De un modo general, los biorreactores pueden ser definidos como un ambiente confinado, en el cual los sustratos son transformados en productos de interés a través de la acción de células viables o de enzimas.
Dependiendo de su dimensión y del objetivo de su utilización, los biorreactores pueden ser a escala laboratorial, escala piloto o escala industrial.
De acuerdo con la presencia de oxígeno los biorreactores pueden ser clasificados en:
- Aerobio – las reacciones biológicas ocurren en la presencia de oxígeno libre (O2);
- Anóxico – las reacciones biológicas ocurren apenas en la presencia de oxígeno combinado (ex.: NO3);
- Anaerobio – las reacciones biológicas ocurren en la ausencia total de oxígeno (reacciones biológicas promovidas por bacterias anaerobias estrictas o bacterias anaerobias facultativas).
De acuerdo con la forma como son operados, los biorreactores pueden ser clasificados de la siguiente forma:
- Continuos;
- Semicontinuos;
- Discontinuos;
Principales parámetros controlables en el transcurso de un proceso de fermentación en biorreactores:
- Temperatura Camisa externa
Serpentinas internas
Sondas de temperatura - pHSondas de pH
Programación del valor de pH deseado y corrección automática del pH por adición de ácido y/o adición de base - Agitación Mecánica – STR, Stired Tank Reactor
Características del medio de agitación: turbina de disco de láminas curvas o planas, turbina en espiral, hélices)
Presencia o ausencia de chicanas (mamparos o baffles) – la presencia de chicanas posibilita la transferencia de turbulencia hasta la pared del fermentador (sin chicanas el líquido se mueve en vórtice no permitiendo una buena mezcla)
Por aire – ALF, Air Lift Fermenter, Columna de Burbujas (Bubble Column)
Utilizados especialmente en procesos cuyas células son muy sensibles a la agitación mecánica y a la tensión de corte (especialmente células animales)
La elección del método de agitación depende esencialmente del volumen de fermentación, reología del medio fermentativo, microrganismo/tipo de células, temperatura del proceso, etc.
- Espuma La formación de espuma es un problema común en procesos fermentativos y muy problemático en las producciones a gran escala (problemas tecnológicos, aumento del riesgo de contaminación y puede ser combatida por métodos físicos e/o químicos.
– Por agentes anti-espuma (aceites naturales: soja, trigo, pescado, girasol, algodón, cacahuete, …; polímeros sintéticos: silicona, …);
– Por separadores mecánicos de espuma - Ventilación
- [Sustrato] limitante
La instrumentación y control en la industria de la fermentación ha ido desempeñando un papel cada vez más relevante:
- tanto en la creación de relaciones matemáticas dinámicas,
- tanto en el desarrollo de modelos de previsión,
- tanto en la monitorización y control de los bioprocesos.
Ventajas de la utilización de Biorreactores:
- Alta productividad y eficiencia del proceso;
- Mejor control de las condiciones de cultura;
- Suministro óptimo de nutriente/biorregulador;
- Automación del proceso;
- Cambio y adecuación del medio.
Desventajas de la utilización de Biorreactores:
- Riesgo de contaminación microbiana;
- Recalcitrancia de algunas especies.
