4. bioprocesos

7/29/2019 4. Bioprocesos

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2. Tecnologa de Bioprocesos


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Operaciones Unitarias


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Preparacin de materia prima

obtencin de producto

Transformacin

Separacin y purificacin

Operaciones

Transferencia de masa

Transferencia de calor

Fenmenos de transporte


Fuerza

impulsora:

Concentracin

Temperatura

Velocidad

Difusin

Flujo de CalorVelocidad


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Cantidad de movimiento

Sedimentacin

Filtracin - Ultrafiltracin

Osmosis inversaMezcla

Centrifugacin

Operaciones de separacin Operaciones de conservacin


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Bioreacciones - fermentacin

MicroorganismosFragmentos de

microorganismos

Sustrato insoluble

residualSubproductos

Fase slida

Fase lquida

Sustrato soluble

residual

Metabolitos inter

medios

Productos

deseados

Otros productos

solubles

Bioreacciones -

fermentacin


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Rompimiento celular

La liberacin de las protenas intracelulares involucra la ruptura o permeabilizacin

de la pared celular.

Mtodos:

Mtodos no Mecnicos

Mtodos Mecnicos

Agentes qumicos

Solventes orgnicos

Detergentes

Alcalis

Agua (shock osmtico)

Enzimticos

Mtodos mecnicos

Friccin

Efecto de la presin

Colisiones.

Bioreactores


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Clasificacin de acuerdo a losflujos de entrada y salida

Lote Batch discontinuo

Continuo

Lote alimentado Fed - Bach

Procesos Fermentativos


Mantener las clulas uniformemente distribuidasen todo el volumen de cultivo.

Mantener constante y homognea la temperatura.

Minimizar los gradientes de concentracinde nutrientes.

Prevenir la sedimentacin y la floculacin.

Permitir la difusin de gases nutrientes a lavelocidad 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.


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Dificultad de controlar el , excepto

variando la composicin del medio o

las condiciones de proceso.

Altas concentraciones de nutrientes

pueden inhibir el crecimiento debido

al aumento de la presin osmtica del

medio o toxicidad de nutrientes .

Tiempos muertos entre procesos

disminuye la productividad.

Batch Se considera un sistema cerrado, paratodo menos para la aireacin

Tiene una cantidad limitada de medio

Se aade todo el substrato al principio

de la fermentacin

Continuo

Fo, Ci

bomba

Fo

rebalse

medio

fresco

Cio

Ci

Sistemas abiertos, continua

adicin del medio.

Volumen del

reactor constante


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Continuo

Reactor de volumenconstante

Sistema de alimentacin demedio y salida de producto.

Tanque estril de medio(entrada y salida)

Control de pH, T, OD(Oxgeno disuelto)

Sistema de aireacin yagitacin.

Desventajas

Contaminacin

Costos de operacin y trabajo bajos. Crecimiento

balanceado. Alta productividad y conversin.

SemiContinuo Fed-Batch

Adicin de sustrato en

intervalos de tiempo

Es un cultivo que se alimenta

con medio fresco, por tanto

el volumen efectivo varia con

el tiempo.


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Bioreactores

Sistema de biorreactor tanque agitado


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A) impulsor de disco con cuatro paletas B) turbina RushtonC) impulsor de paletas inclinadas a 45o

Tipos de impulsores: turbinas de disco (Rushton), de disco de paletas, turbinas abiertas

de distinta inclinacin y propelas. Sin embargo muchas otras geometras existen como los

impulsores en forma de pala, en forma de ancla, los tornillos helicoidales, y otros

Sistema de biorreactor tanque agitado


Propela marina

Propela curva tripala

Propela bipala

Propela turbinaaxial

Propeladispersora


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Agitadores con paleta

Agitadores con ancla

Control : pH, Temperatura,

Oxgeno, agitacin, aireacin

Lote Batch discontinuo

Continuo

Lote alimentado Fed - Bach


Homogeneizacin de la temperatura, pH y

concentracin de nutrientes en el fermentador

Suspensin de los microorganismos y de los

nutrientes slidos


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Aero - elevado

Sistemas

de control


Producto

Separacin

Extraccin

Purificacin


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Instrumentacin

Escalamiento


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Escalamiento

1.Escala de laboratorio:

- Acondicionamiento del proceso, seleccin de cepas

- Estudios bsicos de cinticas de crecimiento

- Seleccin del medio, condiciones de operacin,...

2.Planta piloto

- Optimizacin del proceso

-Estudio de parmetros: flujos, presin, temperatura, agitacin,..

3.Escala industrial

Obtencin de producto a niveles rentables.

Escalado Industrial

Planta piloto

Laboratorio

Escalado de bioprocesos

Efectos de un cambio de escala:

Disminucin del rendimiento

Cambio de cintica

Efecto de la esterilizacin

Efecto del inoculo

Problemas de transporte:

homogenizacin


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Generalidades

Geomtrica Cintica Dinmica Trmica Qumica

Similaridad geomtrica:mantienen una relacin constante

El escalamiento se hace con base a principios de semejanza entre 2 sistemas.

Agitacin


Las variables que caracterizan un proceso

biotecnolgico a escala de laboratorio, no

son las mismas en el escalado.


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Depender de cual es la variable msimportante para el crecimiento del

microorganismo y para la produccin

de producto deseado.

Seleccin del criterio de escalamiento

Tipo de microorganismo

Transferencia de O2


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Escalamiento ascendente

Potencia/volumen P/V

Razn Bombeo F/V

Vel. Tangencial NDi

Reynold NDi2/

Escalamiento descendente

Identificar los mecanismos limitantes que

determinan un bioproceso a gran escala

Los mecanismos limitantes son simulados anivel de laboratorio

Generacin de un modelo y aplicacin


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Fermentador y agitador de turbina de disco con palas

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