Biorreactores y fermentadores

BIORREACTORES Y FERMENTADORES

BIORREACTORES

Definición
Recipiente en el cual se lleva a cabo una reacción catalizada por enzimas o células, libres o inmovilizadas junto con los mezcladores equipos de toma de muestras y aparatos de control.
Fases:
* Homogéneos.
* Heterogéneos.

Procesos:
* Continuos.
* Discontinuos.

Mezcla:
* Discontinuo de mezcla completa.
*Continuo de mezcla completa.
* Continúo de flujo de pistón.
* Reactores de lecho fluidizado.

ELECCION DEL TIPO DE REACTOR:
* Control de pH y temperatura.
* Exigencias de suministro o eliminación de reactores gaseosos.
* Presencia de partículas solidas deseadas o indeseadas en la alimentación.
* Estabilidad química y/o biológica de sustratos y productos.
* Sustitucióndel catalizador.
* Inhibición por sustratos y/ o productos.
* Escala de operación.
* Destinos del producto.
PRINCIPIOS EN EL DISEÑO DE BIORREACTORES

A) Discontinuo de mezcla completa.
Variación de forma continúa.
Constante a través del reactor.
Empleo de enzimas solubles
Volumen pequeño de producción

Desventajas:
Cambios en las condiciones de operación.
Grado de mezclaen reactores a gran escala.

B) Continuo de mezcla completa
Composición uniforme
Versátiles y baratos
Facilidad de control de PH, temperatura, etc.

Desventajas
Gastos energéticos elevados


C) DE FLUJO EN PISTON.
Invariable a lo largo del tiempo
Varía a través del reactor
Células o enzimas libres (inoculación)
Células o enzimas inmovilizados

Ventajas
Más eficaces quelos de mezcla completa
Simples y fáciles de manejar y automatizar

D) DE LECHO FLUIDIZADO
Fluidización: winkler (1921)
De lecho fluido o turbulento
Biocatalizador en suspensión
Flujo de sustrato

Ventajas:
Buen control del PH, T0, gas, etc.
Gran área de interacción
Facilidad de hacer trabajo en continuo
Desventajas
Técnica de trabajo cara (tamaño de la partícula)
Anomalíasproducidas en lecho fluido

TIPOS DE BIORREACTORES
Birreactor | Ventajas | Desventajas |
Escala laboratorio |
Columna(fig. 1) | Económico, fácil montaje, monitoreo y control humedad, temperatura, biomasa y CO2 conexión en forma continua de varias columnas. | Canales preferenciales de O2 dificultad en la toma de muestras y problemas en la eliminación del calor. |
Columna estéril(fig. 2) |Control de humedad y temperatura. Sistema de esterilización previo inoculación y toma de muestra. | Formación de gradientes de concentración de O2 y nutrientes. |
Tambor horizontal(fig. 3) | Mayor aireación y mezclado del sustrato. Existen varios diseños con modificaciones que mejoran la remoción de calor. | Daño de estructura micelial. Dificultad en el control de temperatura y humedad. Pocovolumen utilizado en el tambor |
Zymotis(fig. 4) | Mejor transferencia de calor. | Problemas de asepsia en el proceso. Mayor compactación de la cama de sustrato. |
Growtek(fig. 5)
| Facilidad en la toma de muestra. Mayor contacto entre el medio de cultivo y el soporte solido. Menor acumulación en la cama de sustrato. | No cuenta con un sistema de aeración. Solo se pueden manejar una carga de400 ml de medio líquido por fermentación. |
Proceso continuo | Menor tiempo de residencia. Mejor mezclado y crecimiento fúngico. Mayor asepsia. | Transferencia no homogénea de calor. Aglomeración de células por rompimiento micelial. |
Columna- charola(fig. 6) | Económico alta transferencia de O2 y aeración. Mayor transferencia de nutrientes, fácil remoción de temperaturas elevadas. | Primerprototipo. Optimizar la cantidad y tamaño de charolas en el volumen del cilindro. |
Escala piloto y/o industrial |
Biocon | Automatizado en el control de las variables de estudio del crecimiento microbiano. Altos niveles de asepsia. Equipo compacto. | Dificultad en la toma de muestra, rápida generación de calor exotérmico por crecimiento microbiano. |
Lecho fluidizado | Operación de forma...