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Los tanques de biorreactor están diseñados para mejorar el crecimiento microbiano y otros cultivos celulares bajo condiciones específicas. Los siguientes son los tipos industriales de tanques de biorreactor:
Biorreactor de tanque agitado
El biorreactor de tanque agitado (STA) tiene un impulsor que homogeneiza el fluido, mejorando la transferencia de oxígeno y sustrato al tiempo que mantiene las células en suspensión. El tanque agitado se desarrolló inicialmente para la industria de la fermentación, pero desde entonces se ha adaptado para diversas aplicaciones. Como resultado, se ha convertido en uno de los diseños de biorreactor más utilizados. Las aplicaciones que utilizan este biorreactor incluyen la producción de antibióticos, cerveza, ácidos orgánicos, enzimas, vitaminas, aminoácidos, levadura y proteína de suero.
Biorreactor de aireación
Los reactores de aireación tienen una columna de recipiente grande. Se bombea aire a través de la base de la columna, creando un flujo ascendente. La circulación de líquido inferior provoca la mezcla y las colonias de células y microorganismos se elevan sin una alta cizallamiento. Esta reacción es buena para las células frágiles. La aplicación es la fermentación, el tratamiento de aguas residuales y la producción de algas.
Biorreactor de lecho fluidizado
Los tanques de biorreactor de lecho fluidizado tienen células inmovilizadas en suspensión. El flujo ascendente de aire o medio hace que las partículas de sustrato se mezclen. Esta mezcla mejora la transferencia de nutrientes. El tanque de biorreactor está hecho de columnas verticales con un distribuidor en la parte inferior. El biorreactor de lecho fluidizado se utiliza para el tratamiento de aguas residuales, la producción de enzimas y el reciclaje del medio en la industria alimentaria y de bebidas.
Biorreactor de membrana
El biorreactor de membrana reacciona a la filtración del producto a través de las membranas. El proceso ocurre mientras las células están inmovilizadas en el sustrato. Las membranas pueden ser tubulares, planas o de herida espiral. Estos tanques de biorreactor se aplican en el tratamiento de aguas residuales, la desalinización del agua y la separación de componentes en la industria alimentaria y de bebidas.
Tanque agitado vs. aireación vs. lecho fluidizado vs. biorreactor de membrana
La siguiente tabla resume las diferencias entre el tanque agitado, la aireación, el lecho fluidizado y el biorreactor de membrana.
Características | Tanque agitado | Aireación | Lecho fluidizado | Membrana |
Mecanismo de mezcla | Impulsor | Flujo ascendente de burbujas de aire | Flujo ascendente de líquido | Filtración tangencial |
Fuerzas de cizallamiento | Alto cizallamiento | Bajo cizallamiento | Bajo cizallamiento | Bajo cizallamiento |
Tipo de crecimiento celular | Cultivo en suspensión | Cultivo en suspensión | Células inmovilizadas | Células inmovilizadas |
Eficiencia de mezcla | Buena | Buena | Excelente | Excelente |
Las especificaciones de un tanque de biorreactor pueden variar según el tipo, como los tanques de biorreactor microbiano o los tanques de biorreactor de mamíferos, y sus aplicaciones. Sin embargo, aquí hay algunas especificaciones comunes junto con sus prácticas de mantenimiento.
Volumen de trabajo
Para biorreactores a pequeña escala, los usuarios deben asegurarse de que el volumen de trabajo se mantenga dentro del rango de operación recomendado para evitar la sequedad o la inundación de líquido. Para biorreactores a gran escala, los usuarios deben monitorear regularmente los niveles de biomasa y metabolitos para determinar el volumen de trabajo óptimo para procesos específicos.
Sistemas de control
Los usuarios deben calibrar rutinariamente los sensores y los componentes de control para mantener parámetros precisos. También deben monitorear el sistema de control para detectar alertas o tendencias anormales e investigar y resolver el problema de inmediato.
Materiales
Los usuarios deben realizar inspecciones periódicas para monitorear el material del tanque de biorreactor en busca de signos de corrosión o degradación. También deben implementar procedimientos de limpieza y desinfección adecuados para mantener la integridad de los materiales. Más importante aún, deben garantizar la compatibilidad del material de los tanques de biorreactor con el medio del proceso.
Sistema de agitación
Los usuarios del biorreactor deben monitorear la velocidad de agitación y ajustarla de acuerdo con las condiciones de proceso óptimas para evitar un estrés de cizallamiento excesivo en las células. Además, también deben equilibrar la carga del motor para evitar sobrecargas. Lo más importante es que deben verificar periódicamente los impulsores en busca de daños y reemplazarlos de inmediato.
Implementación
Los usuarios deben monitorear la presión y la temperatura del biorreactor para garantizar una esterilización adecuada con vapor durante la configuración inicial o el mantenimiento periódico. También deben asegurarse de que todas las conexiones sean herméticas para mantener la integridad del sistema y evitar la contaminación.
