Diseño, clasificación y Tipos de Biorreactores.pptx

Tipos de biorreactores, diseño, caracteristicas y aplicación.

1. P3.Biorreactores Mónica Contreras Para el CECYT 19 del IPN

2. ¿Qué es un Biorreactor? Un biorreactor es un recipiente o sistema que mantiene un ambiente biológicamente activo. En algunos casos, un biorreactor es un recipiente en el que se lleva a cabo un proceso químico que involucra organismos o sustancias bioquímicamente activas derivadas de dichos organismos. Este proceso puede ser aeróbico o anaerobio. Estos biorreactores son comúnmente cilíndricos, variando en tamaño desde mililitros hasta metros cúbicos y son usualmente fabricados en acero inoxidable. Biorreactor a escala laboratio

3. ¿Cómo funciona un biorreactor? Un biorreactor funciona agregando nutrientes a una solución de agua y microorganismos. Los organismos consumen los nutrientes hasta que alcanzan una cierta densidad, momento en el que producen productos de desecho adicionales (metabolitos primarios (Fase Log) y metabolitos secundarios (Fase estacionaria). Para luego ser extraídos y purificados.

4. PARTES DE UN BIORREACTOR

5. CLASIFICACIÓN DE BIORREACTORES. POR MODO DE OPERACIÓN. o quimiostato

6. Tipos de Biorreactor por modo de agitación.

7. Tanque Agitado

8. Columna de burbujas En estos fermentadores la agitación y aireación se logran mediante la inyección de aire por la parte inferior del biorreactor. No cuenta con agitación mecánica. La aireación también permite reducir la cantidad de calor producida durante la fermentación. Las burbujas de aire van aumentando de tamaño conforme ascienden por el tubo interior por lo que su comportamiento define la hidrodinámica y otras características del cultivo. Distribuidores de gas

9. Air lift Lo que los diferencia con los de columna de burbujas es que las corrientes de flujo del líquido están más definidas debido al tubo interior en el tanque del biorreactor, las corrientes ascendentes y descendentes permiten una mejor desgasificación (salida de gas)

10. ¿Para qué sirve un Biorreactor? Proporcionan las condiciones óptimas de crecimiento y metabolismo célular en condiciones controladas. Se han diseñado a escala industrial y deben cumplir ciertas características de funcionamiento como: Mantener las células uniformemente distribuidas en todo el volumen de cultivo. Mantener constante y homogénea la temperatura. Minimizar los gradientes de concentración de nutrientes. Prevenir la sedimentación y la floculación. Permitir la difusión de gases nutrientes a la velocidad requerida por el cultivo. Mantener el cultivo puro. Mantener un ambiente aséptico. Maximizar el rendimiento y la producción

11. ¿Qué factores se deben controlar en un Biorreactor? Los biorreactores controlan las condiciones ambientales mediante la regulación de factores como la temperatura, el pH, el oxígeno disuelto, la concentración de nutrientes, la agitación y nivel de espuma. El seguimiento y el ajuste de estos parámetros garantizan un crecimiento y una productividad óptimos de los organismos biológicos dentro del biorreactor. Temperatura: Es una variable importante de control de una fermentación. La temperatura afecta el crecimiento microbiano de manera notable debido a que los microorganismos de una especia determinada sólo pueden crecer en un rango restringido de temperaturas. Considerar temperaturas de crecimiento levaduras (25+/-2°C) bacterias mesófilas, termófilas. Mesófilas de 35+/-2°C y Termófilos por encima de los 45°C.

