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Sobre fermentador y biorreactor

Tipos de fermentador y biorreactor

Un fermentador y biorreactor es una unidad de procesamiento químico diseñada para crear condiciones adecuadas para el crecimiento microbiano durante la fermentación. En general, los fermentadores son los reactores específicos en los que se lleva a cabo la fermentación, mientras que los biorreactores son sistemas más complejos que pueden controlar parámetros distintos a la temperatura y la presión.

  • Tanque agitado: Los fermentadores/biorreactores de tanque agitado son los tipos más comunes, especialmente para aplicaciones industriales. Se trata de un tanque cilíndrico con un dispositivo de agitación para mezclar el cultivo. La agitación promueve el intercambio de gases y mantiene las células suspendidas en el líquido. Una ventaja de los fermentadores/biorreactores de tanque agitado es que el dispositivo es fácil de operar y adecuado para diversos procesos de fermentación.
  • Agitado probablemente: El fermentador/biorreactor tiene una estructura similar a un tanque agitado, pero el cultivo se agita mediante paletas. Los fermentadores/biorreactores agitados por paletas se utilizan normalmente para manipular líquidos de cultivo de alta viscosidad o líquidos con una gran cantidad de materia suspendida.
  • Aire-elevación: Los fermentadores/biorreactores de aire-elevación utilizan bombas de aire para elevar el líquido del cultivo y lograr la circulación del líquido. Este tipo de método de circulación de líquido puede aumentar el oxígeno disuelto en el líquido del cultivo, promover el crecimiento de los microorganismos y ser adecuado para las fermentaciones bifásicas sólido-líquido.
  • Tornillo: Como su nombre indica, los fermentadores/biorreactores de tipo tornillo adoptan un diseño de tornillo helicoidal específico para agitar el cultivo. Puede proporcionar una buena fuerza de cizallamiento, que puede promover el crecimiento de los microorganismos y la transferencia de masa entre líquidos, sólidos y gases.
  • Amortiguador: El fermentador/biorreactor de amortiguador es un reactor de flujo ascendente con un lecho fijo. Utiliza el punto neutro de los materiales de soporte para formar un ambiente de reacción bioquímica con una base sólida y una base sólida activa. Tiene las ventajas de alta biomasa, buena distribución del tiempo de retención, alto coeficiente de transferencia de masa y gran estabilidad de temperatura y pH.

Especificaciones y mantenimiento

La capacidad de un fermentador y biorreactor puede variar ampliamente en función de su aplicación, diseño y escala industrial. Pueden ir desde pequeñas unidades de dos litros hasta sistemas a gran escala con miles de litros de capacidad. Los tamaños y capacidades típicas para diferentes industrias pueden ser los siguientes:

  • Los fermentadores y biorreactores a escala de laboratorio suelen tener capacidades que oscilan entre 2 y 20 litros. Los sistemas utilizados para la investigación y el desarrollo son pequeños y fáciles de manejar por una o dos personas.
  • Los fermentadores y biorreactores a escala piloto son unidades de tamaño medio que suelen tener capacidades de 50 a 2.000 litros. Se utilizan normalmente para ensayos a escala piloto antes de pasar a la producción a gran escala. Los fermentadores y biorreactores de esta escala generalmente tienen características de control y monitorización más avanzadas que los sistemas más pequeños a escala de laboratorio.
  • Los fermentadores y biorreactores a escala industrial son sistemas grandes con capacidades que pueden variar de 5.000 litros a 100.000 litros o más. Se utilizan en procesos de producción a gran escala como la fabricación de antibióticos, vacunas, hormonas y otros productos de origen biológico. Los fermentadores y biorreactores industriales están diseñados para funcionar de forma continua y cuentan con características robustas para el control automatizado y la monitorización multiplexada.

Algunos aspectos importantes del fermentador y el biorreactor que requieren atención son los siguientes:

  • Las superficies interiores, que incluyen paredes, techo, suelos y cualquier otra área expuesta, deben limpiarse y desinfectarse a fondo para eliminar el riesgo de contaminación microbiana.
  • Las superficies que se tocan normalmente deben desinfectarse con frecuencia para garantizar la seguridad de todas las personas que participan en el proceso.
  • Las unidades de filtrado de aire deben limpiarse y sus filtros deben cambiarse según sea necesario para eliminar cualquier partícula o contaminante que pueda dañar la salud del trabajador o la eficiencia del equipo.
  • Las bombas y válvulas del biorreactor probablemente tengan partes móviles que están expuestas al agua y al aire, por lo que deben inspeccionarse periódicamente para evitar fugas y garantizar un funcionamiento fluido.
  • Todos los componentes electrónicos y sensores utilizados para controlar la temperatura y la presión dentro del sistema del biorreactor deben inspeccionarse a intervalos regulares para optimizar sus funciones y calibrarse para garantizar la precisión. Esto también puede incluir diagnósticos del sistema y actualizaciones de software para mantener la seguridad del sistema.

Aplicaciones del fermentador y biorreactor

Los biorreactores y fermentadores se utilizan en múltiples campos. En el sector farmacéutico, los biorreactores con controles y monitores específicos se utilizan para cultivar células y producir medicamentos. Los productos de biorreactores medicinales incluyen vacunas, anticuerpos, hormonas y más. La industria alimentaria utiliza fermentadores para crear alimentos y bebidas y llevar a cabo la fermentación. Los fermentadores ayudan a producir yogur, queso, pan, cerveza y vino, entre otras cosas. Los soportes para fermentadores lácteos, por ejemplo, son utilizados por empresas de fabricación de queso y yogur a gran y pequeña escala.