Sistemas posteriores
Los usuarios deben verificar todos los filtros y bombas de los tanques de biorreactor para garantizar un funcionamiento correcto. También deben monitorear y controlar el flujo del medio biorreactivo a través del sistema para evitar obstrucciones y garantizar un procesamiento eficiente.
Producción farmacéutica y de vacunas
Los tanques de biorreactor juegan un papel fundamental en la producción a gran escala de compuestos farmacéuticos como anticuerpos monoclonales, proteínas terapéuticas y vacunas. Proporcionan un entorno ideal para el crecimiento y la reproducción de las células vivas que producen estos medicamentos valiosos.
Fermentación de alimentos y bebidas
Los tanques de biorreactor se utilizan ampliamente en la industria alimentaria y de bebidas para los procesos de fermentación. Permiten la producción controlada de productos alimenticios fermentados como yogur, chucrut y masa madre, así como bebidas alcohólicas como cerveza, vino y licores. Los tanques proporcionan las condiciones óptimas para el crecimiento de microorganismos específicos que llevan a cabo la fermentación, lo que lleva a los sabores deseados y a los productos característicos.
Investigación y desarrollo en biotecnología
Además de las aplicaciones industriales, los tanques de biorreactor son herramientas esenciales para la investigación y el desarrollo en el campo de la biotecnología. Se utilizan para cultivar células, tejidos y organismos para una amplia gama de propósitos de investigación, incluida la ingeniería genética, la biología sintética y la biología de sistemas. Los tanques permiten a los científicos manipular y estudiar sistemas biológicos de manera controlada y reproducible, lo que facilita el desarrollo de nuevos productos y procesos biotecnológicos.
Producción de biocombustibles
Los tanques de biorreactor son componentes clave en la producción de biocombustibles, fuentes de energía renovables derivadas de materiales biológicos. Se utilizan para fermentar biomasa, como residuos agrícolas o cultivos energéticos dedicados, en bioetanol o para producir biodiesel a través del cultivo de microalgas. Los tanques proporcionan las condiciones necesarias para el crecimiento microbiano y el metabolismo, lo que permite la conversión de materia orgánica en biocombustibles valiosos.
Los siguientes factores son cruciales al seleccionar tanques de biorreactor para aplicaciones específicas:
Elija el tamaño adecuado para el propósito
El tamaño de los tanques de biorreactor debe coincidir con los requisitos. De esta manera, puede crecer el número deseado de células u organismos. Un biorreactor pequeño puede funcionar para las pruebas iniciales. Sin embargo, se necesitarán tanques más grandes para la producción a gran escala.
Elija materiales adecuados
El material del tanque de biorreactor debe resistir su uso previsto. El acero inoxidable funciona para muchos tipos de biorreactores. Sin embargo, el vidrio es una mejor opción para algunos a pequeña escala. El material seleccionado también debe permitir una fácil limpieza y esterilización.
Preste atención a los controles y sensores
Los tanques de biorreactor requieren varios controles y sensores. Estos dispositivos ayudan a regular y monitorear factores como la temperatura, el pH y el oxígeno disuelto. Al elegir un biorreactor, considere qué tipos de controles y sensores tiene. Asegúrese de que sean capaces de la aplicación prevista.
Piense en el tipo de mezcla que necesita
Los diferentes biorreactores tienen distintos métodos de mezcla. Algunos utilizan tanques agitados mientras que otros aplican tecnologías de aireación o mezcla por vórtice. La selección debe basarse en la aplicación particular y las fuerzas de transferencia de masa y cizallamiento deseadas.
Averigüe sobre el método de esterilización necesario
Según la aplicación precisa, varios tanques de biorreactor requieren diferentes técnicas de esterilización. El autoclave, el vaporizado in situ o la esterilización con un flujo continuo de vapor son algunos ejemplos. Por lo tanto, es necesario estudiar los métodos de esterilización necesarios correspondientes a los distintos biorreactores. Elija un sistema que cumpla con el procedimiento y la eficiencia deseados.
P: ¿Qué tan grandes son los tanques de biorreactor?
R: El tamaño de un tanque de biorreactor depende de su aplicación. Los tanques de biorreactor utilizados en la industria de procesamiento de alimentos varían de 5 m3 a 40 m3. Los tanques de biorreactor industriales en la industria farmacéutica pueden tener hasta 15.000 m3.
P: ¿Un tanque de biorreactor tiene alguna parte que se toque?
R: Un tanque de biorreactor tiene muchas partes que se tocan, que incluyen impulsores, fondo, paredes superior e inferior, tuberías, agitador y separadores, filtros, válvulas, intercambiadores de calor y bombas.
P: ¿Cuáles son los pasos involucrados en el proceso del tanque de biorreactor?
R: El proceso del tanque de biorreactor implica cinco etapas: preparación del medio, esterilización, inoculación, cultivo y separación y purificación.
P: ¿Cuáles son las funciones de un tanque de biorreactor?
R: El tanque de biorreactor gestiona el suministro de nutrientes y gases a las células. También regula la temperatura y la presión dentro del tanque. Además de estas funciones, el tanque de biorreactor también facilita la mezcla y expansión de las células. Protege las células de la contaminación y la agitación celular.