Elaborado por: CINTHYA VALESKA CASTRO PÉREZ

Primer cuestionario

1- ¿Qué es un reactor biológico?

Un biorreactor es un recipiente o sistema que mantiene un ambiente biológicamente activo. En algunos casos, un biorreactor es un recipiente en el que se lleva a cabo un proceso químico que involucra organismos o sustancias bioquímicamente activas derivadas de dichos organismos. Este proceso puede ser aeróbico o anaeróbico. Se deben controlar las condiciones de operación para que el proceso sea óptimo.

2- ¿Cuál es la importancia de un reactor bilógico?

Los reactores biológicos tienen gran importancia en el caso del tratamiento de las aguas residuales o para el tratamiento de los lixiviados, puesto que vienen a ser una solución para disminuir la contaminación que existe en el ambiente y además las aguas que provienen de las industrias deben de requerir un tratamiento adecuado antes de ser vertidas, y esto ayuda también a que las aguas puedan ser reutilizadas en algunos casos.

3- ¿Cómo se clasifican las reacciones en un reactor biológico, defina cada una?

Las reacciones en un reactor biológico se clasifican de la siguiente manera:

Clasificación operativa

Esta es una clasificación operativa y se aplica a cualquier reactor, sea químico o biológico (biorreactor). En los reactores biológicos el modo de operación define el sistema de cultivo que es el mismo y delimita la clasificación procesal-productiva del bioproceso (cultivo). Al operar un biorreactor en una determinada categoría (discontinua, semi-continua, continua), automáticamente queda determinado el modo de cultivo del sistema y se definen los parámetros y las características operativas y de diseño que intervienen en el proceso productivo del sistema.

Clasificación biológica

Los sistemas biológicos deben interaccionar con el ambiente externo para poder crecer y desarrollarse; es por eso que los biorreactores se clasifican biológicamente de acuerdo al metabolismo procesal del sistema de cultivo: anaeróbico, facultativo, aeróbico

Clasificación operativa- biológica

Al conjuntarse ambas clasificaciones, se conjuntan también la función operativa y la biológica para establecer entre ambas un propósito de utilización, el modo de cultivo y el bio-proceso. Siendo el propósito de utilización, el destino de cultivo del biorreactor; para qué tipo de cultivo va a ser utilizado el biorreactor; el modo de cultivo es sinónimo de sistema de cultivo y el bio-proceso es en sí, todo el proceso

4- ¿Cuáles son los sistemas biológicos que determinan el metabolismo celular de cultivo?

Los sistemas biológicos que determinan el metabolismo celular de cultivo y el modo procesal-biológico del sistema son:

Células y microorganismos anaeróbicos

Bacterias en su gran mayoría, son microorganismos de metabolismo degradativo (catabólico); generalmente unicelulares, estos microorganismos son autónomos y nutricionalmente independientes (autótrofos)

Células y microorganismos facultativos

Son ambivalentes, tienen la capacidad de vivir o sobrevivir entre ambientes: aeróbico (presencia de oxígeno) y anaeróbico (ausencia de oxígeno); son microorganismos de metabolismo mixto por lo que, pueden tanto degradar (catabolismo) como construir (anabolismo) materia orgánica, a partir de diferentes sustratos (materia prima), tanto orgánicos como inorgánicos. Pese a su versatilidad, sus mayores representantes son microorganismos que presentan relaciones parásitas o simbiontes tales como: hongos y levaduras, por lo que no son muy extensos.

Células y microorganismos aeróbicos

Pertenecen en su mayoría al Reino Eucariota – pero también los hay procariota – son microorganismos y células que respiran (utilizan la glucólisis como forma de respiración celular); por lo que su metabolismo es constructivo (anabólico) y deben obtener sus nutrientes de diferentes fuentes. Sus principales grupos están representados por: bacterias y microorganismos aeróbicos, plantas y animales; cuyas células se puedan cultivar en suspensiones celulares o bien, en diferentes arreglos artificiales o modificadas.

5- ¿Cuáles son los sistemas de cultivos que se pueden realizar y que tipo de biorreactores está asociado a ellos?

A continuación alguna de los posibles sistemas de cultivo que se pueden realizar y el tipo de biorreactor asociado a cada uno:

Cultivos microbianos anaeróbicos - fermentador bacterial (CO2)

Los microorganismos de metabolismo anaeróbico son los más simples de todos, tan solo necesitan de un medio de cultivo adecuado, agitación vigorosa y cierta cantidad de CO2 (dióxido de carbono) disuelto (COD) para crecer y multiplicarse.

