¿Cuál es la importancia de la esterilización en biorreactores?

¿Cuál es la importancia de la esterilización en biorreactores?

Previene la descomposición de materiales por microorganismos, y de transmisión de enfermedades.

Evita la contaminación del producto

Elimina la competencia por los nutrientes en un medio de fermentación, permitiendo así el desarrollo de especifico de un solo tipo de microorganismos no deseados.

¿Como se define la esterilización de biorreactores?

Es la eliminación de completa, ya sea por destrucción o por separación, de toda forma de vida de un objeto o material, sumando la perdida de la capacidad de reproducirse. Desde un punto de vista industrial, es suficiente que se verifique la ausencia de crecimiento de ningún tipo de microorganismo después de un ciclo de esterilización.

¿Qué métodos se utilizan para la esterilización en biorreactores?

Calor

Húmedo

Seco

Filtración

Membranas

Radiaciones de alta energía

Luz UV

Microondas

Agentes químicos

Sin embargo a nivel industrial el más utilizado es el calor húmedo. El calor húmedo es el más efectivo que el calor seco, para efectuar la esterilización con calor húmedo es necesaria una fuente de vapor saturado.

Ilustración 1 Perfil de esterilizacion en lote por calor húmedo

¿Qué efectos positivos y negativo puede tener el proceso de esterilización en biorreactores?

Reacciones de oscurecimiento con formación furfural: También conocida como reacción de Maillard, se presenta en medios donde coexistes aminoácidos y azucares, reaccionando los grupos carbonilos de los azucares con los grupos aminos de los aminoácidos. Los productos de estas reacciones son altamente tóxicos para los microrganismos.

Reacciones de precipitación: Se pueden encontrar la interacción de los fosfatos con cationes multivalentes (principalmente con metales), que tienden a formar complejos insolubles que se precipitarán, haciéndolos inaprovechables.

Formación de hidrosulfonatos: Se forman al coexistir azucares con sulfitos, por efecto del calor, los grupos carbonilos de los azucares reaccionan con los radicales sulfitos formando hidrosulfonatos. Disminuyendo la disponibilidad de azucares y aumentando la toxicidad.

Descomposición de material nutritivo: Al someter el medio a calor por un tiempo prolongado se origina la pérdida del valor nutricional por la descomposición de compuestos termolábiles.

Cinética de muerte térmica

La muerte de los microorganismos por calor húmedo sigue una reacción de primer orden, esto quiere decir que la velocidad de muerte térmica es proporcional al numero de individuos presentes, y su expresión matemática es:

dN/dt=-KN

Donde:

N= Número de microorganismos viables.

K= Constante de velocidad de reacción.

Si el proceso se realizara a temperatura constante, al integrar limites definidos quedaría como:

ln⁡〖N_0/N〗=Kt

Ilustración 2 Curvas de muerte típicas de Bacillus stearothermophilus (A) y E. coli (B)

Los estudios han demostrado que le valor de “K” es una función de la temperatura, esta funcionalidad tiene la forma de Arrhenius.

K=A e^((-E_A/RT))

Donde:

A= Constante de Arrhenius para la velocidad de muerte térmica

EA= Energía de activación

R= Constante universal de los gases

T=Temperatura absoluta

La muerte térmica de los microorganismos ocurre en cada una de las etapas en que está constituido el ciclo de esterilización, el cual se diseña para reducir la viabilidad de las esporas originalmente presentes en un determinado material, hasta un nivel aceptable. Con base en lo anterior se define un criterio de diseño (Δ “nabla”) como logaritmo natural de la relación N0/N, que representa el grado de destrucción y la medida

...