Práctica #1 - Conocimiento del biorreactor

“Conocimiento del fermentador.”Práctica #1.

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO

Ing. Bioquímica

Ing. de Biorreactores

Nombre del Alumno (a):N. de

Control:

Cumplido Rentería Alma Lizeth 09040528

Díaz Ríos Mariana 09040529

Esquivel Martínez Anaid Michelle

09040530

Ibarra Hernández Aarón 090405--

Mendoza Castorena José Alberto 090405--

Morales Martínez Paola Silvana 09040556

Ortiz Álvarez Gabriel 08041168

Rodríguez Moreno Alma Karen 09040573

Santillano Enríquez María José 09040577

Terrazas Luévanos César Daniel 09040583

Profesora: M.C. María Cruz Teresa Moorillón Piedra.

Fecha de Elaboración: miércoles 31 de octubre del 2012.

Fecha de Entrega del Reporte: miércoles 14 de noviembre del 2012.

“Orgullo Guinda”

Ing. de Biorreactores2

Contenido

Introducción.-............................................................................................................................. 3

Marco Teórico.-........................................................................................................................... 4

Sistemas de muestreo para determinar las condiciones internas del biorreactor...................5

Modos de operación del biorreactor........................................................................................5

Tipos de biorreactores............................................................................................................6

Instrumentación para el seguimiento y control del biorreactor...............................................6

Desarrollo.-................................................................................................................................. 7

Cuestionario.-............................................................................................................................. 9

Discusión de resultados.-.........................................................................................................12

Conclusiones.-.......................................................................................................................... 12

Bibliografía............................................................................................................................... 15

práctica #1


“Conocimiento del fermentador”.

Práctica #1.

Introducción.-

El fermentador es un recipiente el cual sirve para sostener un medio de cultivo inoculado con cierto microrganismo además esta equipado con alimentación de aire, de nutrientes frescos, acido, base, antiespumante y otras sustancias que pueden ser necesarias para que ocurra una serie de reacciones biodegradativas y de biosíntesis dando origen a productos de interés industria (Moorillón Piedra, 1990).

Como estas reacciones casi siempre deben de ser controladas el fermentador tiene electrodos para detectar las señales de temperatura, pH, oxígeno disuelto además de agitación para lograr una mezcla homogénea dentro del recipiente. Por lo que se le puede comparar a un reactor químico con la diferencia de que la cinética de las reacciones que ocurre depende de los microrganismos (Moorillón Piedra, 1990).

Los fermentadores pueden clasificarse en intermitentes o por lotes, semi-continuos y continuos dependiendo del modo de operación del reactor (Moorillón Piedra, 1990).

Los procesos de fermentación pueden escalarse a niveles industriales cuando su capacidad es de carios miles de litros al fundamento es el mismo, la dificultad radica en lograr controlar las condiciones que requiere el proceso (Moorillón Piedra, 1990).

En los procesos de fermentación resulta muy útil medir la mayor cantidad posible de variables. Estas variables se dividen en dos grupos: las biológicas como es la concentración de biomasa, el consumo de sustrato, formación de productos, etc., y la distribución de estados que guardan entre si en determinado momento. Las otras variables son las no biológicas como: temperatura, PH, presión, etc. (Moorillón Piedra, 1990).

La medición de las variables no biológicas se logra mediante los elementos sensores que reciben la señal y la mandan a un módulo de control por lo que la medición es en línea. El problema radica en la medición de las variables biológicas; sin embargo, actualmente en algunos laboratorios se profundiza en el estudio de técnicas moderadas para realizar mediciones en línea (Moorillón Piedra, 1990).

Con base en lo anterior, el objetivo de esta práctica fue definir el uso del fermentador, identificar las partes que lo integran y su manejo a fin de que el alumno adquiera los conocimientos necesarios para su posterior aplicación práctica.