Los biorreactores también se utilizan en la agricultura para producir fertilizantes. Los fermentadores ayudan a crear fertilizantes orgánicos como el vermicompost y el fertilizante líquido de algas marinas mediante la fermentación microbiana. Además, las instalaciones de tratamiento de residuos utilizan biorreactores. Tratan las aguas residuales descomponiendo la materia orgánica utilizando fermentadores para la digestión anaerobia. Mediante este método, los fermentadores reducen la cantidad de residuos sólidos producidos y procesan los efluentes.

Además, los biorreactores se utilizan en la industria textil para el bio-desgaste y el bio-desencolado. Los fermentadores ayudan a que las fibras textiles significativas como el algodón y el cáñamo se procesen más fácilmente mediante microorganismos. El desgaste y el encolado basados en biorreactores eliminan las impurezas y aumentan la calidad y la trabajabilidad de la fibra.

Los fermentadores también se utilizan para producir biocombustible. Los biorreactores se emplean para la fermentación a gran escala para fabricar etanol, biodiesel y otras fuentes de energía renovables utilizando biomasa como sustrato.

En general, los usos de los biorreactores y fermentadores se superponen. Ambos también se utilizan comúnmente en institutos de investigación y universidades para fines educativos y experimentales.

Cómo elegir un fermentador y biorreactor

Al elegir un fermentador o biorreactor a la venta, los compradores deben observar diversas características y especificaciones para garantizar que obtienen solo aquellos que satisfacen las necesidades de una amplia gama de aplicaciones en diferentes industrias.

En primer lugar, los compradores deben considerar la escala de sus industrias y la capacidad de los fermentadores y biorreactores. Deben observar parámetros como el volumen, que oscila entre unos pocos mililitros y miles de litros, y deben hacer coincidir la escala a la que crecerán los organismos con los requisitos de sus procesos en sus industrias.

En segundo lugar, el tipo de agitador del sistema es otro factor importante que los compradores deben considerar. Deben observar la cantidad de fuerza de cizallamiento necesaria para diferentes tipos de células y los procesos que desean utilizar, para poder elegir métodos de mezcla adecuados, como los impulsores, las correas agitadas y los motores de engranajes con mezcladores hidráulicos. También deben considerar otros factores como la eficiencia energética y la facilidad de limpieza.

En tercer lugar, los compradores deben considerar los factores que afectan el resultado de los procesos de fermentación y cultivo celular, como la regulación de la temperatura, el control del pH, las tasas de transferencia de oxígeno y la alimentación de nutrientes. Deben elegir unidades con sistemas de control y monitorización precisos que puedan garantizar la reproducibilidad y la fiabilidad de sus resultados.

En cuarto lugar, los compradores deben considerar la facilidad con la que se pueden limpiar y esterilizar los fermentadores y biorreactores. Deben buscar modelos que tengan características como piezas extraíbles y sellos herméticos al vapor, así como aquellos que tengan barreras microbianas eficaces, para poder prevenir la contaminación y mantener la calidad del producto durante sus procesos industriales.

Por último, los compradores deben considerar la facilidad con la que se puede integrar el fermentador o biorreactor con otros sistemas como el procesamiento posterior y los equipos analíticos, así como sus capacidades de intercambio de datos. También deben asegurarse de que las unidades que desean comprar puedan cumplir con diferentes tipos de requisitos reglamentarios, por ejemplo, los necesarios en la industria farmacéutica, y deben comprobar la documentación y el soporte de validación necesarios para sus aplicaciones.

Preguntas y respuestas

P1: ¿Cuáles son las principales diferencias entre los fermentadores y los biorreactores?

A1: Las principales diferencias entre los fermentadores y los biorreactores radican en la complejidad, el control y la aplicación. Normalmente, los fermentadores son recipientes más simples que tienen unos pocos controles para la temperatura, el pH y la presión. Por el contrario, los biorreactores son sistemas complejos con diferentes controles automáticos y estrategias, como la alimentación de nutrientes, el pH, la temperatura, la presión, la aireación y la retención celular. Los biorreactores son adecuados para procesos más complejos, mientras que los fermentadores están diseñados para aplicaciones de fermentación básicas.

P2: ¿Cuáles son las tendencias en los mercados de fermentadores y biorreactores?

A2: Los mercados se enfrentan a algunas tendencias. La demanda de unidades a pequeña escala está aumentando, lo que las hace adecuadas para fines educativos o estudios piloto. Además, los dispositivos automáticos con sistemas de control y registro de células son populares. Además, los dispositivos que pueden conectarse a la red inteligente también están en demanda. Estos sistemas de conexión pueden proporcionar análisis de datos en tiempo real y monitorización remota. Las tendencias combinadas proporcionarán resultados más precisos y fiables. Por último, aumentará la necesidad de productos ecológicos.

P3: ¿Cuáles son algunas perspectivas futuras de los fermentadores y biorreactores?

A3: La ciencia del método de estudio y la tecnología están desarrollándose rápidamente, lo que ofrecerá dispositivos y soluciones más avanzados para los fermentadores y biorreactores. Además, la necesidad combinada de productos fermentados y cultivo celular promoverá la innovación y el progreso de los dispositivos. Al mismo tiempo, el estándar de calidad de los dispositivos se volverá más alto y estricto, lo que elevará la demanda del mercado de productos que cumplan con los estándares.