EL FERMENTADOR

VCHU 1

DEFINICION OPERATIVA:

Contenedor en el que se mantiene un medio ambiente favorable para la operacin de un proceso biolgico deseado.

VCHU 2

En cuanto al biorreactor:

Para cada proceso biotecnolgico, elsistema de contencin ms apropiadodebe disearse para brindar el mejormedio ambiente, optimizado para elcrecimiento celular y actividadmetablica.

VCHU 3

Equipos accesorios.

Vlvulas de seguridad

Manmetros

Vlvulas de control

Tuberas

Control de temperatura

Control de pH

Control de espumas

Puntos de muestreoVCHU 4

El medio ambiente puede considerarse en tres aspectos:

BIOLOGICO

QUIMICO

FISICO

VCHU 5

AIREACION Y AGITACION.

La agitacin es necesaria para:1- incrementar la velocidad detransferencia de oxgeno desde lasburbujas de aire al medio lquido; losmicroorganismos no pueden utilizaroxgeno gaseoso, sino solamente el que seencuentra en disolucin.

VCHU 6

VCHU 7

VCHU 8

VCHU 9

TIPOS DE

BIORREACTORES

VCHU 10

VCHU 11

VCHU 12

En funcin de flujos de entrada y salida. 3 tipos:

Por Lote (Batch) Lote alimentado Continuo o quimiostato

VCHU 13

Biorreactor

Se coloca dentro del biorreactor la carga total de cadaproceso (tanda o lote) de cultivo o fermentacin y se dejaque se lleve a cabo el proceso productivo o lafermentacin por el tiempo que sea necesario; el cul sedenomina tiempo de retencin. Por Lote (Batch):Discontinuo

VCHU 14

Por Lote (Batch): Discontinuo

Por lotes alimentados, con alimentacin de entrada; se alimenta una lnea de entrada o alimentacin para que el sistema de cultivo tenga un producto (biomasa) con mximo de crecimiento (exponencial) y aumente la productividad.

VCHU 15

Lote alimentado: Semicontnuo

Se alimenta una lnea de entrada F1 o alimentacin y se drena una lnea de salida F2 o lavado; de manera que los flujos o caudales de ambas lneas sean iguales y la produccin sea continua.

VCHU 16

Continuo o quimiostato

Las condiciones ambientales de un biorreactor talescomo flujo de gases (por ejemplo, oxgeno, nitrgeno,dixido de carbono, etc.), temperatura, pH, oxgenodisuelto y velocidad de agitacin o circulacin, debenser cuidadosamente monitoreadas y controladas.

VCHU 17

Diseo de biorreactores

El cilindro debe ser perfectamente esterilizable ylimpiable.

Los biorreactores industriales usualmenteemplean bacterias u otros organismos simplesque pueden resistir la fuerza de agitacin.

Siendo fciles de mantener ya que requierenslo soluciones simples de nutrientes y puedencrecer a grandes velocidades.

VCHU 18

Diseo de biorreactores

El proceso debe ser llevado a cabo con: Economa Alto rendimiento Menor tiempo posible

VCHU 19

Biorreactor

Biorreactor: cultivos

La cintica biolgica depende de las caractersticas intrnsecas del organismo o del cultivo:

Crecimiento celular Velocidad de crecimiento

Cintica de crecimiento

Velocidad de crecimiento: Cambio en el nmero de clulas o en la masa celular

en un determinado tiempo.

Tiempo de duplicacin o generacin Tiempo necesario para que una poblacin se duplique

Vara entre cada microorganismo

Curva de crecimiento microbiano 4 fasesDistinta para cada

microorganismo

Fase de latencia o lag

Fase de adaptacin a las condiciones ambientalesDuracin variable Se sintetizan protenas y ARNDuplicacin insignificativa

Ocurre cuando se transfiere un inculo desde un medio rico a un medio ms pobre.

Fase exponencial

Duplicacin celularActividad metablica Estado fisiolgico ms sanoVelocidad de crecimiento variable

Condiciones medio ambientales Gentica Se alarga hasta que se agotan los nutrientes

Fase estacionaria

El nmero de clulas viables es igual nmero declulas muertasNutriente limitante Productos de desechos

Fase de muerte

La muerte celular se vuelve exponencial:

Canibalismo Autlisis bacterianas

Biorreactor: objetivos Mantener las clulas uniformemente

distribuidas en todo el volumen de cultivo. Mantener constante y homognea la

temperatura. Minimizar los gradientes de concentracin de

nutrientes. Mantener el cultivo puro. Mantener un ambiente asptico. Maximizar el rendimiento y la produccin. Minimizar el gasto y los costos de produccin. Reducir al mximo el tiempo.