Marco Teórico.-

práctica #1


Los Biorreactores son los equipos donde se realiza el proceso de cultivo (también comúnmente denominado “fermentador”), sea en estado sólido o líquido. Su diseño debe ser tal que asegure homogeneidad entre los componentes del sistema y condiciones óptimas para el crecimiento microbiano y la obtención del producto deseado. Es importante tomar en cuenta los problemas de transferencia de calor y oxígeno sobre la cama de sustrato, los cuales dependen de las características de la matriz que se esté utilizando para la fermentación, siendo éste, uno los principales factores que afectan el diseño y las estrategias de control. (Ruiz-Leza, 2007)

El biorreactor puede considerarse como el corazón de todo proceso biotecnológico, ya que en él se lleva a cabo la transformación de la materia prima al producto de interés y su operación deberá garantizar la maximización en la conversión, por lo que su funcionamiento es de vital importancia en la rentabilidad del bioproceso, sobre todo en aquellos catalogados como de “altos volúmenes de producción y bajo valor agregado”.

Entre las características que debe reunir un biorreactor se encuentran las siguientes:

1. Calidad de mezclado; incluyendo tiempo de mezcla y patrones de flujo que favorezcan tanto la distribución de la materia prima en el biorreactor como su conversión a producto.

2. Altas velocidades de transferencia de masa, momento y calor, a bajo costo o con economía aceptable.

3. Factibilidad técnica y económica en la construcción de unidades de gran volumen. 4. Bajos costos de operación y mantenimiento. 5. Operación aséptica. (Vazquez Gurrola, 2007)

Están fabricados en materiales capaces de mantener las condiciones óptimas de presión, temperatura, etc., que en la mayoría de los casos es acero inoxidable. Los criterios básicos de diseño de un biorreactor son:

Características bioquímicas del cultivo a realizar. Características hidrodinámicas del reactor: es necesario minimizar los fenómenos de

transporte en el reactor, para evitar gradientes de nutrientes, temperatura Cinética de crecimiento y producción del microorganismo. Asegurar estabilidad genética del microorganismo, impidiendo mutaciones. Esterilización lo más barata posible, hasta el punto de que, a pesar de su importancia,

y según el proceso, se llega a obviar. Control de las condiciones ambientales. Diseño y modo de operación. Potencial para el escalado creciente de producción. Inclusión de sistemas de oxigenación adecuados a las exigencias del microorganismo.

Sistemas de muestreo para determinar las condiciones internas del biorreactor.

Adopción de refrigeradores, para mantener constantes las condiciones de temperatura (la actividad microbiana genera una gran cantidad de calor, que puede afectar negativamente a la producción).

Materiales no tóxicos (ni para el microorganismo ni para el consumo). Capacidad para soportar altas presiones. Resistencia a la corrosión. Los principales inconvenientes de la producción en continuo.

práctica #1


En ocasiones, la demanda del producto es estacional, por lo que la producción en continuo genera grandes cantidades en stock.

La vida útil del producto puede ser limitada, por lo que no es viable el almacenamiento por tiempo indefinido.

Es difícil obtener concentraciones altas, necesarias para recuperación y purificación. Favorecen la mutación de las cepas, ya que un grupo de células puede participar en

varios ciclos de producción. (Hopp, 2005)

Modos de operación del biorreactor

1. Discontinuo. Es el más utilizado por su sencillez. Se trata de sistemas cerrados en los que no se varían externamente las condiciones iniciales (lo que supone que la composición del medio va variando continuamente en el tiempo conforme se desarrolla el cultivo), con la excepción de:

a) Adición de antiespumantes, debido a que la espuma puede generar diferencias de temperatura y concentraciones dentro del tanque.

b) Adición de oxígeno.c) Adición de buffers, para evitar las variaciones de pH originadas por la actividad

microbiana, que pueden alterar el desarrollo microbiano y la producción.2. Semicontinuo. El sustrato se aporta de forma secuencial (no todo el sustrato es añadido

al principio). Se debe a que, en ciertos procesos, la concentración de nutrientes ejerce efectos inhibitorios sobre el proceso o el crecimiento del microorganismo; lo que se evita haciendo un aporte secuencial de los nutrientes.

3. Continuo. Se retiran productos y sustrato agotado al mismo tiempo que se aporta la misma cantidad de sustrato fresco. Para ello, cuentan con diversos sistemas que permiten conocer cuándo se obtiene el nivel de producción adecuado, para poder empezar a retirar caldo fermentativo e introducir sustrato fresco. Las células que quedan actúan como inóculos. Aunque teóricamente es el régimen de trabajo ideal, presentan numerosos inconvenientes técnicos. Estos inconvenientes son que sólo se puede conocer el nivel de crecimiento del microorganismo, y ciertos productos sólo se sintetizan en la fase estacionaria, por lo que no sabemos cuándo se habrá alcanzado el nivel de producción deseado. Además, las condiciones óptimas para el crecimiento y para la producción serán diferentes, lo que complica aún más el proceso.

