Reactores Bioquimicos

Biorreactor: Aparato o sistema que contiene un ambiente biológicamente activo. En el ocurren reacciones bioquímicas gracias a la acción de microorganismos (muchas reacciones) o enzimas (pocas reacciones).

Todas las transformaciones biológicas se realizan en presencia de agua, los biocatalizadores trabajan a T moderadas (10-60°C) y a P atmosférica. Las únicas formas de vida capaces de vivir sobre los 65 ° C son las procariontes. Los cambios de tipo genético pueden mejorar las propiedades de una bacteria.

La fermentación es un proceso mediante el cual los microorganismos obtienen E, son sin consumo de oxígeno (Anaeróbico).

Metabolismo, es la suma de procesos físicos y químicos que ocurren en la célula mediante el cual esta obtiene E para realizar tareas, automantenerse y reproducirse. Puede ser:

• Catabolismo: Reacciones de degradación de moléculas complejas, de naturaleza oxidativa, son reacciones exérgonicas (Liberan E). Por ejemplo la respiración celular.
• Anabólicas: Reacciones de síntesis de moléculas complejas, de naturaleza reductiva, son reacciones endergónicas (Absorben E). Por ejemplo la síntesis de proteínas.

Microorganismo de interés industrial debe:

• Ser normalmente un cultivo puro
• Reproducirse en condiciones de laboratorio y de la planta industrial
• Crecer rápidamente
• Usar un medio de cultivo asequible y barato
• Entregar el producto deseado en el menor t y de la forma más directa
• Susceptible a la manipulación genética

Las enzimas son proteínas biológicamente activas, de estructura molecular compleja, tienen presencia de un sitio activo (llave-cerradura); su actividad depende directamente de las condiciones ambientales. Su actividad se mide como la velocidad de aparición de producto o desaparición de sustrato; la actividad decrece con el t. De fuente animal, vegetal o microbiana.

Crecimiento microbiano: Se origina a partir del consumo de sustratos que suministran E y materia prima para el metabolismo, las bacterias se reproducen por división (2n). El t de duplicación es entre 20 minutos a varios días.

Existen diferentes métodos para cuantificar el crecimiento como el recuento en celda (conteo N° células), recuento en placa (conteo N° colonias), peso seco (medición directa), nefelometría (dispersión de la luz) o turbidimetría (transmisión de la luz).

Fases del crecimiento microbiano

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Los rendimientos se encargan de relacionar el crecimiento de biomasa con el consumo de sustrato o la producción de producto. Dependen de la fuente de C utilizada y de las condiciones, pueden variar a lo largo del proceso. Su valor puede ser mayor a 1, no poseen máximo.

La cantidad de sustrato total es la suma de:

• Sustrato utilizado para crecimiento
• Sustrato utilizado para mantención de viabilidad celular
• Sustrato utilizado para producción de metabolitos extracelulares (Productos)

Para casos de metabolismo aerobio se utiliza en el rendimiento un f entre 0,5 y 0,6 mientras que para el metabolismo anaerobio se utiliza un f de 0,1.

Los rendimientos teóricos pueden ser calculados a través de datos experimentales.

Las cinéticas de crecimiento pueden ser inhibidas por producto o por sustrato; además puede existir crecimiento con más de un sustrato. En el caso de microorganismos aerobios existe doble limitación que sería el sustrato y el oxígeno.

Tipos de metabolitos:

• Tipo l: Asociado al crecimiento, la formación está asociada al consumo de sustrato. Por ejemplo la fermentación alcohólica.
• Tipo ll: Parcialmente asociado al crecimiento, la formación depende indirectamente del consumo de sustrato. Por ejemplo producción de ácido cítrico.
• Tipo lll: No asociado al crecimiento, la formación no está asociada al consumo de sustrato. Por ejemplo formación de metabolitos secundarios como antibióticos.

Medios de cultivo:

• Todos los nutrientes requeridos para el crecimiento celular deben ser proporcionados por el medio de cultivo. Por ejemplo (C, H, O, N, Mg, S, entre otros).
• La fuente de E se obtiene del catabolismo de la fuente de C.
• La fuente de C: Para heterótrofos es CO2 y para autótrofos carbonato o bicarbonato.
• La fuente de N: Amonio, aminoácidos, proteínas, nitrato, etc.

Para cultivar un microorganismo se deben conocer sus demandas nutritivas, su capacidad asimilativa, sus requerimientos ambientales, sus inhibidores y sus activadores. Primero diseñamos un medio de cultivo, se establece una estrategia de alimentación y luego se escoge o se diseña un recipiente para la reacción.

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