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Biorreactores

Acercamiento a los biorreactores

Cuando hablamos de biorreactores lo primero que se nos viene a la mente es que es un equipo complejo que sirve para la generación de productos biotecnológicos. Sin embargo, no es así. Un biorreactor se puede considerar a cualquier recipiente en donde se realicen reacciones biológicas, esto es que, microorganismos, células o enzimas realicen alguna actividad. Esto quiere decir que si yo dejo en un vaso un poco de café con azúcar y después de varios días vi que creció un hongo el vaso ¿Se volvió un biorreactor? Así es, si hay crecimiento de un microorganismo, célula o se realiza alguna reacción biológica se puede considerar que ese recipiente es un biorreactor. Sin embargo, es posible observar que en el vaso de café creció un hongo que no sabemos que especie es, ni tampoco si produce algún producto que deseamos generar. Entonces ¿Qué es un biorreactor? Un biorreactor lo podemos definir como un recipiente en donde queremos realizar el crecimiento de microorganismos seleccionado, células o enzimas que conocemos y que sabemos generan un producto deseado. De acuerdo con la definición es necesario conocer previamente el microorganismo, célula o enzima, así como, su metabolismo y los compuestos que producen y sus necesidades nutricionales y ambientales para producir lo que deseamos. Entonces observamos que en un biorreactor es necesario agregar todos los nutrientes y las condiciones de temperatura, pH, aireación y agitación que los microorganismos necesitan para crecer y generar los productos deseados. Sin embargo, para garantizar que solo los microorganismos adicionados sean los únicos que crezcan, es necesario esterilizar el biorreactor para que todo microorganismo no deseado sea eliminado del equipo y al momento de agregar nuestro microorganismo (inocular), sea el único presente y tenga un buen crecimiento, asegurando la calidad de nuestros productos y costos de proceso. Al ser necesario medir y controlar el pH durante el proceso, los biorreactores cuentan con un sensor de pH que evalúa en línea el valor del pH y si existe alguna modificación del pH deseado, se tienen bombas peristálticas que se activan para la adición de una solución ácida o alcalina según se requiera y ajustar el pH en los valores deseados. Para el caso del oxígeno, también se tiene un sensor que mide el contenido de oxígeno disuelto en el medio de cultivo. Si baja el contenido de oxígeno disuelto es necesario incrementarlo y se tienen dos opciones, la primera incrementando la velocidad de agitación y la segunda aumentando el volumen de aire adicionado el biorreactor. Sin embargo, es necesario considerar que la agitación puede causar estrés a los microorganismos (estrés de cizalla), lo cual puede provocar inhibición y/o muerte del microorganismo. Así que es necesario conocer la agitación máxima que soporta el microorganismo y evitar estos problemas de proceso. Otro sensor fundamental en los biorreactores es la temperatura. Los biorreactores cuentan con varios sensores de temperatura e incluso con válvulas de seguridad para garantizar las temperaturas adecuadas en los procesos. El principal sensor de temperatura es el que se encuentra directamente en el tanque, ya que señala cual es la temperatura del medio de cultivo. Es importante saber que el sensor sea capaz de medir por lo menos hasta 130oC, debido a que durante la esterilización se llega a temperaturas de 121oC. Ya durante el proceso de crecimiento y producción por parte de los microorganismos, las temperaturas son cercanas a la temperatura ambiente generalmente (entre 10 y 40oC). para controlar la temperatura en este caso hay biorreactores que cuentan con sistemas de enfriamiento y calentamiento incluidos. Algunos otros, requiere de sistemas externos para calentar y/o enfriar el agua para el control de temperatura. De cualquier forma es preferible que el control de la temperatura sea automático y evitar que por variaciones de la temperatura se tengan problemas en el crecimiento de los microorganismos y/o en la producción de metabolitos. La esterilización es otra actividad que se debe hacer en los biorreactores. Los biorreactores a nivel laboratorio normalmente se esterilizan en un autoclave. Es necesario que el biorreactor tenga todas las conexiones necesarias incluyendo si es posible las mangueras y frascos para la adición de soluciones que controlen el pH del proceso y al final ponerlo en el autoclave bajo las condiciones de esterilización que van desde 12oC de temperatura y 1.5 kg/cm2 de presión. En un biorreactor a nivel piloto o industrial, se necesita un sistema de calentamiento que garantice llegar también a la temperatura y presión mencionadas. Biorreactores piloto pueden llevar una resistencia térmica que puede estar en contacto directo con el medio de cultivo o de forma externa situada en la chaqueta y calentar una solución (principalmente aceites) para garantizar que suba a las condiciones deseadas de esterilización. Biorreactores más grandes normalmente requieren de vapor que se hace circular por una chaqueta. El vapor es producido por una caldera externa que garantice el volumen de vapor necesario para lograr la esterilización del biorreactor en el tiempo deseado. Como podemos observar un biorreactor por tanto está diseñado para el crecimiento de microorganismos y producción de metabolitos, garantizando esterilidad y condiciones de operación como agitación, pH, temperatura y oxígeno disuelto deseados. Todas estas variables normalmente son controladas automáticamente por un sistema de control y actuadores que permiten la apertura de válvulas automáticas, bombas alimentadoras, motores de agitación etc. que permitan lograr en tiempo real las condiciones de operación deseadas en cada proceso. Los biorreactores de Inoximexico cuentan con el diseño más moderno e ideal para garantizar que todas y cada una de las variables de control y medición se realicen en tiempo real con un sistema automático que permite la comunicación entre el operador y el equipo garantizando que cada una de las variables será controlada bajo las especificaciones del usuario. La información del proceso podrá ser recuperada de forma sencilla y amigable para el procesamiento de la información que la empresa requiera. Es posible observar en tiempo real las gráficas de temperatura, pH, O2 disuelto y agitación en la pantalla de control y monitoreo.

 

 

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