Tipos de biorreactores

1. De lecho fijo o empaquetado. Los microorganismos se encuentran en una matriz empaquetada. Por lo general, la alimentación se produce de forma vertical en sentido ascendente.

2. En columna de burbujas. El sustrato es el medio líquido en el que están inmersas las células, aportándose éste por la parte inferior del reactor. Se insufla gas comprimido por la parte inferior que, junto con una serie de bucles externos, permite homogeneizar el interior del reactor, suprimiendo posibles gradientes.

3. De lecho fluidizado. No son muy corrientes, dados su alto coste y complejidad. El microorganismo permanece suspendido (debido a burbujeo continuo, lo que no es fácil de conseguir) en el fermentador, como consecuencia del sustrato líquido ascendente.

4. De lecho de goteo. Son los más tradicionales (similares a los de lecho fijo). El sustrato se hace pasar lentamente por la matriz empaquetada que contiene al microorganismo

práctica #1


(un proceso semicontinuo, aunque permiten trabajar también en discontinuo), lo que supone la consideración de un tiempo de residencia en dicha matriz.

5. De enzimas o células inmovilizadas. Son los más interesantes y novedosos. Los de enzimas presentan grandes ventajas, pero es difícil aislar la enzima que nos interesa. Permiten reutilizar continuamente el biocatalizador, disminuyendo los costes. Dicha inmovilización puede efectuarse por medios físicos (adsorción, el más usado, o atrapamiento mecánico en matriz o membrana) o químicos (enlaces covalentes). Presentan el inconveniente de que, dado que las células pueden participar en varios procesos fermentativos, aumenta la inestabilidad genética. (Moreno-Bayo, 1996)

Instrumentación para el seguimiento y control del biorreactor

Los biorreactores están equipados con distintos instrumentos. Estos se utilizan para facilitar el registro y análisis de variables de operación y de parámetros específicos que sirven para mantener, dentro de ciertos intervalos de valores, las condiciones de operación de la biorreacción con fines de maximizar la productividad y garantizar el éxito de la biorreacción. La instrumentación ha sido definida como “una ventana al proceso” y su objetivo es mantener al mínimo la diferencia entre el valor medido y un valor deseado. El control de un parámetro particular se lleva a cabo a través de un sistema que consta de un sensor (o electrodo), un medidor y un controlador: el sensor es un dispositivo que transforma una magnitud de una propiedad que se quiere medir, en otra que facilita su medida. El medidor recibe la medida del valor de la propiedad que emite el sensor. El controlador compara dicha medida con un valor fijo. Del resultado de la comparación, el controlador toma una decisión enviando una señal (generalmente eléctrica) a algún dispositivo que ajustará el valor medido de la propiedad hasta el valor predeterminado o de control (“set point”). La señal implica usualmente la modificación del estado de una válvula, el encendido o apagado de una bomba dosificadora, la modificación de la velocidad de giro de un motor de algún equipo, etc. Si, por ejemplo, se hace necesario el uso de una determinada fuerza para modificar el estado de una válvula, se requerirá de un “transductor” y de un “actuador”. El transductor es un dispositivo que convierte un tipo de energía en otro tipode energía, mientras que los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de energía eléctrica, gaseosa o líquida.

Existen tres tipos de actuadores: 1. Hidráulicos 2. Neumáticos 3. Eléctricos Los actuadores eléctricos son usados pera manejar aparatos electrónicos o mecatrónicos. Los hidráulicos se usan cuando lo que se necesita es potencia, mientras que los neumáticos son simples posicionamientos. Los sensores pueden estar conectados directamente al biorreactor (en contacto directo con la masa líquida o sólida de fermentación), en cuyo caso se dice que están “en línea”, si no están conectados directamente al biorreactor entonces se dice que están “fuera de línea”.

