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Cultivos y Fermentaciones
Lo primero que hay que entender en el diseño de reactores biológicos es que contrario a los químicos, su cinética no esta determinada exclusivamente por la velocidad de reacción y las variables que la determinan. Aunque se puede describir de manera similar a la química, la cinética biológica también depende de características intrínsecas del organismo o cultivo talescomo crecimiento y taza de división celular, así como, del tipo de operación que se lleve a cabo. Por eso, lo primero que se define en el diseño de un biorreactor es el propósito de utilización; es decir, que tipo de cultivo se va a utilizar, el modo de operar y/o el proceso de cultivo. El conjunto biorreactor-sistema de cultivo debe cumplir con los siguientes objetivos:
1. Mantener las célulasuniformemente distribuidas en todo el volumen de cultivo.
2. Mantener constante y homogénea la temperatura.
3. Minimizar los gradientes de concentración de nutrientes.
4. Prevenir la sedimentación y la floculación.
5. Permitir la difusión de gases nutrientes a la velocidad requerida por el cultivo.
6. Mantener el cultivo puro.
7. Mantener un ambiente aséptico.
8. Maximizar elrendimiento y la producción.
9. Minimizar el gasto y los costos de producción.
10. Reducir al máximo el tiempo.
Una fermentación es un proceso biológico o bioproceso que consiste en la descomposición de la materia orgánica por microorganismos fermentadores (bacterias y hongos).
Un cultivo también es un bioproceso; pero generalmente se asocia a organismos o microorganismos superiores (en ordenjerárquico) a las bacterias; los cultivos son casi todos del Reino Eucariota.
Clasificación de los Biorreactores
Clasificación Operativa
Tanto biorreactores como fermentadores se clasifican primeramente de acuerdo al modo de operación: discontinuo, semicontínuo, continuo. Esta es una clasificación operativa y se aplica a cualquier reactor, sea químico o biológico (biorreactor). En los reactoresbiológicos el modo de operación define el sistema de cultivo que es el mismo y delimita la clasificación procesal-productiva del bioproceso (cultivo). Al operar un biorreactor en una determinada categoría (discontínuo, semicontínuo, contínuo), automáticamente queda determinado el modo de cultivo del sistema y se definen los parámetros y las características operativas y de diseño que intervienen en elproceso productivo del sistema.
Clasificación Biológica
Los sistemas biológicos deben interaccionar con el ambiente externo para poder crecer y desarrollarse; es por eso que los biorreactores se clasifican biológicamente de acuerdo al metabolismo procesal del sistema de cultivo: anaeróbico, facultativo, aeróbico. Los bioprocesos de cultivo y las fermentaciones están basados en el metabolismocelular del cultivo. El metabolismo define los parámetros y características operativas-biológicas de diseño y de operación del biorreactor. Estas características son las que intervienen en la parte biológica del sistema y tienen que ver con el crecimiento, productividad y rendimiento del cultivo; por lo que, definen la clasificación biológica-procesal del sistema de cultivo.
ClasificaciónBiológica-Operativa
Ambas clasificaciones; la biológica y la operativa, son procesalmente interdependientes y en su conjunto afectan el diseño final del biorreactor. Al conjuntarse ambas clasificaciones, se conjuntan también la función operativa y la biológica para establecer entre ambas un propósito de utilización, el modo de cultivo y el bioproceso. Siendo el propósito de utilización, el destino de cultivodel biorreactor; para qué tipo de cultivo va a ser utilizado el biorreactor; el modo de cultivo es sinónimo de sistema de cultivo y el bioproceso es en sí, todo el proceso.
En términos generales, un biorreactor busca mantener ciertas condiciones ambientales propicias (pH, temperatura, concentración de oxígeno, etcétera) al elemento que se cultiva. En función de los flujos de entrada y salida,...