Parmetros a controlar Temperatura:

Afecta el crecimiento del cultivo de microorganismos ocelular.

Conforme aumenta la temperatura Por encima de la temperatura mxima.

Sensores

Laboratorio.

Intercambiador de calor

Parmetros a controlar

pH 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 Bacterias 6,0 y 7,5

Equipos: Condensador de acidez Condensador de alcalinidad Bombas peristlticas con mangueras de siliconas

Parmetros a controlar

Espuma Problemas funcionales Contaminacin del cultivo No se pueden realizar bien las mediciones

Solucin: Antiespumante Controlador sensor

VCHU 34

Fermentaciones

Fermentacin discontinua. Fermentacin alimentada Fermentacin continua.

VCHU 35

Fermentacin

La velocidad de aumento de la biomasa est relacionada con la velocidad especfica de crecimiento.

VCHU 36

Fermentacin discontinua

La tasa especfica de consumo de sustrato la podemos

considerar como: la "velocidad" con la que elorganismo consume el sustrato. Evidentemente, cuanto mayor sea la tasa de

consumo mayor ser la velocidad de crecimiento ().Asimismo, cuanto mayor sea el rendimiento delsubstrato consumido, tambin mayor ser la tasa decrecimiento.

VCHU 37

Este proceso se emplea en la produccin de

penicilina. Aqu los sustratos se adicionanescalonadamente a medida que avanza lafermentacin. La formacin de metabolitossecundarios est reprimida por elevadasconcentraciones de glucosa, carbohidratos ocompuestos nitrogenados, para evitar esto, loselementos crticos de la solucin se aaden enpequeas porciones en forma escalonada, durante lafase de produccin.

VCHU 38

Fermentacin alimentada

Es un sistema abierto, la solucin nutritiva se aade

en forma continua y una cantidad similar de sustratoutilizado, bacterias y productos se evaca delsistema. Existen dos tipos bsicos de fermentacincontinua.

1. Biorreactor de mezclado homogneo2. Reactor de flujo de tapn.

VCHU 39

Fermentacin continua

El primero es empleado como quimiostato oturbidostato. En quimiostato el crecimiento celular secontrola ajustando la concentracin de sustrato. En elturbidostato, el crecimiento celular se mantieneconstante mediante turbidez para controlar laconcentracin de biomasa y la velocidad dealimentacin se acopla en forma adecuada.

VCHU 40

Biorreactor de mezcla homognea

En el reactor de flujo de tapn la solucin de cultivo

fluye en forma continua en un reactor tubular sin mezclado. A lo largo del reactor todos los parmetros varan: composicin de la solucin, el nmero de clulas, la transferencia de masas y la productividad.

VCHU 41

Biorreactor de flujo de tapn

La velocidad de formacin de producto depende de lavelocidad del flujo, esto es aplicable a la produccin deenzimas, a la secrecin de metabolitos primarios ysecundarios.

Cuando se separa la idiofase (fase de formacin delproducto), de la trofofase (fase de crecimiento), no seproduce continuamente la formacin del producto, poresta razn la fermentacin ocurre en fermentadores enserie (cascada) o reactor de torre, que emplea cmarasindividuales de reaccin, separadas por placas filtrantes.

VCHU 42

Biorreactor de flujo de tapn

Los procesos industriales que utilizan fermentacin

continua son: 1. Protena unicelular 2. Antibiticos 3. Solventes orgnicos 4. Cultivos iniciadores para la degradacin de celulosa 5. Tratamiento de aguas residuales. 6. Produccin de cerveza. 7. Glucosa. 8. Etanol

VCHU 43

Biorreactor de flujo de tapn

No todos los procesos pueden realizarse por

fermentacin continua, por las siguientes razones:

1. Los mtodos de laboratorio trabajan durante 20 a 200 horas; para ser tiles industrialmente deben trabajar al menos 500 a 1000 horas.

2. Dificultades de mantener las condiciones estriles. 3. La composicin de las soluciones y sustratos no es

constante.

VCHU 44

Biorreactor de flujo de tapn

4. El uso de cepas de alto rendimiento producen

mutantes, que crecen ms rpido que las cepas de produccin.

VCHU 45

Biorreactor de flujo de tapn

VCHU 46

GRACIAS