Debido a la naturaleza de la biorreacción, se requiere que la gran mayoría de los “sensores en línea” reúnan, entre otros, los siguientes requisitos:

i) que sean capaces de resistir el proceso térmico al que se somete el caldo de cultivo en el biorreactor (esterilización con calor húmedo).

ii) que sean capaces de resistir las presiones de operación.iii) que sean de fácil calibración; iv) que muestren valores estables.iv) que su mantenimiento sea fácil y económico.v) que tengan una adecuada vida media útil.

Estos sensores (en línea), se utilizan, básicamente, para medir propiedades físicas o variables de operación tales como temperatura, presión, intensidad de agitación o velocidad de giro de

práctica #1


los impulsores, velocidades de flujo de líquidos y gases, y para medir ciertas propiedades químicas como pH, concentración de oxígeno disuelto y gaseoso, concentración de dióxido de carbono disuelto y en el gas, concentración de azúcares disueltos, concentración de algunos productos celulares, etc.

Para conocer el estado de una variable de operación o de un parámetro específico con sensores “fuera de línea”, se deberá tomar asépticamente una muestra para que en ella se mida la propiedad. Por los tiempos y necesidades de los bioprocesos, es fácil concluir que los sensores en línea son mucho más adecuados para controlar el valor de una propiedad en una biorreacción. (Vazquez Gurrola, 2007)

Desarrollo.-

El reactor con el que se cuenta en el laboratorio de biorreactores cuenta con un tanque con capacidad de 5 L, una chaqueta enfriadora y un agitador magnético. En la parte inferior se encuentra el motor que impulsa las hélices dentro del reactor que permiten mantener al medio en constante agitación.

El agua que entra a la chaqueta enfriadora proviene del agua municipal por medio de una tubería pasa por los manómetros para regular la presión de entrada para después pasar por los filtros de entrada al reactor

El agua que entra llega hasta un cierto nivel en el cual el agua es extraída por una manguera de salida la cual esta conectada al drenaje con el fin de tener un flujo de entrada y salida en la chaqueta. Asimismo se cuenta con recirculadores de entrada y salida los cuales se deben graduar las velocidades para evitar que se enfríe o caliente demasiado el reactor y tener un flujo moderado.

En la parte superior se tiene un condensador de gases para evitar que se presurice el tanque con los gases que se forman dentro del reactor, este condensador requiere de una entrada de agua fría y una salida de agua caliente para su funcionamiento, además cuenta con un filtro para los gases que van a la atmosfera.

Antes de iniciar a trabajar con el reactor se deben establecer las condiciones de entradas y salidas mediante cálculos con el fin de evitar un problema al momento de estar trabajando.

Al principio se debe trabajar con aire y cuando este satura el reactor se procede a inocular. El aire de entrada proviene de los compresores a una presión de 3kg y pasa por una válvula que disminuye su presión hasta 1kg después de esto este aire pasa a un filtro que se conecta al rotámetro, el cual permite regular la entrada de aire.

La relación de entrada de aire debe ser igual a la relación de volumen de medio de cultivo en el tanque; por ejemplo, si se tienen 4 L de medio, la entrada de aire tendrá que ser de 4 L de aire por minuto, y este se debe

práctica #1

ILUSTRACIÓN 1: REACTOR BIOLÓGICO

ILUSTRACIÓN 2: TUBERÍA Y FILTROS

DE ENTRADA


ajustar cuando el medio disminuya por algún factor como es la toma de muestra del medio, todo esto con el fin de tener una buena relación de VVM.

El aire sigue la entrada desde el rotámetro por un tubo hasta dentro del tanque por medio de un tubo que baja hasta la parte inferior del impulsor, este tiene muchas perforaciones, y con ayuda del impulsor se rompen las burbujas de aire que entran al reactor para alimentar de oxigeno al tanque.

El reactor cuenta con salidas de medio para trabajar con cultivo continuo, pero cuando no es usado, estas salidas deben sellarse con algodón y cinta masquintape para evitar alguna contaminación.

Para la toma de muestras se tiene un puerto que recolecta muestras fondo del tanque donde esa mas homogéneo, se toma con una jeringa que hace vacío y llena el muestreador con aproximadamente 15 ml de medio. Cuando el tubo este lleno se cierra la jeringa y se captura la muestra.

