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Informacion sobre los biorreactores y su armado
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Tecnológico de Monterrey
Campus Estado de México
Laboratorio de
Bioprocesos
Práctica I
Armado y Uso de Biorreactores de Laboratorio
Mario Alfonso Arenas García A01162581
Dr. César García Díaz
2014
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1. Discusión
1.1 Diagrama de Flujo
Inspeccionar que estén
todos los elementos del
biorreactor y que no
presente(n) algún defecto
visible.
En la placa superior, empezar a introducir los
elementos que solo se pueden poner por el
interior. Siendo:
Bafles
Tubo hueco para toma de muestra
Punto de entrada del sensor de nivel
El ‘termo pozo’ para el sensor de
temperatura
Los tapones
Posteriormente, se pone la placa
sobre el reactor de vidrio y se
empieza a sellar usando las tuercas.
Se realiza a mano y se ajustan dos
tuercas que sean opuestas.
Posteriormente, se pone la placa
sobre el reactor de vidrio y se
empieza a sellar usando las tuercas.
Se realiza a mano y se ajustan dos
tuercas que sean opuestas.
Introducir los elementos que solo se
pueden poner por el exterior. Siendo:
Intercambiador de calor
Condensador de aire
Sensor de O2 y pH
‘Septum holder’ y entrada
triple
Botella para toma de muestra
con agarrador
El potenciómetro siempre se pone
hasta el final ya que es muy sensible
(hecho de vidrio) y se calibra
previamente, antes de poner en
autoclave.
Poner todo el sistema dentro de la
autoclave y realizar una
esterilización con calor húmedo.
Meter también alguno de los tubos
de alimentación y el filtro.
Retirar de la autoclave, calibrar
sensores de temperatura y O2.
Conectar sensor de nivel y tubos de
alimentación. *
Ingresar el eje con su motor y
terminar conexión con la consola.
Finalmente, configurar la consola con
factores predeterminados para el uso
del reactor.
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1.2 Puntos Críticos del Ensamblaje
Todos los elementos del reactor son puestos a mano y no se requiere del uso de
herramientas, con la única excepción de poner los bafles ya que se puede usar un
desarmador de paleta para poder ajustarlo. Se aprieta pero tampoco al grado de dificultar
su desajuste.
El potenciómetro siempre es el último componente en poner en el biorreactor y el primero
en retirar, esto se debe a que es en esencia un electrodo de vidrio y es muy frágil; por lo
que al mover los otros elementos del sistema le podría pasar algo al potenciómetro.
Para poder mover el biorreactor, siempre es necesario utilizar ambas manos (nunca una);
de preferencia agarrarlo hacia el pecho y tener un firme agarre sobre él.
Al realizar la esterilización, siempre se hace con calor húmedo; ya que realizar una
esterilización con calor seco puede manchar el acero inoxidable. Aunque no perjudica
gravemente el sistema, esto no deja una apariencia agradable y por otro lado puede
reducir la vida del biorreactor.
Cuando se ponen los tubos de alimentación, es necesario tener la consola prendida. De
lo contrario, para poder ponerlos con la bomba peristáltica, se puede forzar los engranes.
1.3 Uso de Reactores de Laboratorio
En una investigación realizada por Kim, Lee y colaboradores por parte del Instituto Coreano
Avanzado de Ciencia y Tecnología; se empleó el uso de un biorreactor con una capacidad de
2.5 litros, equipado con tres bafles y dos turbinas de disco con seis paletas cada una. (Kim, Lee,
et al; 1993)
La finalidad era poder observar cuales eran los efectos de un control de concentración de
glucosa para poder producir concentraciones elevadas de poli(3-ácido hidroxibutírico) en un
proceso de tipo lote alimentado utilizando el microorganismo Ralstonia eutropha. (Kim, Lee, et
al; 1993)
Asimismo, se tienen que controlar las siguientes condiciones dentro del sistema (Kim, Lee,
et al; 1993):
Temperatura constante a 34°C
pH a 6.8, controlado empleando una solución de HCl normal de 2 N y una solución de 5
N de una mezcla 1:1 de NaOH y KOH
Se mantuvo una concentración de oxígeno disuelto a una saturación del 20%, ingresando
el gas a una velocidad de 1.5 L/min
Agitación de 100 rpm
Concentración de solución de glucosa de 700 g/L
Es importante destacar que para poder inducir la producción de PHB por parte de la bacteria,
se tiene que alcanzar una concentración crítica de masa celular para que posteriormente se deje
de suministrar una fuente de nitrógeno, al eliminar este sustrato, se induce una ruta metabólica
distinta y se produce PHB.
De esto, se encontró que tener concentraciones elevadas de glucosa en el sistema podía
generar una concentración de biomasa de 120 g/L o de hasta 160 g/L. Esta diferencia, a su vez,
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radica por el cambio de punto para limitar la alimentación de nitrógeno (de 30 g/L de
concentración celular hasta 70 g/L). La concentración de glucosa estaba dentro de un valor de
entre 10-20 g/L en todo momento. (Kim, Lee, et al; 1993)
El diagrama de flujo se podría esquematizar de la siguiente manera:
2. Conclusión
Los biorreactores de escala chica (2-20 litros) tienen la principal función de poder investigar más
sobre el proceso que se desea establecer, permitiendo obtener parámetros de operación óptimos
para realizarlo, entender a mayor profundidad lo que está ocurriendo con la reacción al igual que
poder observar problemas con el bioproceso si es que los hay.
Lo previo, a su vez, permite evitar hacer errores graves que podrían perjudicar la inversión
de lo que potencialmente podría ser una planta piloto o alguna operación de escala industrial.
Aunque no implica que sea una inversión baja; se puede utilizar múltiples veces para establecer
una variedad de procesos; y la cantidad de modificaciones puede ser relativamente baja; siempre
y cuando se utilice un sistema semejante.
Se realiza el medio ‘semilla’ en
un matraz de 250 ml a 30°C
por un periodo de entre 1-2
días a un pH de 6.8. El medio
fue previamente inoculado.
De este medio, se usan 100 ml
para poder inocular el
biorreactor de 2.5 L, el cual
está a un volumen inicial de
800 ml.
Se mantiene un control del pH a 6.8, a
una temperatura de 34°C con una
agitación de 1000 RPM. La
concentración de glucosa se mantiene
entre 10 - 20 g/L a todo momento. Las
mediciones se realizan por lo menos
cada 10 minutos.
Al alcanzar una concentración
celular de 30 g/L, se deja de
suministrar amoniaco (fuente
nitrógeno) con la finalidad de
inducir la producción de PHB.
Se mantiene el patrón de
crecimiento y la generación de
PHB hasta alcanzar un pico de
concentración (cercano a 120 g/L
o 160 g/L).
Reportar patrones de
crecimiento, ‘yield’ y relación P/X.
Determinar los efectos (si los
hay) por parte de la
concentración de glucosa.
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Fuentes de Información
Kim, B. S.; Lee, S. C.; Lee, S. Y.; Chang, H. N.; Chang, Y. K. y Woo, S. I. (1993). “Production of
Poly(3-Hydroxybutyric Acid) by Fed-Batch Culture of Alcaligenes eutrophus with Glucose
Concentration Control.” Biotechnology and Bioengineering – Wiley Online. Obtenido el 30 de
octubre de 2013 de:
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/bit.260430908/abstract;jsessionid=5D5071136E3BD7
8F2F8AAC610357F483.f03t02