miércoles, 11 de junio de 2008

Diseño del Fermentador




SISTEMAS DE FERMENTACION

la fermentación puede llevarse a cabo mediante procesos discontinuos, discontinuos alimentados a intervalos o continuos, a por variación de estos procesos. Los cultivos discontinuos pueden considerarse como un sistema cerrado, excepto por la aireación, que contiene una cantidad limitada de medio, en el que inoculado pasa a través de un número de fases.
En el proceso discontinuo todo el sustrato se añade al comienzo de la fermentación, en los procesos discontinuos el sustrato se añade a intervalos a lo largo del proceso.
Lo sistemas discontinuos alimentados a intervalos o continuos, se utilizan en la mayoría de los procesos de fermentación industriales; la principal desventaja de de las fermentaciones discontinuas cuando se utilizan para la producción de productos asociados al crecimiento, es que la formación eficiente del producto tiene lugar durante una fracción del ciclo de fermentación.
Los sistemas continuos con volúmenes de salida de productos elevados pueden ser, en consecuencia, mucho mas eficaces en determinadas aplicaciones en términos de productividad del fermentador (volumen de producción por unidad de volumen por unidad de tiempo, kgm-3 h-1). Las fermentaciones continuas pueden considerarse como un sistema abierto en que el medio se va añadiendo continuamente al biorreactor y se va eliminando simultáneamente igual volumen de medio fermentado. Existen dos tipos principales de reactores continuos, los reactores de mezcla completa y los de flujo pistón.
En un cultivo discontinuo, la concentración de biomasa por unidad de tiempo ( t ) es :

x-XR=Y(SR-s)

Donde x= concentración celular en el tiempo t
XR =inoculo o concentración celular inicial
Y=rendimiento para el substrato limitante ( g de biomasa por g de substrato consumido)
s=concentración de substrato en el tiempo t
SR=concentración inicial del medio

Por tanto
Y=x-XR/SR-s


La cantidad de biomasa alcanzada en la fase estacionaria depende teóricamente de la concentración inicial del substrato limitante del crecimiento y de la eficacia del organismo para convertir el substrato en materia celular. Por tanto suponiendo que el substrato limitante del crecimiento sea S = 0 en la fase estacionaria

Y=x-XR/SR

En un reactor continuo de mezcla completa en una sola etapa, la adición de substrato a una velocidad adecuada combinada con la eliminación a una velocidad volumétrica igual de medio de cultivo del recipiente produce un estado estacionario en el que la formación de biomasa esta en equilibrio con la perdida de células. en estas condiciones :

(a) La velocidad de crecimiento especifico (u)viene controlada por la velocidad de dilución (D) puesto que u = D

(b) La concentración de substrato en estado estacionario , /s en quimostrato viene determinada por la velocidad de dilución , según la ecuación :

/s=KsD/umax -D

Si las cinéticas siguen en el modelo de monod y D (C) La concentración de biomasa en el estado estacionario , /x viene determinada por las variables operacionales SR y D , según la ecuación :



/x=Y[SR- KsD/umax-D]










DISEÑO DEL FERMENTADOR

la función principal de un fermentador es la de proporcionar un medio ambiente controlado que permita el crecimiento eficaz de las células y la formación del producto. El fermentador típico moderno de laboratorio se ha diseñado como una unidad sofisticada con las características y la instrumentación necesarias para llevar a cabo una gran variedad de procesos de fermentación, a la hora de discutir de los fermentadores piloto, están hechos específicamente para unos procesos y lograr una mayor eficacia, en consecuencia tiene características especificas para un proceso de producción en particular.

Condiciones para operar en medio aséptico

muchos biorreactores tiene que trabajar en condiciones asépticas utilizando un inoculo puro del microorganismo y excluyendo los organismos contaminantes; por consiguiente, el biorreactor, al igual que la red de tuberías asociadas, ha sido diseñado como un recipiente a presión de tal forma que tanto el sistema como el medio que contenga puede esterilizarse a la temperatura /presión adecuadas, un mínimo de



121° C/15 así durante 15-30 minutos. Las válvulas utilizadas en las secciones esterilizables deben ser utilizadas en condiciones asépticas. Las válvulas de estrangulamiento y las de diafragma son particularmente adecuadas, puesto que su mecanismo de operación esta separado del medio líquido o gaseoso por un tubo o un diafragma flexible. Los puntos de entrada al recipiente y el proceso para añadir y eliminar gases o líquidos al/del reactor durante la fermentación también deben estar diseñados de forma que mantengan las condiciones asépticas.



No todos los procesos de fermentación necesitan condiciones totalmente estériles; en algunos se reduce simplemente su contaminación por pasterización, mientras que otros dependen realmente de la población microbiana natural, por lo que el diseño del reactor y del equipo necesarios para cada proceso deben simplificarse de acuerdo con esto.