Bioreactores

UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLAS DE HIDALGO

FACULTAD DE QUIMICOFARMACOBIOLOGIA

FERMENTACIONES INDUSTRIALES

BIOREACTOR AUTOMATIZADO, CURVA DE CRECIMIENTO MICROBIANO CON MODELOS MATEMATICOS.






SECCION 01 SEMESTRE 09 ALIMENTOS25-ENERO-2012

BIORREACTORES

Los Biorreactores son los equipos donde se realiza el proceso de cultivo (también comúnmente denominado “fermentador”), sea en estado sólido o líquido. Su diseño debe ser tal que asegure homogeneidad entre los componentes del sistema y condiciones óptimas para el crecimiento microbiano y la obtención del producto deseado.Es importante tomar en cuenta los problemas de transferencia de calor y oxigeno dentro de la cama del sustrato, losn cuales dependen de las caracteristicas de la matriz que se este utilizando para la fermentacion, siendo este, uno de los principales factores que afectan el diseño y las estrategias de control.
Los criterios más importantes para el diseño de un biorreactor pueden resumirse delsiguiente modo dependiendo del tipo de biorreactor y la fermentación a utilizar:

• El tanque debe diseñarse para que funcione asépticamente durante numerosos días, para evitar la aparición de contaminantes en las operaciones de bioprocesos de larga duración.

• Debe permitir una mayor área de contacto entre las fases biótica y abiótica del sistema, es decir, se debe proporcionar un sistemaadecuado de aireación y agitación para cubrir las necesidades metabólicas de los microorganismos.

• El consumo de energía debe de ser el mínimo posible.

• Entradas para la adicion de nutrients y regulacion del PH.

• El crecimiento microbiano es generalmente exotérmico, por lo que, el biorreactor debe facilitar la transferencia de calor, del medio hacia las células y viceversa, a medida quese produce el crecimiento celular, además de mantener estable la temperatura deseada.

• Mantener las células uniformemente distribuidas entodo el volume del cultivo.

• Suministra oxigeno auna velocidad que satisfaga el consumo.

• El diseño debe ser tal que permita mantener el cultivo puro: una vez que todo el sistema ha sido esterilizado y posteriormente inoculado con el microorganisminoculado deseado.

Los bioractores mas utilizados ha nivel industrial están provistos de mecanismos de agitación, dispersión y aireación así como de sistemas para el control de la temperatura, pH. Los biorreactores deben ser optimizados para obtener la máxima concentración de productos de la fermentación, como lo son la biomasa microbiana y/o metabolitos en un tiempo mínimo y a menor costo deproducción.



TRANSFERENCIA DE 02
La velocidad de transferencia de 02, R02, desde el seno de la fase gaseosa (burbujas) hasta la fase líquida está dada por la siguiente ecuación:

donde KLa es el coeficiente volumétrico de transferencia de oxígeno, C la concentración de 02 disuelto en el seno del líquido y C* la concentración de O2 disuelto que. estaría en equilibrio con la presión parcialde oxígeno de la fase gaseosa. El KLa depende del diseño del biorreactor, de las condiciones de operación (caudal de aire, agitación) y de la viscosidad del cultivo. A mayor viscosidad menor KLa.El KLaes una medida de la capacidad que posee un biorreactor para suministrar 02 y el rango de valores usuales está comprendido entre 50 h-1 y 1000 h. Es útil en este punto retomar el ejemplo visto alfinal del capítulo 5 y calcular el KLa necesario para que la velocidad de transferencia de 02 sea igual a la de consumo; esto significa que R02 deberá ser igual a 1,526 mg l-1 h-1. Asumiendo que C* = 7,8 mg l -1 y C = 0,5 mg l -1, resulta

Por tanto valores de KLa iguales o superiores al calculado asegurarán, para el ejemplo visto, que el cultivo no está limitado por O2. Cuando la velocidad de...