calor Condiciones de corte Transferencia de oxígeno Factores físicos….

Reactores biológicos
• • Instrumentación y control Sensores 1) En línea 2) Fuera de línea - Propiedades físicas y químicas

Instrumentación de un biorreactor

Reactores biológicos
• Tipos Geometría • 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) Trayectoria del fluido

Criterios Tipo y forma delbirreactor Configuración del fermentador Hidrodinámica Modo de operación Tipo de fases Escala Finalidad

El régimen operacional:
a. Reactores de flujo continuo b. Reactores batch (lote) secuenciales c. Reactores por pulsos d. Reactores de mezcla completa y en flujo de pistón.

El régimen operacional:

Las características de la biomasa: a. Reactores con biomasa suspendida
b. Reactores con biomasafija (inmovilizada)

c. Reactores con biomasa combinada (lecho fluidizado).

Sistemas de cultivo

Sistemas de cultivo Batch

Sistemas de cultivo Batch
• Sistema cerrado • Solo se añade oxígeno, antiespumantes y/o ácidos y bases
• Composición del medio, biomasa y metabolitos diferentes en el tiempo

• Crecimiento: fase lag, fase exp., fase estacionaria y fase de muerte
• Ventajas:productividad de metabolitos secundarios, operabilidad y confiabilidad, mercado.

• Desventajas: tiempo improductivo, no se tiene control, más que al inicio del proceso

Sistemas de cultivo Batch
• Procesos comerciales: metabolitos primarios o secundarios

Sistemas de cultivo Batch

Sistemas de cultivo Fed-Batch
• Producción de penicilina • Alimentación escalonada • Enzimas,antibióticos, biomasa, vitaminas, aminoácidos y ác. Orgánicos • Volumen fijo o variable

Sistemas de cultivo Fed-Batch
Ventajas - Se pueden mantener las condiciones nutricionales - Control de productos indeseables -

- Reemplazo de agua perdida por evaporación - Reducción de viscosidad - Manejo de tóxicos y sustratos de baja solubilidad - Se extiende la fase productiva del sistema
- Producción dealtas concentraciones celulares

Sistemas de cultivo Fed-Batch
Desventajas
- - Se necesita análisis previo de los microorganismos

- - Se necesita habilidad operacional - - Los procesos cíclicos pueden acumular productos indeseables - Las cantidades de los componentes de control deben estar por arriba de los límites de detección.

Sistemas de cultivo Continuo

Sistemas de cultivoContinuo
• Sistema abierto • Operan de 20 a 200 horas • Condiciones estériles difíciles • Disminución de productividad-inflexible

Reactores biológicos Modo de operación
• Reactor discontinuo

Mezcla uniforme

Reactores biológicos Modo de operación
• Reactor Flujo pistón

Alimentación uniforme

Producto

Reactores biológicos Modo de operación
• Reactor Mezcla completa

Mezclauniforme

Producto

Biorreactor de tanque agitado
• Stirred Tank Bioreactor (STB) 70 % Productos

• Diseño versátil a cualquier escala de producción

• Flexibilidad compensa costos de inversión y operación • Fermentaciones Antibióticos

Biorreactor de tanque agitado
Geometría de acuerdo a estándares International Standards Organisation and the British Standards Institution Vidrio o...
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