El reactor cuenta con varios aditamentos que se le pueden conectar a la computadora para determinar diferentes variables en línea como son el electrodo de oxigeno disuelto, este se introduce dentro del tanque y el electrodo se ajusta al pH a utilizar, se conecta a la computadora y en el display indica el oxigeno disuelto que se encuentra dentro del reactor. Cuando se observa una disminución de oxigeno se puede decir que el microrganismo se encuentra creciendo.

Otro aditamento con el que se cuenta el electrodo de pH, el cual se conecta al equipo para determinar el pH dentro del medio, este electrodo es un indicador únicamente, por lo tanto al no ser un potenciómetro se tiene que ajustar antes el electrodo en una solución de buffer con el pH que se piensa o se desea tener el tanque.

Las bombas que tiene el equipo son 3, son de tipo peristálticas y mediante estas se introduce ácidos o bases para ajustar el pH del medio, además de estos compuestos se le pueden adicionar antiespumantes o medio de cultivo freso mediante estas bombas.

Para introducir cualquier solución al medio de cultivo, estas deben ser introducidas por tubitos cortos que se colocan en la parte superior con el fin de poder observar la entrada al medio y cerciorarse de que se esta efectuando la entrada de la solución deseada.

Cuando estas entradas no se usan se sellan con manguera para evitar contaminación. Las soluciones que entran se tienen que introducir en recipientes especiales que se fijan al reactor haciendo uso de mangueras conectadas a las bombas peristálticas.

En un medio continuo se deben ajustar las velocidades de entrada y de salida del medio para evitar el efecto de lavado dentro del reactor.

práctica #1

ILUSTRACIÓN 3: MUESTREADOR

ILUSTRACIÓN 4: COMPUTADORA

DEL BIORREACTOR

ILUSTRACIÓN 5: RECIPIENTE PARA SOLUCIONES DE

ENTRADA


En el display del reactor se marcan la temperatura, la agitación, pH, O2 disuelto, y las bombas. Mediante la escala que tiene se ajustan los valores del equipo para trabajar y mantener las condiciones ideales para el medio.

El medio de cultivo se esteriliza por separado del reactor, el tanque únicamente se sanitiza con una solución de fenol o cualquier otra solución que tenga los mismos efectos de desinfección.

Para cerrar el reactor se deben hacer coincidir los tornillos que se encuentran marcados y se ajustan de manera cruzada para evitar que la tapa quede abierta.

En el laboratorio se cuenta con una estufa de incubación, espectrofotómetro, potenciómetro, etc., con los cuales se pueden realizar las pruebas de turbidez, peso seco, azucares reductores y titulación.

Cuestionario.-

1. ¿Qué necesidades nutricionales en términos de sustancias químicas son necesarias para el desarrollo y buen funcionamiento de cualquier forma de vida?Todo organismo vivo requiere de una fuente de energía, carbono y nitrógeno (síntesis de proteínas, ácidos nucleicos), factores de crecimiento (aminoácidos, vitaminas), agua, fuente de sales minerales (NaCl, KCl, MnSO4, FeSO4).

2. ¿Qué es un cultivo por lotes?También conocido como cultivo batch, consiste en que una vez sembrado el inóculo en el medio de cultivo y fijados la temperatura, aereación y agitación las células se desarrollan libremente a su propia potencialidad lo cual se manifiesta creciendo a la máxima velocidad que le permite el medio de cultivo empleado, siendo el operador un mero espectador de los acontecimientos; por lo que el cultivo por lote se termina cuando el sustrato limitante se agota.

3. ¿Qué es pH? ¿Cómo influye el pH en el medio de cultivo?El pH es el potencial de hidrógeno, ya que la concentración de hidrógeno indica el grado de acidez, o basicidad, de una disolución acuosa. Influye el pH en el medio de cultivo ya que los microorganismos durante el crecimiento modifican el pH por lo que se incluyen sustancias químicas (HCL o NaOH) que actúen como buffer para evitar que el pH se aleje del óptimo y podamos obtener nuestro producto.

4. ¿Cómo influye la variación en la agitación para el microorganismo usado en la práctica?En esta práctica no se utilizó un microorganismo, sólo se conoció pero la variación de la agitación para el microorganismo ya que la agitación favorece el mezclado homogéneo y contribuye a mantener el contacto entre el microorganismo y los nutrientes, y este parámetro se debe controlar en base a las RPM requeridas en cada tipo de cultivo.

