View
5
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
Fermentacions i fermentadorsFermentacions i fermentadorsÍNDEX:
– Preparació d’inòculs.– Cinètica del creixement bacterià.– Disseny i tipus de fermentadors.– Tipus de fermentacions:
• Discontinua o per càrregues.• Discontinua alimentada.• Continua.
– Sistemes de control.– Escalat d’un procés: placa, matrau, fermentador.– Recuperació i purificació de productes.
Preparació d’inòculsPreparació d’inòculs
ÍNDEX:• Definició d’inòcul.• Cultius purs o axènics i cultius mixtes.• Definició d'esterilitat i la seva importància.
Cinètica del creixement bacteriàCinètica del creixement bacterià
ÍNDEX:• Determinació de cèl·lules viables (creixement actiu).• Absorbància.• Corba de viables.• Fases de creixement.• Creixement exponencial.• Importància del nombre de microorganismes.
Disseny i tipus de fermentadorsDisseny i tipus de fermentadors
ÍNDEX:• Parts d’un fermentador “típic”:
– Recipient de fermentació.– Entrada i sortida de gasos.– Entrada d’inòculs, medis de cultiu i additius.– Sortida de mostres i productes.– Sistemes d’agitació, d’escalfament i refrigeració.– Sondes de mesures fisicoquímiques.
Filtre d’aireSortida d’aire
Rec
ipie
nt
MO
TOR
Entrada d’aire
Ref
riger
ador
AIREADOR
PALETESAGITADORES
PALETATRENCADORA
SONDES
Sonda de pH
Sonda de pO2%
Sonda de escuma
Sonda de nivell
Sonda de TemperaturaRecol·lectorde mostra
Filtre d’aire
Sortida d’aigua
Camisa d’aigua
Entrada d’aigua
Disseny i tipus de fermentadorsDisseny i tipus de fermentadors
ÍNDEX:• “Classificació” dels fermentadors:
– Fermentadors per a cultius líquids.– Fermentadors per a cultius en fase sòlida.– Fermentadors de cèl·lules immobilitzades.
Disseny i tipus de fermentadorsDisseny i tipus de fermentadors
ÍNDEX:• Fermentadors per a cultius líquids:
– Fermentadors de laboratori.– Fermentadors d’escala pilot.– Fermentadors de producció.
• Fenòmens de transport en medis líquids, reologia i número de Reynolds.
Disseny i tipus de fermentadorsDisseny i tipus de fermentadorsFermentadors per a cultius líquidsFermentadors per a cultius líquids
Fermentador de laboratori(2 a 15 litres)
Fermentador de producció( >100 litres)
Fermentador escala pilot
(30 a 100 litres)
Tipus de fermentacionsTipus de fermentacionsDiscontinua, alimentada i continuaDiscontinua, alimentada i continua
Fermentació discontinua:1. Preparació del fermentador2. Inoculació3. Fermentació4. Recuperació del cultiu
Substrat
Biomassa
Producte
Temps
Tipus de fermentacionsTipus de fermentacionsDiscontinua, alimentada i continuaDiscontinua, alimentada i continua
Fermentació alimentada:1. Preparació del fermentador2. Inoculació3. Fermentació4. Addició de substrat5. Recuperació del cultiu
Substrat
Temps
Substrat
Biomassa
Producte
Tipus de fermentacionsTipus de fermentacionsDiscontinua, alimentada i continuaDiscontinua, alimentada i continua
MediRecol·leccióde cultiu
Flux d’entradaFlux sortidaCONTINUA: EL QUIMIOSTAT
Flux d’entrada = Flux de sortida (volum constant)
Taxa de dilució > Taxa de creixement: Rentat del cultiu
Taxa de dilució < Taxa de creixement: Sobrecreixement
Taxa de dilució = Taxa de creixement: Cultiu en estat d’equilibri
La taxa de flux s’ha de seleccionar per proporcionar un cultiu en estat d’equilibri i en fase de creixement
(taxa de creixement = taxa de dilució)
Sistemes de controlSistemes de control
ÍNDEX:• Control de la temperatura.• Control de l’agitació.• Control del pH.• Control d’escumes.• Control de substrats.
Escalat d’un procés:Escalat d’un procés:Des del tub o la placa fins al fermentadorDes del tub o la placa fins al fermentador
ÍNDEX:• Importància de l’inòcul.• Avantatge econòmica.• Punts de control.
Escalat d’un procés:Escalat d’un procés:Línies de produccióLínies de producció
• Línia de producció: fermentadors funcionant de forma cooperativa.El volum de inoculació és aproximadament 1:50 fins el 10% del volum total.
4500+500 4,5+0,5
PRODUCCIÓ
5.000 litres
PRODUCCIÓ500 litres
PILOT50 litres
45+5 LABORATORI5 litres
450+50
Escalat d’un procés:Escalat d’un procés:Línies de produccióLínies de producció
PRODUCCIÓ
5.000 litres
PRODUCCIÓ500 litres
PILOT50 litres
LABORATORI5 litres
4,5+0,545+5
450+50
4500+500
( )µ
µ 00
/ln NNteNN t =∆⇒= ∆⋅
Exemple: el rendiment d’un cultiu microbià s’atura a 108 CFU ml-1; ¿quina és la relació de temps entre l’obtenció d’aquest tipus de cultiu amb escalat i sense escalat (500L en 4500L o 0,5L en 4999,5L)?
