BIORREACTOR CURSO : Biotecnología SECCIÓN : “A”

BIORREACTOR

CURSO : Biotecnología

SECCIÓN : “A”

DOCENTE : MILNER ALVARO PONCE POZO

INTEGRANTES : BONILLA ESPINOZA, Kely

DEL CASTILLO TALENAS, Sandra.

GARAY ZEVALLOS, Marissa Peggy

ROJAS CUSQUI, Giancarlo.

HUÁNUCO - PERÚ

2015

ÍNDICE

ÍNDICE 2

I. INTRODUCCIÓN 5

II. OBJETIVOS 6

2.1. GENERAL 6

2.2. EXPECÍFICOS 6

III. CAPÍTULO I: BIORREACTORES 7

3.1. DEFINICIÓN. 7

3.2. BIOPROCESOS TÍPICOS 8

3.2.1. TRATAMIENTO ANAERÓBICO DE LA MATERIA ORGÁNICA 8

3.2.2. NITRIFICACIÓN EN PROCESOS DE LODOS ACTIVADOS 9

3.2.3. LA FERMENTACIÓN LÁCTICA 9

3.2.4. CRECIMIENTO DE LEVADURAS 9

3.3. PARÁMETROS CINÉTICOS 10

3.3.1. TEMPERATURA 11

3.3.2. pH 11

3.3.3. OXÍGENO DISUELTO 12

3.4. CLASIFICACIÓN. 13

3.4.1. DE ACUERDO A SUS FASES. 13

3.4.2. DE ACUERDO AL METABOLISMO (CLASIFICACIÓN BIOLÓGICA). 13

3.4.3. DE ACUERDO A SU PROCESO DE OPERACIÓN. 13

3.4.4. DE ACUERDO A LA MEZCLA. 14

3.5. ELECCIÓN DEL TIPO DE REACTOR. 14

3.6. DISEÑO DE BIORREACTORES. 14

3.6.1. PRINCIPIOS EN EL DISEÑO DE BIORREACTORES. 15

3.7. CULTIVOS Y FERMENTACIONES. 18

3.8. CINÉTICA DE CRECIMIENTO 19

3.8.1. VELOCIDAD DE REACCIÓN ENZIMÁTICA 20

3.8.2. VELOCIDAD DE REACCIÓN BIOLÓGICA (REACCIÓN ÚNICA) -MODELO DE MONOD (1942) 21

3.8.3. VELOCIDAD DE REACCIÓN BIOLÓGICA –REACCIONES MÚLTIPLES 23

3.9. TIPOS DE CULTIVO 24

3.9.1. CÉLULAS Y MICROORGANISMOS ANAERÓBICOS. 24

3.9.2. CÉLULAS Y MICROORGANISMOS FACULTATIVOS. 24

3.9.3. CÉLULAS Y MICROORGANISMOS AERÓBICOS. 24

3.10. BIORREACTORES Y TIPOS DE CULTIVO 25

3.10.1. CÉLULAS Y MICROORGANISMOS ANAERÓBICOS. 25

3.10.2. CÉLULAS Y MICROORGANISMOS FACULTATIVOS. 25

3.10.3. CÉLULAS Y MICROORGANISMOS AERÓBICOS. 25

3.11. TIPOS DE CULTIVO QUE SE PUEDEN REALIZAR: 26

3.11.1. CULTIVOS MICROBIANOS ANAERÓBICOS – FERMENTADOR BACTERIAL (CO2). 26

3.11.2. CULTIVOS MICROBIANOS FACULTATIVOS – FERMENTADOR BACTERIAL. 26

3.11.3. CULTIVOS MICROBIANOS AERÓBICOS – FERMENTADOR BACTERIAL (O2). 26

3.11.4. CULTIVOS CELULARES AERÓBICOS Y FACULTATIVOS – FERMENTADOR MICÓTICO (CO2). 26

3.11.5. CULTIVOS CELULARES AERÓBICOS ESTRICTOS – FERMENTADOR CON AIREACIÓN (O2). 26

3.11.6. CÉLULAS VEGETALES EN SUSPENSIÓN – BIORREACTOR DE ELEVAMIENTO POR AIRE (O2) EN RÉGIMEN TURBULENTO (Re ≥ 3000). 26

3.11.7. PROTOPLASTOS VEGETALES – BIORREACTOR DE LEVATAMIENTO POR AIRE (O2) EN RÉGIMEN LAMINAR (Re ≤ 2300). 27

3.11.8. CÉLULAS ANIMALES – BIORREACTOR DE LECHO FLUIDIZADO (O2). 27

