Biorreactores

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.
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