5. ¿Cómo influye la concentración de inóculo en el proceso de fermentación?

práctica #1


Si un fermentador de producción se inicia con demasiado poco inóculo el crecimiento se retrasa y la velocidad de formación del producto puede ser insatisfactoria, por tanto ha de usarse una concentración adecuada de inóculo y que provenga de un cultivo en fase de crecimiento para que la fase lag sea prácticamente nula.

6. ¿Cómo influye el sustrato limitante en las fases de cinética de formación de biomasa? Explicar cada fase. Fase 1: No se consume el sustrato limitante porque el microorganismo está en su

fase de adaptación. Fase 2: Si se consume el sustrato limitante para la formación de nuevas células, o

sea fase de crecimiento. Fase 3: El sustrato limitante se consume para mantenimiento ya que se encuentra

en la fase estacionaria. Fase 4: El sustrato limitante no se consume porque los microorganismos están en la

fase de muerte y aparte porque el sustrato ya se terminó.

7. ¿Cuáles son las condiciones ideales para el microorganismo empleado de acuerdo a los parámetros que se variaron?Se deben mantener las células uniformemente distribuidas en todo el volumen de cultivo para prevenir sedimentación o flotación por lo que se debe aplicar una agitación constante; la temperatura debe ser homogénea y constantes; se deben minimizar los gradientes de concentración de nutrientes; suministrar oxígeno a una velocidad tal que satisfaga el consumo, y se debe de mantener el cultivo puro por lo que se debe contar con un buen equipo.

8. ¿Cuándo los datos apropiados se representan gráficamente para obtener la curva de desarrollo bacteriano? Explicar las diferentes etapas de fermentación.

O Fase de adaptación: los microorganismos se adaptan a las condiciones de crecimiento. Es el período en el que las bacterias individuales están madurando y no tiene aún la posibilidad de dividirse.

O Fase exponencial: los microorganismos sufren la duplicación celular.O Fase estacionaria: la tasa de crecimiento disminuye como consecuencia del

agotamiento de nutrientes, y la acumulación de productos tóxicos.O Fase de declive o muerte: los microorganismos quedan sin nutrientes y mueren.

9. Dos aplicaciones de la fermentación por lotes en la Industria Bioquímica.

a. Obtención de enzimas. b. Obtención de proteínas.

10.Compárense los métodos para estimar la población bacteriana de acuerdo con: a) aplicaciones prácticas, b) ventajas y c) limitaciones en su uso.

Método de cuenta viable: consiste en la preparación de una serie de diluciones de una muestra en un diluyente apropiado esparciendo una alícuota de una dilución sobre la superficie de un medio de cultivo sólido e incubando la placa de agar bajo condiciones ambientales apropiadas. La dilución debe generar colonias

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separadas, cada colonia puede proceder de una sola célula o de una agrupación (unidad viable), que se contará como una unidad formadora de colonia.

Método peso seco: El peso seco (contenido de sólidos) de las células bacterianas que se encuentran en una suspensión se obtiene por el secado de un volumen en un horno a 105°C hasta peso constante. Esta técnica es útil para grandes volúmenes de muestra, debido a que diferencias del orden de los miligramos representan el peso de un gran número de microorganismos. La desventaja de este método es que componentes volátiles de la célula pueden perderse por el secado y puede existir alguna degradación. También la muestra seca puede recobrar humedad durante el pesado, principalmente si el ambiente tiene una humedad relativa alta.

Método de turbidez: es un método práctico para controlar el crecimiento bacteriano. Cuando las bacterias se multiplican en un medio líquido este se torna turbio o nebuloso por las células. El instrumento utilizado para medir la turbidez es un espectrofotómetro (o colorímetro). En el espectrofotómetro un haz de luz se transmite a través de una suspensión bacteriana a una célula fotoeléctrica. Cuando la cantidad de bacterias aumenta, menos luz alcanza fotoeléctrica. Este cambio de luz se registra en la escala del instrumento como porcentaje de transmisión. Este método no es muy útil para medir la contaminación de líquidos por un número relativamente pequeño de bacterias.

