Biorreactores: Tipos y FuncionamientoDr. Carlos E. Villanueva Aguilar

Funcionamiento La función principal de un biorreactor es la de proveer un medio controlado para alcanzar el crecimiento y la

formación de productos óptimos.

Su funcionamiento depende básicamente de:o La concentración de biomasa.o Mantenimiento de condiciones estériles.o Agitación efectiva.o Eliminación de calor.o Creación de las condiciones correctas de corte.

Tipos Se utilizan tres grupos de biorreactores en la industria.

o No agitados sin aireación 86%. o No agitados con aireación 11%. o Agitados con aireación 13%

Biorreactor de tanque con agitación mecánica.

Biorreactor de columna de burbujas.

Biorreactor de elevación con aire.

Biorreactor de lecho empaquetado.

Biorreactores de lechos fluidizados.

Biorreactores con lecho de goteo.

Biorreactor de tanque con agitación mecánica.

Es el más utilizado en la industria por tener bajos costos de operación. Son de acero inoxidable >20 l. Poseen rodetes (agitadores). Se utilizan solo al 70-80% de su capacidad para dar espacio a espuma. La relación altura y diámetro es variable aunque la más barata es de 1. El enfriamiento se da por medio de serpentines internos. Se utilizan en reacciones con enzimas libres e inmovilizadas así como para cultivo de células en

suspensión e inmovilizadas. Imagen

Biorreactor de columna de burbujas.

La agitación, aireación y mezcla se logran por medio de inyección de gas con un difusor. Son cilíndricos con alturas dobles al diámetro. No presentan estructuras internas. Son baratos, no tienen partes móviles y tiene un adecuado rendimiento en la transferencia de

materia y transmisión de calor. Se utilizan para la producción de levadura, cerveza, vinagre y tratamiento de aguas residuales.

Imagen

Biorreactor de elevación con aire.

Su rasgo característico es que las corrientes de flujo (ascendente y descendente) líquido están separadas.

El gas se inyecta por el riser y baja a través del down comer por diferencia de densidad. Hay reactores de bucle interno y bucle externo (es el más efectivo). Se utilizan en producción de proteína unicelular a partir de metanol y gasoil, cultivo de células,

tratamiento de aguas. Relación altura-diámetro 10:1 Imagen

Biorreactor de lecho empaquetado.

Se utilizan con biocatalizadores inmovilizados o en forma de partículas. Son tubos verticales rellenos empaquetados con partículas de catalizador. El medio se alimenta por la parte superior o inferior y se recircula. Tienen pantallas a la salida para evitar la salida de partículas. La agitación y aereamiento se hace en un recipiente separado. Se utilizan con células y enzimas inmovilizadas para producir el espartato y fumarato. Imagen

Biorreactores de lechos fluidizados.

Los catalizadores empaquetados se mantienen en suspensión por el movimiento ascendente del líquido impulsado por gas.

El medio es recirculado. Se utiliza en el tratamiento de residuos con arena o material similar que soporta las mezclas de

poblaciones microbianas. También pueden utilizarse con organismos floculantes en la fabricación de cerveza y vinagre.

Es una modificación del biorreactor del lecho empaquetado. Imagen

Biorreactores con lecho de goteo.

El líquido se rocía como spray sobre la parte superior del empaquetamiento y las gotas descienden a través del lecho en forma de pequeñas corrientes.

El aire o gas se introduce por la base y sube con facilidad ya que la fase líquida no es continúa a través de la columna.

Se utilizan para tratamiento aerobio de aguas residuales. Es una modificación del biorreactor de lecho empaquetado. Imagen

Bibliografía

Doran, P. (1998) Bioprocess Engineering Principles. Academic Press Limited. London.

Scragg, A. (ed). (1996). Biotecnología para ingenieros. Sistemas biológicos en procesos tecnológicos. Editorial Limusa S.A. De C.V. México.