( )
( ) 25,021,930,2
1010ln
1010ln
/ln
/ln
48
78
0
0
==
==∆
=∆
µ
µNNt
NNt
escalatsense
escalatamb
Escalat d’un procés:Escalat d’un procés:Línies de producció front a processos únicsLínies de producció front a processos únics
Cost per producció
PRODUCCIÓ
5.000 litres
PRODUCCIÓ500 litres
PILOT50 litres
LABORATORI5 litres
4,5+0,545+5
450+50
4500+500
PRODUCCIÓ
5.000 litres
4999,5+0,5
PRODUCCIÓ
5.000 litres
4999,5+0,5
Costos Concepto 100 1 semana fermentador laboratorio 1000 1 semana fermentador escala piloto 10000 1 semana fermentador de producción (500L) 100000 1 semana fermentador de producción (5000L) Total 111100 4 semanas En 1 mes s’aconsegueix 1 producció amb
un cost de 400.000
Costos Concepto 100000 1 semana fermentador laboratorio Total 40000 4 semanas 400000
Costos Concepto 100000 1 semana fermentador laboratorio Total 40000 4 semanas 400000
Costos Concepto 100000 1 semana fermentador laboratorio Total 40000 4 semanas 400000
Costos Concepto 100000 1 semana fermentador laboratorio Total 40000 4 semanas 400000
En 1 mes s’aconsegueixen 4 produccions amb un cost de 444.400
L’escalat d’un procés és més econòmic
Recuperació i purificació de productesRecuperació i purificació de productes
1. Iniciació del creixement bacterià.
2. Ajustament de les condicions de màxima producció.
3. Concentració dels bacteris.
4. Obtenció de proteïnes, productes...
5. Purificació, conservació, esterilització per radiació...
Línia de producció.
ConcentracióLiofilització
Esterilització.
Recuperant el producte:Recuperant el producte:Sistemes de recuperació: Sistemes de recuperació: centrifugadorescentrifugadores i filtresi filtres
ÍNDEX:• Centrifugació per lots.• Centrifugació contínua.• Filtració i ultrafiltració.
Recuperant el producte:Recuperant el producte:Centrifugació per lotsCentrifugació per lots
Centrifugació per lots:La centrifugació és un procés de
separació que utilitza l'acció de la força centrífuga per a promoure l'acceleració de partícules en una mescla de sòlid-líquid. Dos fases clarament distintes es formen en el recipient durant la centri-fugació.
La recuperació de cèl·lules es porta a terme amb la totalitat del cultiu.
Recuperant el producte:Recuperant el producte:Centrifugació continuadaCentrifugació continuada
ÍNDEX:• Centrifugadores tubulars.• Centrifugadores de discs.• Decantadors.
Recuperant el producte:Recuperant el producte:Centrifugació continuadaCentrifugació continuada
Centrifugadores tubulars:
En un recipient cilíndric que gira a una velocitat angular w (rad/s) o N (rpm) i conté un anell de líquid d'un radi significatiu R (m), l'acceleració centrifuga FC a la que estan sotmeses les partícules és:
FC = w2R = 0,011·N2R
La força aplicable a cada partícula per unitat de pes ve expressada com:
FC = 0,011·N2R (rs – rL) x 1·g-1 = G (rS – rL)
On G = w2R·g-1 = 0,11·N2R / 9,81 = 11,2x10-4·N2RrS : densitat de la partícularL : densitat del líquid intersticial
Recuperant el producte:Recuperant el producte:Centrifugació continuadaCentrifugació continuada
Centrifugadores tubulars:Hidrociclons Campana tubular
Recuperant el producte:Recuperant el producte:Centrifugació continuadaCentrifugació continuada
Centrifugadores tubulars:Càmares de centrifugació Campana de tambor
Recuperant el producte:Recuperant el producte:Centrifugació continuadaCentrifugació continuada
•Centrifugadores de discs:
Relació entre la velocitat de rotació i la força centrífuga: La relació existent entre l’acceleració centrípeta i la velocitat de rotació (mesurada en rpm) de la centrifugadora és la següent:
A on:g = acceleració centrípetaRt = radi del tambor de la centrífugarpmt = revolucions per minut del tambor(rpmt x 2 x π x 60-1) representa la velocitat angular
81,960
2 2
××
×=
πtt
rpmRg
Recuperant el producte:Recuperant el producte:Centrifugació continuadaCentrifugació continuada
•Centrifugadores de discs:
Recuperant el producte:Recuperant el producte:Centrifugació continuadaCentrifugació continuada
•Centrifugadores de discs:
Recuperant el producte:Recuperant el producte:Centrifugació continuadaCentrifugació continuada
•Decantadors:
Recuperant el producte:Recuperant el producte:FiltracióFiltració
ÍNDEX:• Filtres de tambor.• Filtres de disc.• Filtres de premsa.• Filtres de borsa.• Filtres de cartutx.
Recuperant el producte:Recuperant el producte:FiltracióFiltració
•Filtres de tambor:
Recuperant el producte:Recuperant el producte:FiltracióFiltració
•Filtres de disc:
Recuperant el producte:Recuperant el producte:FiltracióFiltració
•Filtres de premsa:
Recuperant el producte:Recuperant el producte:FiltracióFiltració
•Filtres de borsa Filtres de cartutx
Recuperant el producte:Recuperant el producte:UltrafiltracióUltrafiltració
Recuperant el producte:Recuperant el producte:UltrafiltracióUltrafiltració
Recommended