Facultad de Ciencias de la Salud Escuela de Farmacia y Bioquímica

Transcripción

1 Facultad de Ciencias de la Salud Escuela de Farmacia y Bioquímica CURSO: CICLO: DOCENTE: INTEGRANTES: Tecnología farmacéutica II IX Q.F. Pomatanta Plasencia Edwin Alayo Linares, Marina Alcantara Diaz, Jhina Crus Chahuarez, Miriam Leon Soco, Jesus Salas Vega, Karla Solano Cruzad,o María Torres Rebaza, Viviana TRUJILLO PERÚ 2013

2 EQUIPOS FERMENTADORES O BIORREACTORES

3 Identificar y describir las caracteristicas de los distintos Equipos Fermentadores o Biorreactores cononciendo el manejo y costo de ellos.

4 FERMENTACIÓN Es un proceso de oxidación incompleto, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones. FERMENTACIÓN EN BIOTECNOLOGÍA Proceso realizado en un fermentador o biorreactor, mediante el cual determinados sustratos que componen el medio de cultivo son transformados por acción microbiana en metabolitos y biomasa Microorganismo Medio Aumenta concentración. Se va modificando Resultado: Formación de nuevos productos como consecuencia del metabolismo.

5 BIORREACTORES. Un birreactor es un recipiente en el que se lleva a cabo un proceso químico que involucra organismos o sustancias bioquímicamente activas derivadas de dichos organismos. puede ser aeróbico o anaeróbico. son comúnmente cilíndricos, variando en tamaño desde algunos mililitros hasta metros cúbicos. Son usualmente fabricados en acero inoxidable. busca mantener ciertas condiciones ambientales propicias (ph, temperatura, concentración de oxígeno, etc.) al organismo o sustancia química que se cultiva.(2)

6 CARACTERISTICAS DE LOS BIORREACTORES 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 Altas velocidades de transferencia de masa, momento y calor, a bajo costo o con economía aceptable. Factibilidad técnica y económica en la construcción de unidades de gran volumen. Bajos costos de operación y mantenimiento. Operación aséptica.(4)

7 FUNCIÓN DEL BIORREACTOR La función principal es de proveer un medio controlado para alcanzar el crecimiento optimo y la formación de productos finales óptimos o cualquiera de ambos, en el sistema celular particular empleado. (1)

8 Las "tareas" que realiza el biorreactor pueden resumirse del siguiente modo: a) Mantener las células uniformemente distribuidas en todo el volumen de cultivo a fin de prevenir la sedimentación o la flotación. b) Mantener constante y homogénea la temperatura. c) Minimizar los gradientes de concentración de nutrientes. d) Suministrar oxígeno a una velocidad tal que satisfaga el consumo. e) El diseño debe ser tal que permita mantener el cultivo puro; una vez que todo el sistema ha sido esterilizado y posteriormente sembrado con el microorganismo deseado (4).

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10 Los bioreactores pueden clasificarse también de la siguiente forma

11 OPERACIÓN DE UN BIORREACTOR 1.- Lote o Discontinuo (Batch). por lotes o tandas, sin alimentación; se coloca dentro del biorreactor la carga total de cada proceso (tanda o lote) de cultivo o fermentación y se dejar que se lleve a cabo el proceso productivo o la fermentación por el tiempo que sea necesario; el cuál se denomina tiempo de retención.

12 Características Generales Permite que se lleve a cabo la incubación en condiciones óptimas de fermentación. A lo largo de toda la fermentación no se añade nada, excepto oxígeno (en forma de aire), un agente antiespumante y ácidos o bases para controlar el ph. La composición del medio de cultivo, la concentración de la biomasa y la concentración de metabolitos cambia generalmente como resultado del metabolismo de las células observándose las cuatro fases típicas de crecimiento: fase de latencia, fase logarítmica, fase estacionaria y fase de muerte.

13 2.- Lote alimentado o Semicontinuo (Feed- Batch). Con alimentación de una línea de entrada o alimentación (F1) para que el sistema de cultivo tenga un producto (biomasa) con máximo de crecimiento (exponencial) y aumente la productividad. CARACTERÍSTICAS GENERALES Todos los sustratos se añaden al principio de la fermentación. los sustratos se añaden escalonadamente a medida que progresa la fermentación. La formación de muchos metabolitos secundarios está sometida a represión catabólica (efecto glucosa).

14 3. Continuo o quimiostato. Se alimenta una línea de entrada F1 o alimentación y se drena una línea de salida F2 o lavado; de manera que los flujos o caudales de ambas líneas sean iguales y la producción sea continua. CARACTERÍSTICAS GENERALES Se establece un sistema abierto No se utilizan de forma general en la industria, debido fundamentalmente al mayor nivel de experiencia que se tiene en el crecimiento de células en fermentación discontinua, el coste de producción de biomasa mediante cultivo continuo es potencialmente inferior al de cultivo discontinuo.

