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Sobre fermentador biorreactor

Tipos de biorreactores fermentadores

Un biorreactor fermentador se puede crear o personalizar de acuerdo con la actividad de los microorganismos utilizados, el sustrato para la transformación, el requisito del producto y la escala del proceso requerido.

  • Por proceso

    Los dos tipos principales de biorreactores fermentadores son los biorreactores fermentadores continuos y por lotes. En un fermentador por lotes, todos los ingredientes se añaden simultáneamente y la reacción se produce en condiciones estancadas. Los fermentadores de levadura para el alcohol suelen utilizar procesos por lotes. Un fermentador continuo mantiene un flujo constante de ingredientes y producto dentro del fermentador. Requiere menos asistencia manual que los fermentadores por lotes, lo que podría conducir a una mayor seguridad.

  • Por agitación

    Un biorreactor fermentador agitado mezcla todos los ingredientes para obtener una distribución uniforme del calor, así como de los nutrientes y los microorganismos. Un biorreactor fermentador agitado puede tener sistemas de agitación con turbinas, paletas y otros sistemas según las necesidades del proceso de fermentación particular. Algunos fermentadores agitados tienen una doble camisa que protege los productos fermentados de derrames y otros riesgos de seguridad.

    Un biorreactor de aireación funciona haciendo burbujear aire a través de una rejilla específica que provoca una corriente ascendente del fluido, mezclando los ingredientes fermentativos. El biorreactor fermentador es muy eficiente energéticamente y adecuado para células sensibles a la tensión de cizallamiento. Otra forma de mezclar es utilizando un sistema de bomba de circulación que bombea pequeñas cantidades del medio alrededor del reactor.

    Los biorreactores no agitados no tienen entradas de fuerza externa para mezclar el contenido del biorreactor fermentador. Las bacterias cultivadas crearán su propia presión y crecerán. Los fermentadores no agitados no son muy populares debido a su largo tiempo y desigualdad en la calidad del producto final.

  • Por control ambiental externo

    Un biorreactor abierto mezcla todas las partes del fermentador, pero es vulnerable a la contaminación externa y a la explosión, ya que está presente gas inflamable. El biorreactor cerrado utiliza algunas técnicas para crear microambientes que reducen la influencia externa en las actividades microbianas dentro del fermentador.

  • Por escala y forma

    Generalmente, los biorreactores que se utilizan para procesos de producción a gran escala son cilíndricos, mientras que los que se utilizan para la producción a pequeña escala suelen ser esféricos.

    Los biorreactores fermentadores de gran tamaño son de un solo uso o reutilizables. Los sistemas de un solo uso reducen el riesgo de contaminación, pero el coste puede ser mayor cuando se utilizan para la producción a gran escala. Los biorreactores de reutilización deberán limpiarse y esterilizarse. En la mayoría de los casos, una doble camisa es mejor para la reutilización.

Especificación y mantenimiento

Las especificaciones de los biorreactores fermentadores varían en función del tipo y el modelo. Algunas especificaciones clave incluyen la capacidad, el material, la capacidad de control, la temperatura, el pH y la presión.

  • Capacidad: Este es el volumen de líquido que puede contener el fermentador. Va desde los fermentadores a pequeña escala con una capacidad inferior a 10 litros hasta los fermentadores industriales a gran escala que pueden contener más de 10.000 litros.
  • Materiales: Un biorreactor fermentador está hecho de diferentes materiales, como el vidrio y el acero inoxidable. El acero inoxidable se utiliza para los fermentadores de escala industrial debido a su durabilidad y facilidad de mantenimiento.
  • Factores controlables: Muchos biorreactores fermentadores modernos están fabricados con sistemas de control automático que permiten a los usuarios controlar y monitorizar determinados factores. Entre ellos se incluyen la temperatura, el pH, la presión, el oxígeno disuelto y otros.
  • Temperatura: El biorreactor fermentador debe alcanzar el rango de temperatura adecuado para el crecimiento y la fermentación de los microorganismos. Normalmente oscila entre unos pocos grados Celsius y más de 100 grados Celsius.
  • pH: El biorreactor fermentador puede mantener diferentes valores de pH según los requisitos de los procesos de fermentación. Normalmente oscila entre 2 y 12.
  • Presión: Algunos biorreactores fermentadores necesitan trabajar a alta o baja presión; por lo tanto, necesitan un sistema de control de presión para mantener o cambiar la presión dentro del fermentador. La presión puede llegar a 5 bar o más.

