Tema11: Bioreactors

Question 1

Introducció

Answer 1

Un bioreactor és un recipient per dur a terme un reacció biològica. Reactors per cultius de cèl·lules en suspensió i reactors de cèl·lules (o enzims) inmobilitats.
El bioreactor ha de permetre:
-Control de les condicions de procés.
-Treballar en condicions d’ascèpsia.
Els reactors podens ser oberts o tancats, amb aireació o sense, amb agitació mecànica o no, però a nivell INDUSTRIAL els més utilitzats són els BIOREACTORS TANCTAS AIREJATS AMB AGITACIÓ.

Question 2

Bioreactors airejats amb agitació

Answer 2

Bioreactors més versàtil per aplicacions industrials.
Els bioreactors de laboratori (fins a 20L) es fabriquen en vidre o acer inoxidable. Per volums majors; acer inoxidable.
En els bioreactors a gran escala la relació H:D pot varia de 2:1 fins a 6:1.
El bioreactor ha de permetre:
-Bona aireació.
-Control de T i pH.
-Presa de mostres.
-Esterilització i manteniment de l’esterilitat.

Question 3

Característiques del bioreactor

Answer 3

Ha de permetre:
Bona aireació:
-L’aire s’esterilitza generalment per filtració.
-Bombes fora de la zona esteril.
*Els difusors d’aire poden ser múltiples (anell o graella) o de conducte obert (filamentós).
Control de temperatura:
-Camisa de refigeració fins a 1000L (H2O estèril).
-Serpentí de refigeració intern (H2O estèril).
Control del pH:
-Majoria de les fermentacions generen àcid.
-Ajust del pH automàticament amb alcalí estèril.
-Electrodes esterelitzats amb vapor.
Presa de mostres:
-Per controlar el procés.
-Es descarta un petit volum per refredament i possible taponament.
-Les mostres es recullen ascèpticament.
Esterilització:
Al laboratori, s’usa l’autoclau. Pot haver-hi calor humit o sec.
A escala industrial, calor humit. Podem esterilitzar:
·Fermentador i medi conjuntament. Injecció del vapor al medi (dilució del medi) o conducció per vapor del sistema tèrmic.
·Fermentador i medi per separat. Fermentador amb vapor i medi…
Medi: Caldera del mateix tamany que el fermentador o mitjançant un breu procés contínuo d’alta temperatura través de un bescanviador de calor (HX).

Question 4

Principals objectius de l’agitació

Answer 4

1. Incrementar la velocitat de transferència d’oxigen al medi líquid.
2. Concentració de nutrients uniformes.
3. Mantenir els microorganismes en suspensió.
4. Temperatura uniforme.

Question 5

Bioreactors NO convencionals, Introducció: problemes d’un procés fermentatiu

Answer 5

L’eficàcia d’un procés fermentatiu es pot veure limitada per diferents causes, més freqüents:

a) Baixa productivitat a causa d’una operació discontínua.
b) Problemes d’inhibició del substrat ( alimentació regulada).
c) Problemes d’inhibició per producte(treure el producte).
d) Limitacions per transferència de matèria (agitadors,etc).
* La implementació d’equips de fermentació eficaços poden reduir el cost del procés fins a 10 vegades.

Question 6

Bioreactors NO convencionals, tipus

Answer 6

Bioreactor de columna d’aire (air-lift)
-Alt requeriment d’energia d’agitació.
-Efecte nociu per les cèl·lules de l’efecte de cizalla.
Bioreactors pulsants.
La seva aplicació pretèn incrementar la velocitat de transferència de matèria en els equips.
En general la pulsació s’obté mitjançant el moviment alternatiu d’algun element del bioreactor. Dos exemples: columna de plats pulsants i pulsador de pistó.
Fotobioreactors
Els organismes fotosintètics poden transformar el CO2 en macromolècules constitutives de la biomassa utilizant la llum com font d’energia.
Els fotobioreactors han d’afavorir l’activitat dels microorganismes fotosintètics és necessària una bona transmissió de la radiació visibles:
-Alta intensitat lluminosa incident.
-Alta superfície específica per a la seva transferència.