Cultivos microbianos facultativos – fermentador bacterial

Los microorganismos facultativos toleran la presencia de oxígeno en bajas concentraciones y además de un sustrato adecuado, sólo requieren agitación moderada y un medio de cultivo para crecer y desarrollarse.

Cultivos microbianos aeróbicos – fermentador bacterial (O2)

Los microorganismos aeróbicos necesariamente requieren la presencia de oxígeno (aire) disuelto (OD) para sobrevivir; además, agitación moderada y un medio de cultivo rico en nutrientes para poder crecer y desarrollarse.

Cultivos celulares aeróbicos y facultativos – fermentador micótico (CO2)

Los cultivos celulares se diferencian de los bacteriales (microbios) en que no son microorganismos procariota, son eucariota. Son microorganismos aeróbicos o facultativos pertenecientes al Reino Fungi (hongos y levaduras), generalmente llamados micóticos, requieren de la presencia de CO2 disuelto en el medio como sustrato limitante de la velocidad de reacción y generan estructuras reproductivas muy particulares.

Cultivos Celulares aeróbicos estrictos – Fermentador con aireación (O2)

El cultivo de microorganismos celulares (no bacteriales) aeróbicos estrictos requiere la presencia de oxígeno disuelto en el medio de cultivo para el metabolismo celular; así como una adecuada agitación.

Células vegetales en suspensión – biorreactor de levantamiento por aire (O2) en régimen turbulento (Re≥3000)

Las células vegetales pueden ser cultivadas en suspensiones celulares: pequeños agregados celulares que se suspenden en el medio de cultivo mediante agitación. Dado que las células vegetales respiran, el diseño del biorreactor debe incorporar una línea de aireación (aire) para suministrar oxígeno disuelto (OD) al medio de cultivo. El diseño debe contar con agitación vigorosa, pues los agregados celulares vegetales tienden a agruparse (clusters) y de alcanzar gran tamaño y peso, precipitarían. Por eso, la operación de este tipo de biorreactores debe ser en régimen turbulento (Re≥3000). Los biorreactores para células vegetales en suspensión generalmente son diseñados con un mecanismo de levantamiento por aire “air lift” que combina una agitación vigorosa (turbulenta) con una adecuada aireación (oxígeno disuelto) del medio de cultivo.

6- ¿Qué explicación química daría usted a la ecuación de Arrhenius?

La ecuación de Arrhenius estudia la velocidad de las reacciones químicas y los mecanismos cuando se produce una reacción, así como la dependencia que tiene la constante de velocidad con la temperatura.

7- ¿Qué es crecimiento bacteriano?

Las bacterias pueden crecer en tamaño como todo ser vivo, pero es muy difícil explicar el crecimiento individual de una célula bacteriana. Por lo tanto, cuando se habla de crecimiento bacteriano normalmente se habla de crecimiento en número (proliferación).

8- ¿Qué efecto tiene la temperatura en el crecimiento bacteriano?

Las bacterias se dividen según el rango de temperatura óptima:

Psicrófilas: 0-25º (les gusta el frío).

Mesófilas: 25-40º (les gustan las tª intermedias).

Termófilas: >40º (extremas: >100º)

Es decir que algunas bacterias trabajan y crecen en un rango de temperatura y si se les somete a una temperatura que no sea adecuada, el proceso en el reactor no será idóneo y se tendrá materia inerte en el reactor que sólo estará ocupando espacio.

9- ¿Qué efecto tiene el pH en el crecimiento bacteriano?

Al igual que la temperatura, el crecimiento de los microorganismos depende también del pH que se tenga, puesto que si se tienen un microorganismo que trabaja en un rango óptimo de pH y no se les brinda estas condiciones, el reactor no va a trabajar adecuadamente y los microorganismos se mueren si no se les da las debidas condiciones.

10- ¿Qué es tiempo de duplicación?

El tiempo de duplicación (también conocido como el tiempo de generación) es el período que requieren las células de una población microbiana para crecer, dividirse, y dar lugar a dos nuevas células por cada una de las que existían anteriormente. El tiempo de duplicación es, aproximadamente, el mismo para todas las células de una determinada población. No cambia hasta que se agotan los nutrientes o comienzan a acumularse los productos metabólicos tóxicos. Cuando las condiciones para el crecimiento se hacen menos favorables, el tiempo de duplicación aumenta antes de que el crecimiento se detenga.