El mantenimiento adecuado de un biorreactor fermentador es importante para su longevidad, rendimiento fiable y la consistencia de los productos creados. Aquí tienes algunos consejos de cuidado y mantenimiento regulares:

  • Limpieza a fondo: Tras la fermentación, el fermentador debe limpiarse a fondo para eliminar los residuos y los contaminantes. Deben utilizarse agentes de limpieza compatibles con los materiales del fermentador, y el procedimiento de limpieza debe seguirse estrictamente para garantizar la eliminación completa y evitar la contaminación.
  • Desinfección: Después de limpiar el fermentador, es necesario desinfectarlo para garantizar la esterilidad del fermentador. Deben utilizarse desinfectantes apropiados, y el procedimiento de desinfección debe seguirse para garantizar la esterilización completa.
  • Mantenimiento rutinario: Para las piezas del fermentador que requieren mantenimiento rutinario, como válvulas, bombas, sensores, etc., es necesario limpiarlas y esterilizarlas según las instrucciones, además de inspeccionar su rendimiento para garantizar que funcionan correctamente.
  • Sistemas de monitorización y control: Los sistemas de monitorización y control del fermentador deben inspeccionarse regularmente para garantizar que los instrumentos y equipos funcionan normalmente. Cualquier problema debe tratarse con prontitud para garantizar la precisión y la estabilidad del control.
  • Conservación adecuada: Cuando no se utiliza durante mucho tiempo, el fermentador debe conservarse adecuadamente según los requisitos para evitar daños o contaminación del fermentador.

Aplicaciones industriales del biorreactor fermentador

El proceso de crecimiento microbiano es facilitado por un biorreactor fermentador en diversas industrias además de la alimentaria. Aquí tienes algunos ejemplos de cómo diversas industrias se benefician de esta pieza de maquinaria.

  • Farmacéutica

    Los biorreactores fermentadores son esenciales para la producción de antibióticos, vacunas, hormonas y otras proteínas terapéuticas. Proporcionan un ambiente controlado para el crecimiento de los microorganismos que producen estos compuestos. Por ejemplo, en la producción de antibióticos, los biorreactores se utilizan para cultivar bacterias que sintetizan antibióticos, que luego se cosechan y purifican para su uso médico.

  • Biocombustible

    Los biorreactores fermentadores desempeñan un papel fundamental en la producción de biocombustibles, como el etanol o el biodiesel. Crean condiciones favorables para la fermentación de carbohidratos o biomasa mediante levaduras o bacterias, lo que lleva a la producción de biocombustibles. La eficiencia de la fermentación se optimiza mediante el diseño y los sistemas de control del biorreactor.

  • Biotecnología/Nutraceúticos

    Los biorreactores fermentadores se utilizan para producir ingredientes activos en el yogur de cultivo probiótico, como antioxidantes, vitaminas y aminoácidos. Los microorganismos se cultivan en biorreactores para sintetizar estos valiosos compuestos, que luego se extraen y se utilizan en diversas aplicaciones, incluyendo suplementos dietéticos y alimentos funcionales.

  • Procesamiento de alimentos

    Los biorreactores fermentadores se utilizan ampliamente en el procesamiento de alimentos para producir productos fermentados como el yogur, el queso, la chucrut y las bebidas fermentadas. Proporcionan una fermentación controlada, asegurando la consistencia de los sabores, las texturas y la calidad de los productos alimenticios finales. Los biorreactores también permiten el desarrollo de nuevos productos alimenticios fermentados con beneficios para la salud.

  • Aplicaciones medioambientales

    Los sistemas de biorreactores basados en la fermentación se utilizan en procesos de tratamiento de residuos para degradar la materia orgánica y eliminar los contaminantes. Los microorganismos se catalizan en biorreactores para descomponer los residuos orgánicos, tratar las aguas residuales y reducir la contaminación ambiental mediante la fermentación. Esto contribuye a la gestión sostenible de los residuos y a la preservación del medio ambiente.

Cómo elegir fermentadores y biorreactores

Directrices para los compradores a la hora de elegir un biorreactor fermentador:

  • Aclarar las necesidades y expectativas:

    Haz una lista de los objetivos, las aplicaciones y los requisitos de producción del biorreactor. Ten en cuenta factores como el tipo de organismo, la complejidad del proceso de fermentación, las necesidades de escalado y las características de control y monitorización deseadas.