3.11.9. CÉLULAS INMOBILIZADAS – BIORREACTOR DE FIBRA HUECA (O2). 27

3.11.10. CÉLULAS EMPAQUETADAS – BIORREACTOR DE LECHO EMPACADO (O2). 28

3.11.11. CULTIVOS ENZIMÁTICOS – REACTORES DE LECHO CATALÍTICO. 28

3.12. TIPOS DE CULTIVOS. 29

3.12.1. CULTIVOS MICROBIANOS ANAERÓBICOS – FERMENTADOR BACTERIAL (CO2). 29

3.12.2. CULTIVOS MICROBIANOS FACULTATIVOS – FERMENTADOR BACTERIAL. 29

3.12.3. CULTIVOS MICROBIANOS AERÓBICOS – FERMENTADOR BACTERIAL (O2). 29

3.12.4. CULTIVOS CELULARES AERÓBICOS Y FACULTATIVOS – FERMENTADOR MICÓTICO (CO2). 29

3.12.5. CULTIVOS CELULARES AERÓBICOS ESTRICTOS – FERMENTADOR CON AIREACIÓN (O2). 29

3.12.6. CÉLULAS VEGETALES EN SUSPENSIÓN – BIORREACTOR DE ELEVAMIENTO POR AIRE (O2) EN RÉGIMEN TURBULENTO (Re ≥ 3000). 29

3.12.7. PROTOPLASTOS VEGETALES – BIORREACTOR DE LEVATAMIENTO POR AIRE (O2) EN RÉGIMEN LAMINAR (Re ≤ 2300). 30

3.12.8. CÉLULAS ANIMALES – BIORREACTOR DE LECHO FLUIDIZADO (O2). 30

3.12.9. CÉLULAS INMOBILIZADAS – BIORREACTOR DE FIBRA HUECA (O2). 30

3.12.10. CÉLULAS EMPAQUETADAS – BIORREACTOR DE LECHO EMPACADO (O2). 31

3.12.11. CULTIVOS ENZIMÁTICOS – REACTORES DE LECHO CATALÍTICO. 31

3.13. MODO DE OPERACIÓN Y SISTEMAS DE CULTIVO. 32

3.13.1. DISCONTINUO (batch). 32

3.13.2. SEMICONTINUO (Fed – batch). 32

3.13.3. CONTINUO. 32

3.14. APLICACIONES DE BIORREACTOR 32

3.14.1. APLICACIONES DE BIORRECTORES EN LA INDUSTRIA 32

3.14.2. APLICACIONES DEL BIORREACTOR EN AGUAS RESIDUALES 34

3.14.3. APLICACIONES DEL BIORREACTOR EN USO DOMESTICO 38

IV. CONCLUSIONES 39

V. RECOMENDACIONES 39

VI. BIBLIOGRAFÍA 40

INTRODUCCIÓN

El desarrollo industrial es uno de los pilares indispensables para el crecimiento social – económico de una población. Sin embargo, tras su crecimiento sin precedentes trajo consigo la acumulación de residuos sólidos y efluentes que generan un impacto nuevo por solucionar. La presencia de compuestos xenobióticos, bifenoles policlorados (PCB), nitrogenados y plaguicidas, por ejemplo, son resistentes a la biodegradación, planteándose nuevas teorías para su manejo y cuidado que eviten el contacto con el ambiente. Por lo tanto para ello se busca nuevas alternativas de biorremediación; y haciendo uso de la biotecnología, se plantea alternativas de solución tal como el biorreactor o reactor biológico, cuya función principal es de buscar la producción y crecimiento de cultivos vivos de microorganismos para el tratamiento de efluentes.

