¿Qué es un biorreactor?
Un biorreactor se puede considerar a cualquier recipiente en donde se realicen reacciones biológicas, esto es que microorganismos, células o enzimas tengan alguna actividad.
El biorreactor lo podemos definir como un recipiente en donde queremos trabajar en el crecimiento de microorganismos seleccionados, 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 poder convertirlo en lo que deseamos.
Condiciones necesarias para el funcionamiento de un biorreactor
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.
Control de pH y oxígeno en un biorreactor
Al ser necesario medir y controlar el pH durante el proceso, los biorreactores cuentan con un sensor que evalúa en línea el valor de éste parámetro y si existe alguna modificación en la variable deseada.
Se tienen bombas peristálticas que se activarán para la adición de una solución ácida o alcalina según se requiera y de esta manera, 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 al 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.
Control de temperatura en los biorreactores
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).
Algunos equipos requieren de sistemas externos para calentar y/o enfriar el agua. 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.
Proceso de esterilización en los biorreactores
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.
Ventajas de los biorreactores de Inoximexico
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.
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 serán controladas 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.
Cómo elegir el biorreactor adecuado
La elección del biorreactor está en función del crecimiento del microorganismo y sus necesidades nutricionales, ambientales y fisiológicas, debido a que es importante no realizar procesos que puedan ocasionar daño o incluso la muerte del microorganismo por agitación violenta.
Por esta razón, existen diferentes tipos de biorreactores, agitados, airlift y biorreactores en estado sólido que ayudarán a cumplir un proceso específico y que nos ayudarán con tareas de manera eficiente a partir de las particularidades de cada uno.