Discusión de resultados.-

El biorreactor con que cuenta la planta piloto de Ing. Bioquímica es sin duda, una excelente herramienta académica para que como estudiantes, aprovechemos este equipo y podamos conocer de manera práctica la obtención de bioproductos.

Este equipo, al ser de dimensiones relativamente pequeñas, cuando posee una capacidad de 5 litros, permite trabajar con bajos costos, tanto de operación, al requerir una fuente pequeña de energía; así como de obtención de productos, al ser de volumen pequeño, y por tanto, trabajar con una capacidad de 3.5 a 4 litros de medio de cultivo, y una muestra pequeña de inóculo.

Sin embargo, se deben tener sumas precauciones en el tiempo en que se esté trabajando con él, ya que la reposición de una de sus partes representa un gasto elevado; además de la responsabilidad que se debe asumir para la toma y análisis de muestras y de esta manera obtener resultados confiables.

Existe una alta probabilidad de que en un futuro trabajemos con un biorreactor; es por ello que debemos ser capaces de hacer funcionar uno de estas dimensiones para que cuando encontremos en industria o investigación seamos capaces de escalar estos procesos.

práctica #1


Conclusiones.-

El conocimiento de las partes y localización de cada punto de medición del biorreactor es fundamental para nosotros como estudiantes porque más adelante realizaremos prácticas para la obtención de productos y medición de cinéticas de ciertos microorganismos. Además es importante conocer las condiciones en que se puede estar trabajando y las variables más importantes que deben ser cuidadas; de ahí la importancia de esta práctica, que aunque es introductoria, estas bases las debemos tener presentes durante la utilización del equipo.

A.L.C.R.

Los procesos de cultivo y propagación requieren un control exhaustivo de las condiciones higiénicas y las variables del proceso. Cualquier agente incontrolado puede suponer la pérdida de las horas, o incluso los días necesarios para obtener un lote de producto y como los procesos de fermentación implican frecuentemente tiempos de fabricación considerables, desde unas pocas horas hasta varios días en función del producto y el lote a procesar, la importancia del conocimiento del funcionamiento de los biorreactores es enorme, pues tendremos que ajustar las condiciones de nuestro tanque de fermentación de acuerdo al proceso que estemos realizando para poder obtener los máximos rendimientos y eficiencias, minimizando pérdidas y riesgos de contaminación.

M.D.R.

En esta práctica fue sobre el conocimiento del equipo y de sus partes lo cual nos permitió llevar a la realidad los dibujos hechos en clase sobre los reactores y ya no imaginarnos cómo funciona sino visualizar en la realidad así permitiéndonos tener un poco mas de conocimiento para realizar la práctica dos en la cual se estará trabajando con un microorganismo y por lo tanto tendremos que tener todo el conocimiento del reactor con el que vamos a trabajar por lo que esta práctica nos ayudó mucho.

A.M.E.M.

La práctica fue interesante puesto que como ahora sabemos un biorreactor es sin duda, uno de los equipos fundamentales de la microbiología industrial. Es un recipiente donde se realiza el cultivo, su diseño debe asegurar un ambiente uniforme y adecuado para la reproducción y el hábitat de los microorganismos. Las tareas que debe desempeñar un biorreactor en conclusión son dos: 1- Mantener las células uniformemente distribuidas en todo el volumen del cultivo a fin de prevenir la sedimentación o la flotación. 2- Mantener constante la temperatura. Es por ello que dicha práctica es de suma importancia puesto que en in futuro es seguro se requerirán los conocimientos obtenidos en ella.

A.I.H.

El reactor biológico resulta de gran importancia para la industria, ya que es en él donde se lleva a cabo la producción de distintos metabolitos primarios que son de gran aplicación industrial, así mismo se pueden obtener metabolitos secundarios resultantes de la fase estacionaria de los microrganismos que al igual de los primarios también tienen una gran importancia industrial como es el caso de los pigmentos. Conocer el reactor resulta básico para nuestra formación como ingenieros Bioquímicos ya que se deben conocer las

práctica #1


condiciones que afectan el crecimiento de los microrganismos presentes así como conocer perfectamente la cinética de los microrganismos para saber que es lo que queremos obtener y como lo vamos a obtener para posteriormente aplicar procesos de separación. No basta con sólo inocular el medio y esperar que todo salga a la perfección, se debe tener un gran control y cuidado en los factores que afectan el crecimiento, se debe consentir al microrganismo para poder obtener un rendimiento mayor en cuanto a la producción del producto deseado.

