Instrumentacion De Biorreactor

INTRODUCCIÓN

Las condiciones existentes en el interior de un biorreactor deben de ser las adecuadas para que exista una óptima actividad catalítica. Las variables como temperatura, pH, presión etc., tiene un importante efecto sobre el rendimiento de la biorreacción, para proporcionar un ambiente adecuado, las variables del sistema deben estar monitorizadas para así controlar cualquier cambio brusco de estas, por esto es importante establecer la instrumentación de un biorreactor ya que se necesita tener un control que permita optimizar el proceso. La estrategia del control del proceso comienza con la selección y medición de variables que proveen el ambiente de fermentación adecuado para cada tipo de proceso y según las condiciones a las cuales necesite crecer el microorganismo, se deben buscar sistemas que ajusten el equipo a un punto óptimo de operación. Idealmente los sensores deben estar en línea, para medir las propiedades físicas del cultivo, estos instrumentos deben ser esterilizables para asegurar la asepsia del proceso. A continuación se determinaron las variables a controlar dentro del proceso de producción de Trichoderma Ressei en un reactor modelo y en su prototipo.

OBJETIVO

Establecer el método de medición e instrumentación de monitoreo de las variables de un biorreactor modelo y un biorreactor prototipo tipo airlift durante el proceso de fermentación para la producción de Trichoderma reesei.

MARCO TEORICO

FERMENTADORES AIR-LIFT

En estos fermentadores la agitación y la aireación se logran mediante la inyección de aire por la parte inferior de la cuba de fermentación, la entrada de aire produce una convección que se canaliza por un tubo vertical interior en la cuba. La aireación también permite reducir la cantidad de calor producida durante la fermentación.

En este fermentador, las burbujas de aire van aumentando de tamaño conforme ascienden por el tubo interior por lo que su relación superficie/volumen disminuye y la transferencia de oxígeno al cultivo es menor (Scragg, 1997). Poseen también dispositivos de control de las condiciones ambientales, así como dispositivos de adición y extracción.

TRICHODERMA REESEI

Es un género de hongos que se encuentran en el suelo, ascomicetos verdes esporulados, son un derivado clonal y asexual de Hypocrea jecorina debido a que todos los intentos de cruzar las cepas disponibles de esta especie han fracasado, es un hongo filamentoso de reproducción asexual aislado en las Islas Salomón durante la Segunda Guerra Mundial de tela de algodón (Shuster & Schmoll, 2010).Este género se puede encontrar alrededor de todo el planeta, en lugares donde se encuentre material que contenga altas concentraciones de celulosa el cual puede degradar fácilmente debido a su alta producción de celulasas. Sus condiciones medio ambientales de crecimiento son variadas desde el bosque tropical hasta el obscuro y frio fermentador. Una de las condiciones medio ambientales determinantes para este hongo es la luz ya que en ausencia de luz se incrementa la producción de enzimas y de biomasa de este hongo. La temperatura a la cual se cultiva es variada ya que incluye rangos desde los 17 a los 37°C; el pH óptimo de este microorganismo se encuentra dentro de un rango de 2 a 8 siendo óptimo para la producción de biomasa un pH de 4.5 (Shuster & Schmoll, 2010). Las condiciones de humedad para su crecimiento son moderadamente altas, otro factor importante en el crecimiento de este hongo es el coeficiente de transferencia de oxígeno, si no se tiene la adecuada solubilidad de oxigeno el microorganismo podría morir rápidamente y esto se vería reflejado en la disminución de la biomasa (Chavez, 2006).

CULTIVO: EX SITU

Ya que se quiere producir el hongo fuera de su hábitat normal, por lo ya estudiado por diferentes autores se determinó que las condiciones óptimas de crecimiento de Trichoderma ressei son las siguientes:

VARIABLE VALOR

Temperatura 25°C

pH 4.5

Presión 1 atm

Humedad 60%

En condiciones ex situ la alta presencia de humedad mejora las condiciones de vida del hongo pasando de un estado latente a uno activo y se desarrolla óptimamente hasta en un 60 % de humedad a mayores porcentajes de esta, disminuye la colonización y sobrevivencia por la baja disponibilidad de oxígeno. El pH ácido favorece el crecimiento ya que su población aumenta por una mayor formación de conidióforos, por la germinación de conidias y por menor competencia con microorganismos como actinomicetos y bacterias que se encuentran limitados por la acidez.

SELECCIÓN DE VARIABLES

Los principales variables de medición de un biorreactor son: flujo de entrada de gas, temperatura, detección de espuma, galga, flujómetro, dinamómetro, tacómetro, electrodo pH, electrodo redox, electrodo DO y medición de biomasa (espectrofotometría, turbidimetria).

Los sensores de propiedades físicas que pueden ser monitoreados continuamente son: temperatura, presión, poder de agitación, velocidad de agitación, viscosidad del medio, espuma, volumen, masa, flujo y concentración de gases y fluidos.

Para las propiedades químicas en las mediciones se utilizan electrodos esterilizables al vapor, de pH, redox, oxígeno disuelto y 〖CO〗_2.

REACTOR MODELO

Las variables seleccionadas para llevar a cabo la fermentación en el biorreactor modelo son:

Temperatura

pH

Oxígeno disuelto

Húmedad

Presión

Ya que de acuerdo a lo marcado en la bibliografía por tres investigaciones independientes (Ma y col, 2013; Xiong, 2004; Schafner & Toledo 1991) el pH óptimo al cual se cultiva el hongo es de 4.5, la temperatura a la que se cultiva es de 25°C y a 1 atm de presión de acuerdo a lo reportado en tres trabajos independientes (Cruz, 2007; Pakula, 2005; Xiong, 2004) y otro factor importante en el crecimiento de este hongo es el coeficiente de transferencia de oxígeno según lo reportado por Chávez en 2006, además que las condiciones de humedad son moderadamente altas, por lo cual se decidió monitorear estas variables en el reactor modelo ya que teniendo el control de estas, se puede tener un buen crecimiento del hongo según lo revisado en bibliografía y además que sí se aumentará la instrumentación a utilizar el costo del equipo sería muy alto ya que solamente se produciría 1 kg de Trichoderma en este biorreactor.

REACTOR PROTOTIPO

Las variables seleccionadas para llevar a cabo la fermentación en el biorreactor prototipo son:

Temperatura

pH

Presión

Humedad

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