  • Tipo de sistema:

    Elige un biorreactor adecuado en función del organismo y el proceso de fermentación. Por ejemplo, selecciona un biorreactor de tanque agitado aireado para cultivar microorganismos aerobios o un biorreactor con características anaerobias para la fermentación anaerobia.

  • Capacidades de escalado:

    Si hay planes de escalado futuro, elige un modelo de biorreactor con una estrategia de escalado probada para que sea más fácil escalar desde la escala de laboratorio a la escala piloto o a la producción a gran escala.

  • Cualidades operativas:

    Ten en cuenta las vías metabólicas y las condiciones de crecimiento de los microorganismos diana al seleccionar un biorreactor. Algunos sistemas pueden ser más adecuados para organismos específicos, como el uso de un biorreactor de flujo continuo para organismos con tasas de crecimiento rápidas.

  • Disponibilidad de soporte técnico y servicios:

    Opta por sistemas de biorreactores que tengan una comunidad de investigación o una red de apoyo comercial sólida. Esto puede proporcionar acceso a valiosos recursos, asistencia para la resolución de problemas y opciones de servicio para el mantenimiento y la reparación del biorreactor.

  • Consideraciones de coste y presupuesto:

    Equilibra las características y el rendimiento del biorreactor deseados con las limitaciones presupuestarias. Explora diferentes proveedores y modelos para encontrar un biorreactor que satisfaga las necesidades de investigación y que proporcione rentabilidad para la aplicación y la escala previstas.

  • Aspectos de seguridad:

    Ten en cuenta las características de seguridad del biorreactor, incluyendo las capacidades de esterilización, los sistemas de contención y los dispositivos de monitorización, para garantizar un funcionamiento seguro y minimizar los riesgos asociados a la manipulación de materiales biológicos.

Preguntas frecuentes sobre el biorreactor fermentador

P1: ¿Cuáles son los componentes vitales de un biorreactor fermentador?

A1: Los componentes críticos de los biorreactores fermentadores incluyen los siguientes:

  • Recipiente: El recipiente proporciona un ambiente para el crecimiento de células o microorganismos. Los recipientes están hechos de materiales como el acero inoxidable o el vidrio que pueden soportar altas temperaturas y presiones.
  • Agitador: El agitador agita la mezcla de fermentación y mantiene la distribución uniforme de los nutrientes, la temperatura y los gases.
  • Sistemas de control: Los sistemas de control pueden controlar con precisión los parámetros del bioproceso, incluyendo la temperatura, el pH, el contenido de oxígeno disuelto, la presión, etc.
  • Sistemas de muestreo y control: Estos sistemas pueden monitorizar y controlar la condición de las mezclas de fermentación y el ambiente dentro del recipiente.

P2: ¿Qué tipos de biorreactores fermentadores existen?

A2: Los biorreactores se pueden clasificar en las dos siguientes categorías en función de diferentes criterios:

  • Según los modos de operación: Según el modo de operación, los biorreactores se pueden dividir en biorreactores continuos, por lotes y semi-continuos. Generalmente, los biorreactores por lotes son más comunes.
  • Según las formas de suministro de oxígeno: Según la forma de proporcionar oxígeno, los biorreactores se pueden dividir en biorreactores agitados y biorreactores agitados permeables.

P3: ¿Qué industrias utilizan biorreactores fermentadores?

A3: Los sistemas de biorreactores fermentadores se utilizan en diversas industrias. En la industria alimentaria, los biorreactores se utilizan para elaborar alimentos y bebidas fermentados, como el yogur, el queso, la cerveza y el vino. La industria farmacéutica utiliza granjas de biorreactores para producir antibióticos, vitaminas, aminoácidos y otros productos farmacéuticos.

La actualización y el desarrollo son muy buscados en la industria agroquímica, y los biorreactores juegan un papel crítico en esto. Los biorreactores se utilizan para producir fertilizantes microbianos, pesticidas y otros productos químicos agrícolas.

Los biorreactores fermentadores también se utilizan ampliamente en la industria de los biocombustibles. Se emplean para producir biocombustibles como el etanol, el butanol, el biodiesel y el biodiesel a partir de biomasa renovable.

En la industria medioambiental, los biorreactores se utilizan en los procesos de tratamiento de aguas residuales y purificación del aire.

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