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Modo operativo de un biorreactor

Publicado por Ramón Contreras

Los biorreactores son sistemas de crecimiento de organismos. Pueden ser desde pequeños, con unos pocos litros, a grandes tanques industriales de miles de litros. Puedes leer más sobre algunas de las diferencias principales que tienen diferentes biorreactores en nuestro artículo aquí (próximamente).

Un biorreactor es un sistema aislado, puesto que debe evitarse la contaminación con organismos no deseados. Sin embargo, una vez puesto en funcionamiento un biorreactor la idea es que siga funcionando de forma continuada, las células de su interior en condiciones óptimas seguirán dividiéndose en una tasa de reposición adecuada. No obstante, cuando se construye un biorreactor se pretende también obtener un producto de él. Sea una molécula que sintetizan los organismos o las propias células que crecen en él. Paralelamente a esto los organismos consumen los nutrientes en el medio. Con estas dos ideas parece obvio que debe retirarse parte del contenido del biorreactor, para obtenerse el producto deseado y que a su vez debe introducirse nuevo medio, para que las células del biorreactor no mueran de hambre.

biorreactores o fermentadores de la cervecería "La Cibeles" en Madrid, con capacidad para 30.000 litros

biorreactores o fermentadores de la cervecería «La Cibeles» en Madrid, con capacidad para 30.000 litros

Esto puede hacerse de tres formas o sistemas operativos. Cada modo de operar el biorreactor está asociado, normalmente, con un tipo de cultivo:

1. Operar de forma continua: extrayendo medio del biorreactor del que se obtendrá la molécula deseada y, simultáneamente, introduciendo nuevo medio fresco con nutrientes para que las células del biorreactor sigan produciendo durante todo el tiempo. Este tipo de operación suele asociarse con cultivos industriales bacterianos, que son los de crecimiento más rápido.

2. Operar en batch, o discontinuamente, donde se retira medio en lotes, cada cierto tiempo para dejar que los organismos lleven a cabo su crecimiento y la síntesis de las moléculas deseadas. Este tipo de operativos suelen asociarse con crecimientos de bacterias o levaduras destinados a la alimentación, donde al alcanzar el estado deseado del medio (yogur, cerveza o vino, por ejemplo) se retira todo el medio y se vuelve a iniciar el proceso de nuevo con medio inicial y organismos nuevos.

3. Finalmente el tercer modo de operar un biorreactor es semicontinuo, o fed-bach, en sistemas con crecimiento exponencial puede añadirse alimento en tandas para mejorar el rendimiento del cultivo. Este modo de operar un biorreactor se asocia a sistemas de crecimiento celular animal o vegetal, que son los tipos celulares que tardan más en crecer. En ellos se espera a que las células estén en crecimiento exponencial. Cuando están a punto de saturar el medio se retiran células que van a ser procesadas y se renueva el medio de cultivo, permitiendo la proliferación exponencial continuada del cultivo.

Para acabar es importante nombrar que existen fórmulas matemáticas para conocer el balance de biomasa que se generará dentro de un biorreactor. En ellas se tiene en cuenta, entre otros factores, el volumen del biorreactor, el flujo de entra y de salida del medio de cultivo, la velocidad del flujo y la concentración del componente deseado y su velocidad de formación (ya sea disuelto en el medio, en el interior celular o la propia biomasa generada). Las matemáticas del balance general deben tener en cuenta el flujo de todos los componentes del medio.

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