DISEO DE BIORREACTORES1. BiorreactorRecipiente o sistema que mantiene un ambiente biolgicamente activo. Dentro del biorreactor el proceso qumico puede ser catalizado por enzimas, clulas libres o inmovilizadas. Este proceso puede ser aerbico o anaerbico. Uno de los objetivos del biorreactor es mantener condiciones ptimas y simular condiciones ambientales propias del organismo o sustancia qumica con la cual se trabaja (pH, Temperatura, O2). 2. Clasificacin De acuerdo a sus fases: Homogneos y Heterogneos De acuerdo al metabolismo: El metabolismo define los parmetros y caractersticas operativas biolgicas de diseo y de operacin del biorreactor. Estas caractersticas son las que intervienen en la parte biolgica del sistema y tienen que ver con el crecimiento, productividad y rendimiento del cultivo; por lo que, definen la clasificacin biolgica, procesal del sistema de cultivo. Se clasifica en anaerbico, facultativo y aerbico. De acuerdo al proceso de operacin: En los reactores biolgicos el modo de operacin define el sistema de cultivo que es el mismo y delimita la clasificacin procesal productiva del bioproceso (cultivo). Se clasifica en continuos, semidiscontinuos y discontinuos. De acuerdo a la mezcla: Biorreactor discontinuo de mezcla completa. Biorreactor continuo de mezcla completa. Biorreactor continuo de flujo de pistn. Biorreactor reactores de lecho fluidizado.3. Eleccin del tipo de biorreactor Control de PH y temperatura. Exigencias de suministro o eliminacin de reactores gaseosos. Presencia de partculas slidas deseadas o indeseadas en la alimentacin. Estabilidad qumica y/o biolgica de sustratos y productos. Sustitucin del catalizador. Inhibicin por sustratos y/o productos. Escala de operacin. Destinos del producto.

4. Diseo de biorreactoresPara disear un biorreactor, algunos objetivos tienen que ser definidas. Las decisiones tomadas en el diseo del biorreactor pueden tener un impacto significativo en el rendimiento general del proceso. El conocimiento de la cintica de la reaccin es esencial para la comprensin de cmo un reactor biolgico funciona. Otras reas de ingeniera de Bioprocesos, tales como balances de masa y energa, mezcla, tambin se requiere la transferencia de materia y transmisin de calor. El biorreactor es el corazn de cualquier proceso bioqumico en el que las enzimas, microbiano, mamferos o sistemas de clulas de planta se utilizan para la fabricacin de una amplia gama de utilidad biolgica (productos). El rendimiento de cualquier biorreactor depende de muchas funciones, tales como los enumerados a continuacin:Hay tres grupos de biorreactor actualmente en uso para la produccin industrial: 1. No se agita, el sistema no aireado: alrededor del 70% de los biorreactores estn en esta categora. 2. No agitado, sistema aireado: alrededor del 10% de los biorreactores. 3. Agitado y aireado sistemas: alrededor del 20% de los biorreactores en la operacin industrial.

5. Principios en el diseo de biorreactores5.1. Biorreactor discontinuo de mezcla completa Variacin de forma continua. Constante a travs del reactor Empleo de enzimas solubles Volumen pequeo de produccinDESVENTAJAS Cambios en las condiciones de operacin. Grado de mezcla en reactores a gran escala. 5.2. Biorreactor continuo de mezcla completa. Composicin uniforme. Verstiles y baratos. Facilidad de control de PH, temperatura, etc. DESVENTAJAS Gastos energticos elevados.

5.3. Biorreactor de flujo en pistn. Invariable a lo largo del tiempo. Vara a travs del reactor. Clulas o enzimas libres (inoculacin). Clulas o enzimas inmovilizados.5.4. Biorreactor de lecho fluidizado Fluidizacin De lecho fluido o turbulento. Biocatalizador o en suspensin. Flujo de sustrato. VENTAJAS Buen control de pH, T, gas, etc. Gran rea de interaccin. Facilidad de hacer trabajo en continuo. DESVENTAJAS Tcnica de trabajo cara.6. Generalidades de diseoLo primero que hay que entender en el diseo de reactores biolgicos es que contrario a los qumicos, su cintica no est determinada exclusivamente por la velocidad de reaccin y las variables que la determinan. Aunque se puede describir de manera similar a la qumica, la cintica biolgica tambin depende de caractersticas intrnsecas del organismo o cultivo tales como crecimiento y tasa de divisin celular, as como del tipo de operacin que se lleve a cabo. Por eso, lo primero que se define en el diseo de un biorreactor es el propsito de utilizacin; es decir, qu tipo de cultivo se va utilizar, el modo de operar y/o el proceso de cultivo. El biorreactor sistema de cultivo debe cumplir con los siguientes objetivos: Mantener las clulas uniformemente distribuidas en todo el volumen de cultivo. Mantener constante y homognea la temperatura. Minimizar los gradientes de concentracin de nutrientes. Prevenir la sedimentacin y la floculacin. Permitir la difusin de gases nutrientes a la velocidad requerida por el cultivo. Mantener el cultivo puro. Mantener un ambiente asptico. Maximizar el rendimiento y la produccin. Minimizar el gasto y los costos de produccin. j. Reducir al mximo el tiempo.

Figura 1. Diseos de biorreactores de tanque agitado. (A). Diseo de 1954, tomado de Finn [1], donde las dimensiones tpicas son Z/Dt = 1.0; D/Dt = 0.34; A/D = 0.8 a 1.0; B/D = 1.0 a 1.2; Wb/D = 0.08 a 0.12. (B) Diseo actual de un biorreactor convencional de tanque agitado, donde A y B son el motor y base reductora de velocidad, C y D son la entrada y salida de aire, E es una vlvula by-pass de aire, F el sello de la flecha de agitacin, G,H e I son sistemas de limpieza y mirillas de vidrio, J es el eje del agitador, K es un cortador de espuma, O y L son entrada y salida del agua de enfriamiento del serpentn, M son los deflectores, N serpentn de enfriamiento, P es el impulsor, Q es el aireador, S descarga del medio de cultivo y T es la vlvula de muestreo. El diseo en trminos de dimensiones permanece similar a los diseos previos relacin de dimetros de tanque a impulsor (D/Dt) de 0.3; altura del primer impulsor a base del tanque (A/D) es igual a un dimetro de impulsor; la distancia entre impulsores es igual al dimetro de un impulsor (B/D) y los bafles (Wb/D) de 1/10 a 1/12 del dimetro del tanque.

7. Bibliografa

1. Finn Rk. Agitation-aeration in the laboratory and in industry. Bacteriol Rev 1954 (4):254-74.2. Scragg, Alan (2002). Biotecnologa para ingenieros: Sistemas biolgicos en procesos tecnolgicos. Editorial Limusa. Mxico.