Biorreactores enzimaticos

BIOREACTORES ENZIMÁTICOS

En los últimos años, la biotecnología ha experimentado grandes avances y, paralelamente sus aplicaciones industriales en la obtención de productos químicos, en la industria alimentaria y farmacéutica.3

Los procesos catalizados por enzimas en la industria son cada día más numerosos, ya que presentan una serie de ventajas frente a los catalizadores convencionales nobiológicos:3

* Presentan una gran actividad catalítica;
* Muestran una gran especificidad de sustrato (incluso estereoselectividad y regioespecificidad);
* Son muy activos a temperatura ambiente y presión atmosférica.3

A pesar de estas claras ventajas, el empleo de enzimas no se ha generalizado en los procesos químicos industriales debido a que la mayoría de las enzimas no sonestables en las condiciones de trabajo. Por otra parte al ser solubles en agua, su separación de los sustratos y productos es difícil, y por tanto, no se pueden reutilizar.3

Si se pretende desarrollar un sistema económicamente viable, las reacciones catalizadas por enzimas deben considerar no sólo la separación de reactivos y productos sino también la recuperación y reutilización de la enzima. Pormedio de sistemas que permitan retener la enzima es posible la operación de procesos enzimáticos en continuo, con todas las ventajas que conlleva:5

* Es posible trabajar con altas cargas de enzima
* Se consigue mantener una actividad enzimática prolongada
* Se reducen los costes, energía y productos de desecho
* Se consigue reducir el riesgo de inhibición por substrato o porproducto
* Se consigue un producto más purificado, libre de enzima

La operación, control y escalado del proceso son sencillos. Las enzimas pueden estar presentes en diferentes formas: i) libres, solubles en la mezcla de reacción; ii) inmovilizadas en la superficie o la matriz de una membrana; iii) inmovilizadas mediante la formación de perlas o derivados sobre algún soporte. Si la enzima semantiene libre, el sistema debe estar acoplado a una membrana y la retención de la enzima se realiza mediante su confinamiento en uno de los lados de la misma. 5

Existen distintos tipos de reactores cuya utilidad depende de los procesos considerados, los los costes de instalación y funcionamiento, el tipo de enzima utilizada y su forma de presentación (libre o inmovilizada ), y factoresambientales tales como pH, temperatura, aporte de oxigeno, etc.(figura 8.6) Los reactores de flujo discontinuo(batch reactors) consisten en uno o varios tanques en serie que contienen la enzima y el sustrato y se mantienen en funcionamiento, generalmente con agitación continua, hasta que se completa la transformación, por lo que el producto es recuperado tras un tiempo determinado. Estos reactores se suelenutilizar con enzimas libres, aunque también se utilizan reactores de flujo discontinuo con enzimas confinadas en membranas, y generalmente presentan mayores costes de funcionamiento que los denominados reactores de flujo continuo (continuos flow reactor) en los que existe un suministro constante de sustrato y una salida continua del producto formado.2
Los reactores de flujo continuo suelenutilizarse con enzimas inmovilizadas, que pueden estar empaquetadas en una fase solida (packed bed flow reactor) o mantenerse en un estado fluido ( fluidised bed flow reactor) y son empleados en procesos a gran escala, ya que son mas productivos y económicos en su funcionamiento las perdidas de enzima son menores, la producción es continua y no hay necesidad de vaciarlos y rellenarlos periódicamente.Por el contrario, los reactores de flujo discontinuo suelen utilizarse a escala de laboratorio o piloto. Todos esos tipos de reactores pueden contener dispositivos de agitación o de enfriado o calentamiento para aumentar la eficiencia de los procesos enzimáticos que tienen lugar en ellos.2

Con la inmovilización de las enzimas se han podido superar inconvenientes, permitiendo que el proceso...