12. ¿Qué factores se deben controlar en un Biorreactor? pH: Determina de forma importante la velocidad de crecimiento de los microorganismos y el rendimiento de bioconversión. El pH de crecimiento para una especie de microorganismo representa generalmente un máximo denominado pH óptimo. El rango normal de acidez es de 2,0 ≥ pH ≤ 10,0.  El pH es controlado por el metabolismo celular. Levadura: 3,5-5,5 y Bacterias 6,0 y 7,5. OXIGENACIÓN O AEREACIÓN Merece especial mención pues su ausencia o abundancia permita una selección tanto de microorganismos como de productos del metabolismo. Cuando el cultivo se produce en presencia de oxígeno molecular la fermentación se denomina aeróbica, y cuando éste carece de oxígeno molecular la fermentación se denomina aeróbico por lo que es necesario proveer oxígeno al cultivo. Para ello, se inyecta aire u oxigeno de forma estéril al medio o caldo de cultivo por medio de un compresor. NIVEL DE ESPUMA La mayoría de los medios de cultivo utilizados para el crecimiento de microorganismos contienen proteínas y péptidos que promueven la formación de biorreactor provocan aún más la formación de grandes cantidades de espuma; esta puede incluso ser tan importante que puede ocupar todo el espacio vacío del biorreactor (espacio de cabeza) y hasta salir por cualquier orificio de entrada de flujo al biorreactor que no esta siendo empleado. La formación de espuma en el biorreactor conlleva el incremento del riesgo de contaminación de la fermentación Nutrientes: Deben ser fáciles de mantener ya que requieren sólo soluciones simples de nutrientes y pueden crecer a grandes velocidades. Agitación: Los biorreactores industriales usualmente emplean bacterias u otros organismos simples que pueden resistir la fuerza de agitación. Pero siempre se debe cuidar la velocidad de ellas para evitar la muerte celular.

13. ¿Cuál es el propósito de la agitación en un biorreactor? La agitación en un biorreactor promueve la mezcla del medio de cultivo, asegurando una distribución uniforme de nutrientes y gases. Ayuda a prevenir gradientes de concentración, mejora las tasas de transferencia de masa y mejora el contacto entre las entidades biológicas y el sustrato, lo que lleva a reacciones más eficientes. ¿Cómo se mantiene la esterilidad en un biorreactor? La esterilidad es crucial en los biorreactores para evitar la contaminación y mantener la pureza del cultivo o producto deseado. Se logra a través de medidas como la esterilización de equipos y medios, técnicas de manejo aséptico, filtración de aire y monitoreo continuo de contaminación microbiana. ¿Cómo se suministran los nutrientes a los organismos en un biorreactor? Los nutrientes necesarios para el crecimiento y el metabolismo de los organismos en un biorreactor se suministran a través del medio de cultivo. El medio contiene nutrientes esenciales como fuentes de carbono, fuentes de nitrógeno, vitaminas, minerales y oligoelementos. Estos nutrientes apoyan los procesos biológicos que ocurren dentro del biorreactor.

14. Escalamiento del biorreactor ¿Qué es el escalado en la tecnología de biorreactores? La ampliación se refiere al proceso de transición de biorreactores de laboratorio a pequeña escala a biorreactores a mayor escala de producción. Implica adaptar las condiciones operativas, los parámetros de diseño y las estrategias de control de procesos para garantizar una operación exitosa y eficiente a mayor escala, manteniendo los rendimientos y la calidad deseados del producto.

15. ¿Cómo se logra la separación del producto en los biorreactores? La separación de productos en biorreactores depende de la aplicación específica y del producto deseado. Se puede lograr a través de métodos como filtración, centrifugación, sedimentación, cromatografía, extracción o utilizando sistemas de membrana especializados. El método elegido depende de factores como las características del producto, la pureza deseada y la viabilidad económica. ¿Cuáles son las ventajas de utilizar biorreactores? Los biorreactores ofrecen varias ventajas sobre los procesos por lotes tradicionales. Proporcionan un mejor control sobre los parámetros del proceso, mayor productividad, mejor reproducibilidad y la capacidad de operar de forma continua o semicontinua. Los biorreactores también permiten la producción de productos complejos, permiten la ampliación para satisfacer las demandas comerciales y ofrecen un enfoque más sostenible para varios procesos biológicos.

16. OTRAS APLICACIONES DE BIORREACTORES Producción de enzimas, proteínas y anticuerpos Tratamiento de aire contaminado ( biodepuración ) Depuración de aguas residuales Biolixiviación de minerales. Los biorreactores generalmente son utilizados para el cultivo de las células, ayudan a acelerar los cultivos celulares, son útiles en ingenierías de tejido.