J.A.M.C

El termino fermentación implica crecimiento microbiologico y de cultivos celulares. Los fermentadores o biorreactores se utilizan para controlar aireación - oxígeno disuelto (Do), dióxido de carbono, pH, temperatura y espuma. Un biorreactor es, pues, un recipiente o sistema que mantiene un ambiente biológicamente activo; en algunos casos, es un recipiente en el que se lleva a cabo un proceso químico que involucra organismos o sustancias bioquímicamente activas derivadas de dichos organismos en un proceso que puede ser aeróbico o anaeróbico. Por tanto, un biorreactor debe asegurar un ambiente uniforme y adecuado para el hábitat y reproducción de los microorganismos, por eso un biorreactor es uno de los equipos fundamentales de la microbiología industrial.

P.S.M.M.

El biorractor es motor de todo proceso biotecnológico pues en él se efectúa la transformación de la materia prima al producto de interés y su operación debe garantizar la maximización en la conversión por lo que su funcionamiento es de gran importancia para la rentabilidad del bioproceso, sobre todo en aquellos catalogados como de “altos volúmenes de producción y bajo valor agregado”. Por tanto, cualquier proceso biotecnológico de nivel industrial tuvo que haber pasado por las siguientes escalas de operación: laboratorio, planta piloto e industrial (en ese orden temporal). Cada escala tiene sus propias características y objetivos, mismos que serán tratados en Ingeniería de Procesos, sin embargo, al hablar de biorractores habrá que hacer la distinción entre tamaños, forma de operación y configuración geométrica.

G.O.A.

El biorreactor puede considerarse como el corazón de todo proceso biotecnológico, ya que en él se lleva a cabo la transformación de la materia prima al producto de interés y su operación deberá garantizar la maximización en la conversión, por lo que su funcionamiento es de vital importancia en la rentabilidad del bioproceso, sobre todo en aquellos catalogados como de altos volúmenes de producción y bajo valor agregado.

A.K.R.M

La visita al área donde se encuentra el fermentador para las practicas de la materia de Ingeniería de Birreactores ha sido para reforzar los conocimientos que hemos adquirido con el paso de los semestres, en esta ocasión fue con mucho mas aporte a nuestro conocimiento ya que la practica como su nombre lo dice se enfoco al conocimiento del fermentador, tanto de su forma operacional como de conocer físicamente por los componentes de este. Así como también se nos explicó la forma en que nosotros trabajaríamos con el fermentador en la siguiente práctica.

M.J.S.E.

práctica #1


Un biorreactor es un equipo que mantiene un ambiente ideal para el desarrollo de un microorganismo para que lleve cabo un proceso en el cual se pueda obtener un producto o crecimiento celular. Los biorreactores suelen ser cilíndricos y según su utilidad son de diferentes capacidades, los pequeños o de laboratorio son de pocos litros generalmente de 1 a 5 litros, los de planta piloto son de 6 a 500 litros y los industriales son de 500 litros en delante. En el biorreactor con el que se cuenta en la planta piloto del ITD se busca mantener las condiciones propicias para que el microorganismo pueda crecer y tiene la capacidad de ser usado tanto en lote, lote alimentado o continuo. Es de vital importancia que nosotros como ingenieros bioquímicos conozcamos las partes y como se utiliza un biorreactor para poder aplicar el conocimiento en materias anteriores, a la obtención de un producto deseado que después pueda ser escalado y producirse a nivel industrial.

C.D.T.L.

Bibliografía

Moorillón Piedra, M. C. (1990). Manual de prácticas para el laboratorio de ingeniería de fermentaciones. Durango, México.

Ruiz-Leza, H. (2007). Diseño de biorreactores para fermentación en medio sólido. Revista mexicana de ingeniería química, 33-34.

Vazquez Gurrola, D. (2007). Presentación de biorreactores diversos. Laboratorio de biorreactores - Manual de prácticas, UPIBI - IPN, 5-6, 10-12.

práctica #1

Documents

Práctica #1 - Conocimiento del biorreactor