El objetivo principal es de investigar e informar sobre los biorreactores para la aplicación y uso en tratamiento de efluentes con compuestos resistente a la biodegradación.

La monografía se divide de la siguiente manera: El capítulo I, en ella se explica detalladamente la información recopilada y resumida de las fuentes bibliográficas; para luego analizar y concluir. Para la ejecución de la monografía se utilizó el método teórico, basándose en el análisis de fuentes bibliográficas y virtuales; tales como sitios web, archivos en pdf y diversos videos que ejemplifican su elaboración.

Para la realización del trabajo se tuvo las siguientes dificultades, la escasa información a partir de un libro específico de Biotecnología, y la poca coordinación por parte de los integrantes.

La monografía es netamente de recopilación informativa, por lo tanto puede ser modificada con propósito educativo. 

OBJETIVOS

GENERAL

Investigar e informar los tipos, diseños, formulación y aplicaciones existentes de biorreactores para luego interactuar con el tema dado y poder transmitir lo comprendido.

EXPECÍFICOS

Analizar cuál es su aplicación en el medio ambiente.

Dar a conocer bioprocesos más eficientes desde un punto de vista ambiental.

Aplicar los conocimientos adquiridos en el tema tratado para el transcurso de nuestra formación profesional.

Estudiar los modos o tipos de bioreactores comúnmente utilizados.

CAPÍTULO I: BIORREACTORES

DEFINICIÓN.

Es un recipiente o sistema que mantiene un ambiente biológicamente activo. En algunos casos, un biorreactor es un recipiente en el que se lleva a cabo un proceso químico que involucra organismos o sustancias bioquímicamente activas derivadas de dichos organismos, se lleva a cabo una reacción catalizada por enzimas o células, libres o inmovilizadas. Este proceso puede ser aeróbico o anaeróbico. Estos biorreactores son comúnmente cilíndricos, variando en tamaño desde algunos mililitros hasta metros cúbicos y son usualmente fabricados en acero inoxidable.

El biorreactor es el centro de todo proceso biotecnológico. El diseño y análisis del comportamiento de un biorreactor dependen del conocimiento de la cinética de las reacciones biológicas y de los balances del conocimiento de la cinética de las reacciones biológicas y de los balances de materia y energía. En la práctica, esta metodología se hace muy compleja debido a la naturaleza de la catálisis biológica y del caldo de fermentación, los cuales puede tener propiedades que varían con el tiempo y presentar patrones cinéticos y de flujo muy complejos. Además, los procesos de las transferencias de masa y calor añaden complejidad al problema.

El biorreactor busca mantener ciertas condiciones ambientales propias (PH, temperatura, concentración de oxígeno) al organismo o sustancia química que se cultiva. En función de los flujos de entrada y salida, la operación de un biorreactor puede ser de tres puntos distintos:

LOTE, MODO DISCONTINUO O BATCH: El crecimiento de microorganismos en batch se refiere a que las células se cultivan en un recipiente con una concentración inicial, sin que esta sea alterada por nutrientes adicionales o el lavado, por lo que el volumen permanece constante y sólo las condiciones ambientales del medio (pH, temperatura, la velocidad de agitación, etc.) son controladas por el operador. El proceso finaliza cuando todo el substrato es consumido por la biomasa. Esta forma de cultivo es simple y se utiliza extensamente tanto en el laboratorio como a escala industrial.

LOTE ALIMENTADO, MODO SEMICONTINUO O FED – BATCH: En un cultivo semicontinuo o fred – batch, los nutrientes son alimentados al biorreactor de forma continua o semicontinua, mientras que no hay efluente en el sistema. Según sea el objetivo de la operación, la adición intermitente del sustrato mejora la productividad de la fermentación manteniendo baja la concentración del substrato. Un proceso de este tipo esta restringido

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