15 TIPOS DE BIORREACTORES Biorreactores de tanque agitado de paletas y con inyección de aire o paletas: Es un reactor tipo tanque agitado que esta dotado con diferentes sensores que permiten realizar un seguimiento en tiempo real de los cambios del fluido debido a los procesos metabólicos de los microorganismos presentes, además de permitir el control en la formación del biofilm con el uso de cupones que se introducen al reactor y luego son analizados con técnicas complementarias como la microscopia de fluorescencia o la microscopia electrónica (2)

16 Distribución homogénea del catalizador : Agitación Agitación mecánica Reactor tipo TANQUE AGITADO Tipo flujo (ideal): flujo en mezcla perfecta Relación altura/diámetro: es < 2 Versátiles: permite cambios, uso multipropósito Los mas empleados CARACTERÍSTICAS GENERALES Es más flexible en las condiciones de operación Es más fácil de conseguir comercialmente Provee una eficiente transferencia de gases a las células y es el tipo con el que se tiene más experiencia. Agitados mecánicamente (tipo de agitadores): consumo relativamente elevado de potencia Otros elementos: bafies deflectores, rompe espumas Aireados (células aerobias): distribuidores de aire Transferencia de calor: serpentines, camisas Tipo de operación: discontinua, semicontinua, continua

17 APLICACIONES O USOS: Es muy empleado, en todas las escalas de producción, en laboratorios de investigación o en la industria de fermentación, pueden utilizarse incluso para la fermentación de reologia compleja y en procesos en los que se exigen altas velocidades de transferencia de masa y de calor. (1) COSTOS. A pesar de su versatilidad, sus costos de construcción, operación y mantenimiento son muy onerosos.(1)

18 BIORREACTOR DEL TIPO «air Lift» Son similares a los reactores de columna de burbujas, pero se diferencian por el hecho de que contienen un tubo de aspiración. El tubo de aspiración es siempre un tubo interior o un tubo externo. La circulación externa si el liquido es inducido a circular por un brazo lateral conectado al cuerpo principal del bioreactor en su parte inferior y superior, mientras que es interna si el liquido circula en forma definida sin salir del cuerpo principal del reactor. (4)

19 Características Generales Fase solida (microorganismo) «disuelta» en fase liquida Células susceptible de daño celular (cel. Superiores) Características de diseño - Distribuidores o inyectores de gas - Elementos mecánicos internos (externos) movimiento del liquido Control por velocidad de transporte de oxigeno. Sistema bifásicos (control película liquida) Diseño: f (flujo en el recipiente) f ( mezcla axial ). Modelo de tres zonas Procesos : cultivo de células superiores (animales y vegetales), tejidos u órganos de células vegetales, tratamiento de aguas Dos zonas (ascendente y descendente) - Diferente densidad: separación gas zona superior - Movimiento liquido ascendente y descendente separados físicamente - Gas es introducido en zona ascendente (5)

20 Aplicaciones o usos: En Procesos : Cultivo de células superiores (animales y vegetales), tejidos u órganos de células vegetales, tratamiento de aguas Los de circulación externa solo se han empleado a nivel experimental, mientras que los de circulación interna se han llegado a utilizar a nivel industrial, generalmente en el tratamiento de aguas residuales (6) Costo : Alto Costo

21 BIORREACTORES EN COLUMNA Este tipo de bioreactores carecen de sistema de transición mecánica para mezclar el caldo de cultivo. El mezclado se realiza por inyección de aire en el liquido desde el fondo del recipiente, al dispersar el aire en burbujas y al ascender causan la turbulencia del liquido. (3)

22 Reactor tipo COLUMNA Agitación Neumática Características Generales. Tipo flujo (ideal): flujo en mezcla perfecta Relación altura /diámetro: es>3 reactores tubulares (COLUMNAS de BURBUJEO) Agitados neumáticamente (gas a presión) Aireados: distribuidores de aire Transferencia de calor: serpentines, cambiador externo Tipo de operación: discontinua, continua Accesorios: recirculación aéreo- elevado (AIR-LIFT) Células susceptibles daño (3)

23 Columna de Curbujeo Flujo Homogéneo Flujo Heterogéneo Régimen de flujo

24 COLUMNA DE BURBUJEO CARACTERÍSTICAS GENERALES Fase solida (microorganismo) «disuelta» en fase liquida Células susceptible de daño celular Microorganismos floculantes (Lecho fluidizado trifásico) Procesos: producción de cerveza, vinagre. Levadura de pan, SCP, aguas residuales Características de diseño - Distribuidores de gas parte inferior de recipiente - Parte superior con mayor diámetro (arrastre) Control por velocidad de transporte de oxigeno. Sistema bifásicos (control película liquida) Diseño: f (flujo en el recipiente) f ( mezcla axial ). Modelo de dos zonas (3)

25 APLICACIONES Y USOS: Generalmente se emplean par fermentación de baja viscosidad COSTOS: Al carecer de partes móviles tanto la construcción, operación y mantenimiento de este tipo de bioreactores son mas económicos que cualquier otro tipo. Quizá el mayor gasto de operación sea el de c0mpresor de aire, en razón de los altos flujos requeridos

26 TIPOS DE BIORREACTORES

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