Concepto de Bioreactor

Es una especie de envase cilíndrico, biológicamente activo que se utiliza en la experimentación de reacciones bioquímicas y en el desarrollo de bioprocesos (aeróbicos, anaeróbicos, etc) que involucran el cultivo de microorganismos, enzimas o biocatalizadores, células vegetales o animales, células viables o no viables. Su función principal es conservar las funciones biológicas-físicas del organismo que se está cultivando, manteniendo su ph, temperatura, humedad, concentración de oxígeno y otros elementos en condiciones normales.

Bioreactor

El tamaño de un biorreactor puede variar de milímetros hasta metros cúbicos, se fabrican por lo general en acero inoxidable. Las reacciones bioquímicas se usan en la experimentación y modificación de sustancias biológicas y químicas. Los bioprocesos, son utilizados para la transformación de materia orgánica con la ayuda de un biocatalizador, en análisis químicos y para la transformación de material de desecho a productos de utilidad práctica (reciclaje) o a derivados que no son peligrosos para el ambiente (tratamiento de desechos). La característica más sobresaliente de los bioprocesos, es la capacidad sintética que poseen para llevar a cabo complicadas reacciones químicas en un solo proceso.

¿Cómo se Construye un Reactor Biológico o Bio-reactor?


Antes de diseñar un biorreactor, se debe estar en conocimiento que su sistema móvil o estático (cinética) se determina en base a su velocidad de reacción y a los cambios que la caracterizan. Pero aún así, puede ser descrito de forma similar a la cinética que describe a un reactor químico; la cinética biológica de un reactor, también depende de las características internas del organismo o cultivo como: el crecimiento e índice de segmentación celular, así como también del modelo de procedimiento aplicado. Lo que principalmente se debe deducir durante el proceso de creación de un reactor biológico, es para qué será utilizado; es decir, en qué tipo de cultivo será aprovechado. En tal sentido, el equipo biorreactor- sistema de cultivo debe cumplir con los siguientes objetivos:

  • Lograr que las células se mantengan distribuidas de manera uniforme en el espacio que ocupan dentro del cultivo.
  • Lograr que la temperatura se mantenga constantemente uniforme.
  • Disminuir los gradientes de concentración de las sustancias alimenticias.
  • Prever el depósito de partículas sólidas (sedimentación) y la floculación.
  • Posibilitar la propagación de gases nutrientes con la prontitud requerida por el cultivo.
  • Mantener el cultivo puro.
  • Mantener un ambiente higiénico.
  • Desarrollar al máximo su rendimiento y aprovechamiento.
  • Disminuir el gasto y los costos de elaboración.
  • Minimizar al máximo el tiempo de elaboración.

Clasificación de los reactores biológicos:

  1. Clasificación operativa: se clasifican principalmente en función de su operatividad en: discontinuos, semicontinuos y continuos. Esta es una clasificación que aplica en cualquier reactor; en los reactores biológicos, el modo de operación determina el sistema de cultivo y establece la clasificación productiva del bioproceso (cultivo). Cuando un biorreactor opera en un rango previamente definido: discontinuo, semicontinuo y/o continuo, en el acto queda especificado el modo de cultivo del sistema y se definen las variables, también las cualidades operativas y de diseño que influyen en el proceso productivo del sistema.
  2. Clasificación Biológica: los biorreactores se pueden clasificar biológicamente de acuerdo a la asimilación metabólica del sistema procesal del cultivo que puede ser: anaeróbica, facultativa o aeróbica. Los bioprocesos de cultivo y las distintas fermentaciones, se fundamentan en el conjunto de cambios químicos y biológicos que presentan las células de cultivo. Ese conjunto de cambios definen el conjunto de variables operativas/biológicas de diseño y de producción del biorreactor e influyen en el conjunto de sistemas biológicos y además, tienen mucho que ver con el crecimiento, productividad y rendimiento del cultivo, por lo cual, también definen la clasificación biológica del sistema de cultivo.
  3. Clasificación Biológica-Operativa: las clasificaciones anteriores, dependen una de la otra y afectan de forma importante el diseño final del biorreactor, al unirse, se relacionan las funciones operativas y biológicas para determinar el propósito de utilización, asimismo la forma de cultivo y el bioproceso. Siendo el propósito de su uso, el destino de cultivo del biorreactor y el tipo de cultivo en el que será utilizado; el modo de cultivo es el sistema del mismo y el bioproceso es en sí, todo el proceso de cultivo.

Entre los diferentes tipos de reactores biológicos están: los tanques agitados, columna de burbujeo, biorreactor de circulación, biorreactor de lechos empacados, biorreactor de lechos fluidizados, biorreactor de lechos de goteo, biorreactor de lechos aireados y biorreactor de lechos agitados

Los biorreactores son los vehículos que contienen procesos productivos basados en la biotecnología, que son utilizados tanto en la fabricación de cerveza, como en la de compuestos orgánicos o aminoácidos, antibióticos y vacunas o en procesos de biorremediación. Por tal motivo, se debe diseñar el sistema operativo más apropiado para crear el entorno adecuado que asegure el crecimiento y la actividad metabólica del biocatalizador.