Biorreactores para cultivo microbiano

Biorreactores para cultivo microbiano

Biorreactores:

• Contienen un ambiente biológicamente activo.
• Ocurren reacciones bioquímicas.
• Las reacciones ocurren gracias a la acción de microorganismos o enzimas.
• Biorreactores enzimáticos se utilizan cuando el proceso de transformación involucra pocos pasos.
• Biorreactores con microorganismos se utilizan cuando el proceso involucra muchas reacciones.

Biorreactores: estrategias de operación

Biorreactores:

• El comportamiento intrínseco del biocatalizador se explica a partir de la cinética de las reacciones y sus modelos.
• El desempeño final queda condicionado a que el ambiente entregue condiciones adecuadas, idealmente óptimas.
• El biorreactor es el equipo encargado de ambientar el trabajo catalítico para sacar el mayor provecho al catalizador.
• Para el análisis y diseño es necesario utilizar los balances de materia y de energía.
• Los balances de materia permiten establecer ecuaciones de diseño.

[pic 4]

balance biomasa: población inmigrante → tasa natalidad/tasa mortalidad → población emigrante

balance sustrato: alimentación fresca* → tasa consumo sustrato*/tasa producción sustrato* → sustrato residual

*referido a sustrato limitante

Biorreactor discontinuo de tanque agitado: BATCH

• Esquema operativo tradicional.
• El más ampliamente aplicado a escala industrial
• Permite mantener condiciones asépticas durante periodos de operación cortos.
• Pérdida de productividad debido a periodos de arranque y parada.
• Falta potencial de homogeneidad en el producto. [pic 5]
• bajas velocidades iniciales en el caso de inhibición por sustrato, pues todos los elementos del medio de cultivo se incorporan en el inició.

Biorreactor discontinuo de tanque agitado

• Balance de materia para la biomasa.

No obstante de asumir que el crecimiento ocurre a , los tiempos muertos se incluyen dentro del “tiempo de operación total” y así influye en el valor de la productividad.[pic 6]

Tiempo muerto: es un tiempo improductivo, dentro del cual se considera el tiempo de latencia, el tiempo en que se mantiene en fase estacionaria, el tiempo de vaciado del equipo, el tiempo de limpieza y esterilización…

• Balance de materia para el sustrato. (fórmulas en el cuaderno)
• Balance de materia para el producto (fórmulas en el cuaderno)

Cultivo continuo

CSTR: continuous stirred-tank reactor

UR: up flow reactor

PRF: plug flow reactor

• Permite elegir velocidad específica de crecimiento y mantener la población en un estado fisiológico definido (estado estacionario)
• Mayor complejidad en términos de equipamiento.
• Incompleto aprovechamiento del sustrato.
• Mayor riesgo de contaminación y mutación.
• Si se asume mezcla completa, la composición de salida es la misma del reactor (las células están expuestas a la composición de la corriente de salida, no a la de la alimentación)
• En muchos casos se aplica en sistemas con biomasa inmovilizada retenida o con recirculación de células (fermentación alcohólica, sistemas de conversión biológicas de residuos)

[pic 7]

Cultivo continuo: Estado Estacionario

Teorema de Lagrange: “una posición donde la energía potencial es un mínimo aislado, es un equilibrio estable”

Un E.E. es “estable” cuando resiste una perturbación pequeña de magnitud moderada.

Un E.E. es “inestable” cuando una perturbación moderada lleva al sistema a otra posición de equilibrio estable.

¿Qué es un E.E.? significa que para las propiedades (p) que caracterizan el sistema, la derivada parcial con respecto al tiempo sigue siendo cero.

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