Bioprocesos. Fermentadores para cultivo sumergido

1. Resumen
2. Bioprocesos
3. Fermentadores agitados
   mecánicamente
4. Aplicación de la
   configuración normalizada en fluidos
   Newtonianos
6. Otras
   configuraciones de bioreactores tipo tanque
   agitado
7. Fermentadores
   agitados neumaticamente
8. Referencias

Resumen

Se realiza una revisión  en la literatura consultada 
sobre  bioprocesos y sus etapas  principales y hace
énfasis en las  principales características de
los diferentes tipos de  bioreactores  o
 fermentadores  donde se lleva a cabo  las
bioreacciones  de  la industria
biotecnológica, la aplicación de uno u otro
dependerá de los requerimientos de  cada proceso en
particular.

 Palabras clave: Bioprocesos; 
fermentadores

 1.
Bioprocesos

Se denomina  bioproceso a cualquier
operación  que involucre la transformación en
productos  de  un sustrato
determinado    mediante  los
microorganismos,  los cultivos de células
animales o
vegetales o por materiales
derivados de estos como las enzimas.  Un
bioproceso está compuesto de tres etapas
principales;   la primera etapa  se define como
 la preparación de la materia prima
donde se realizan diferentes operaciones
necesarias para llevar a cabo con éxito
las biotransformaciones, entre esas operaciones se encuentran el
tamizado, la reducción de tamaño, la
hidrólisis y otras operaciones comunes a muchos procesos
industriales, existen también operaciones como la
formulación de los medios de
cultivo  y los proceso de  esterilización, que
resultan  específicas de la industria
biotecnológica;  posteriormente la etapa de la
bioreacción en la cual se producen  las
transformaciones del sustrato para convertirlo en biomasa o en
biomasa más metabolitos primarios o secundarios
 posteriormente se  emplean los  bioreactores o
fermentadores   de diferentes tipos y volúmenes
desde la escala de
laboratorio
hasta la industrial.  Existen muchos tipos de bioreactores
cada uno diseñado de manera que  se pueda adaptar a
las condiciones de operación necesarias para optimizar la
producción del compuesto de interés,
hasta el momento    los más utilizados son
los  reactores  del tipo  tanque agitado y 
los  reactores  de elevación con aire
comúnmente  conocido cono airlift

 Por último la etapa de tratamiento de los
productos de la bioreacción  donde  se 
realizan las operaciones de  separación mecánica,  extracción,
concentración y  purificación del material
deseado.  

2.  Fermentadores
agitados mecánicamente

Los fermentadores aireados más empleados en la
industria, es el tipo tanque agitado,  se logran con los
mismos el 93% (en valor del
producto) de
toda la producción biotecnológica. La
configuración normalizada empleada en los reactores tipo
tanque agitado mecánicamente es la que se muestra en la
figura 1.  La altura del líquido normalmente iguala
el diámetro del tanque y la agitación se suministra
por una turbina de disco de 6 hojas, tipo Rushton, con un
diámetro de 1/3 del diámetro del tanque y colocada
a una distancia a la base del tanque igual a un diámetro
del impelente.  Cuenta además con cuatro deflectores
igualmente espaciados, con un ancho igual a dT/12,
para prevenir la formación de vórtices y el
gas (aire u
oxígeno) se dispersa a través de un
distribuidor de gas (sparger), situado debajo del
impelente, en el eje de la vasija. Este distribuidor en ocasiones
se reduce a una simple tobera, aunque en otros casos se usan
dispositivos más o menos complejos. El uso de la turbina
tipo disco evita que se produzca la canalización del gas
por el eje del impelente y ayuda a lograr una correcta
dispersión del gas en el liquido

Figura  1  Fermentador normalizado tipo tanque
agitado

h Configuración – Tubo cilíndrico con agitador
que se puede colar por debajo de la base o encima de la tapa,
puede ser desmontable el vaso de vidrio para
autoclavear, vaso de acero inoxidable
 se  esteriliza in sito

h Cuenta con sondas para medir pH,
oxígeno disuelto, espuma, temperatura,
 potencial redox.

h Tiene diseñada una camiseta o chaqueta, espaciador de
aire, deflectores, filtros de aire, impelentes, sello
mecánico, motor

hLa capacidad del fermentador se define como: Volumen total del
fermentador + volumen de trabajo +
espacio muerto o libre

3. Aplicación de la
configuración normalizada en fluidos
Newtonianos

La potencia mecánica requerida para la agitación
no gaseada de tanques, se determinan a través de los
gráficos de "Número de Potencia"
versus "Número de Reynolds del impelente" (Figura 
2). El Número de Potencia y  el Número de
Reynolds del impelente se definen, respectivamente,
como 

                       
(1.1)