Biorreactores y sistemas de control

BIORREACTOR
Un biorreactor, es uno de los equipos fundamentales de la microbiología industrial. En el cual se realiza el cultivo, y su diseño debe ser tal que asegure un ambiente uniforme y adecuado para los microorganismos. Se caracterizan por llevar a cabo un proceso químico donde se involucran organismos o sustancias bioquímicamente activas derivadas de dichos organismos. Este procesopuede ser aeróbico o anaeróbico.

Las reacciones en este tipo de equipo son catalizadas por enzimas o células, libres o inmovilizadas y es necesario tener mezcladores, equipos de tomas de muestra y aparatos de control. En general pueden ser de dos fases Homogénea ó Heterogénea. Estos reactores son de varios tipos:

 Discontinuos de Mezcla completa.
 Continuo de Mezcla Completa.
Continuo de Flujo Pistón
 Reactores de Lecho Fluidizado.



Estos biorreactores son comúnmente cilíndricos, variando en tamaño desde algunos mililitros hasta metros cúbicos y son usualmente fabricados de acero inoxidable. Las "tareas" que realiza el biorreactor pueden resumirse del siguiente modo:

a. Mantener las células uniformemente distribuidas en todo el volumen de cultivo a fin deprevenir la sedimentación o la flotación.
b. Mantener constante y homogénea la temperatura.
c. Minimizar los gradientes de concentración de nutrientes.
d. Suministrar oxígeno a una velocidad tal que satisfaga el consumo.
e. El diseño debe ser tal que permita mantener el cultivo puro; una vez que todo el sistema ha sido esterilizado y posteriormente sembrado con el microorganismo deseado.

Parasatisfacer los cuatro primeros puntos es necesario que el biorreactor esté provisto de un sistema de agitación, además para el punto (d) se requiere de un sistema que inyecte aire en el cultivo. Describiremos brevemente dos tipos de biorreactores de uso muy difundido: el tanque agitado y al "air lift".

BIORREACTOR DE TANQUE AGITADO
En este equipo la agitación se realiza mecánicamentemediante un eje provisto de turbinas accionado por un motor. El aire se inyecta por la parte inferior del tanque y es distribuido por una corona que posee pequeños orificios espaciados regularmente. El chorro de aire que sale de cada orificio es "golpeado" por las paletas de la turbina inferior generándose de este modo miles de pequeñas burbujas de aire, desde las cuales difunde el 02 hacia el seno dellíquido. El sistema de agitación se completa con cuatro o seis deflectores que tienen por finalidad cortar o romper el movimiento circular que imprimen las turbinas al líquido, generando de este modo mayor turbulencia y mejor mezclado.

El tanque está rodeado por una camisa por la que circula agua, lo que permite controlar la temperatura. Para tanques mayores que 1000 ó 2000 litros estesistema ya no es eficiente y es reemplazado por un serpentín que circula adyacente a la pared interior del tanque. Debe tenerse en cuenta que a medida que es mayor el volumen de cultivo también lo es la cantidad de calor generado, por lo que se hace necesario una mayor área de refrigeración. Los tanques son de acero inoxidable y están pulidos a fin de facilitar la limpieza y posterior esterilización.El aire que ingresa al biorreactor debe estar estéril, lo que se consigue haciéndolo pasar por un filtro cuyo diámetro de poro es de 0,45 micrones, que impide el paso de microorganismos y esporos.

BIORREACTOR DE TIPO “AIR LIFT”
En los reactores de tipo "air lift" es el mismo aire inyectado al cultivo lo que promueve la agitación. Básicamente consiste en dos cilindros concéntricos y por labase de uno de ellos, por ejemplo el interior, se inyecta aire. De este modo se genera una circulación de líquido ascendente en el compartimento interno y descendiente en el externo, lo que favorece el mezclado.
ELECCIÓN DEL TIPO DE REACTOR:
Esta elección depende principalmente de:
 Control de pH y Temperatura.
 Exigencias de suministro o eliminación de reactantes gaseosos.
 Presencia...