Bioreactores

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...