Tecnológico de Monterrey

Campus Estado de México

Laboratorio de

Bioprocesos

Práctica I

Armado y Uso de Biorreactores de Laboratorio

Mario Alfonso Arenas García A01162581

Dr. César García Díaz

2014

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1. Discusión

1.1 Diagrama de Flujo

Inspeccionar que estén

todos los elementos del

biorreactor y que no

presente(n) algún defecto

visible.

En la placa superior, empezar a introducir los

elementos que solo se pueden poner por el

interior. Siendo:

Bafles

Tubo hueco para toma de muestra

Punto de entrada del sensor de nivel

El ‘termo pozo’ para el sensor de

temperatura

Los tapones

Posteriormente, se pone la placa

sobre el reactor de vidrio y se

empieza a sellar usando las tuercas.

Se realiza a mano y se ajustan dos

tuercas que sean opuestas.

Posteriormente, se pone la placa

sobre el reactor de vidrio y se

empieza a sellar usando las tuercas.

Se realiza a mano y se ajustan dos

tuercas que sean opuestas.

Introducir los elementos que solo se

pueden poner por el exterior. Siendo:

Intercambiador de calor

Condensador de aire

Sensor de O2 y pH

‘Septum holder’ y entrada

triple

Botella para toma de muestra

con agarrador

El potenciómetro siempre se pone

hasta el final ya que es muy sensible

(hecho de vidrio) y se calibra

previamente, antes de poner en

autoclave.

Poner todo el sistema dentro de la

autoclave y realizar una

esterilización con calor húmedo.

Meter también alguno de los tubos

de alimentación y el filtro.

Retirar de la autoclave, calibrar

sensores de temperatura y O2.

Conectar sensor de nivel y tubos de

alimentación. *

Ingresar el eje con su motor y

terminar conexión con la consola.

Finalmente, configurar la consola con

factores predeterminados para el uso

del reactor.

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1.2 Puntos Críticos del Ensamblaje

Todos los elementos del reactor son puestos a mano y no se requiere del uso de

herramientas, con la única excepción de poner los bafles ya que se puede usar un

desarmador de paleta para poder ajustarlo. Se aprieta pero tampoco al grado de dificultar

su desajuste.

El potenciómetro siempre es el último componente en poner en el biorreactor y el primero

en retirar, esto se debe a que es en esencia un electrodo de vidrio y es muy frágil; por lo

que al mover los otros elementos del sistema le podría pasar algo al potenciómetro.

Para poder mover el biorreactor, siempre es necesario utilizar ambas manos (nunca una);

de preferencia agarrarlo hacia el pecho y tener un firme agarre sobre él.

Al realizar la esterilización, siempre se hace con calor húmedo; ya que realizar una

esterilización con calor seco puede manchar el acero inoxidable. Aunque no perjudica

gravemente el sistema, esto no deja una apariencia agradable y por otro lado puede

reducir la vida del biorreactor.

Cuando se ponen los tubos de alimentación, es necesario tener la consola prendida. De

lo contrario, para poder ponerlos con la bomba peristáltica, se puede forzar los engranes.

1.3 Uso de Reactores de Laboratorio

En una investigación realizada por Kim, Lee y colaboradores por parte del Instituto Coreano

Avanzado de Ciencia y Tecnología; se empleó el uso de un biorreactor con una capacidad de

2.5 litros, equipado con tres bafles y dos turbinas de disco con seis paletas cada una. (Kim, Lee,

et al; 1993)

La finalidad era poder observar cuales eran los efectos de un control de concentración de

glucosa para poder producir concentraciones elevadas de poli(3-ácido hidroxibutírico) en un

proceso de tipo lote alimentado utilizando el microorganismo Ralstonia eutropha. (Kim, Lee, et

al; 1993)

Asimismo, se tienen que controlar las siguientes condiciones dentro del sistema (Kim, Lee,

et al; 1993):

Temperatura constante a 34°C

pH a 6.8, controlado empleando una solución de HCl normal de 2 N y una solución de 5

N de una mezcla 1:1 de NaOH y KOH

Se mantuvo una concentración de oxígeno disuelto a una saturación del 20%, ingresando

el gas a una velocidad de 1.5 L/min

Agitación de 100 rpm

Concentración de solución de glucosa de 700 g/L

Es importante destacar que para poder inducir la producción de PHB por parte de la bacteria,

se tiene que alcanzar una concentración crítica de masa celular para que posteriormente se deje

de suministrar una fuente de nitrógeno, al eliminar este sustrato, se induce una ruta metabólica

distinta y se produce PHB.

De esto, se encontró que tener concentraciones elevadas de glucosa en el sistema podía

generar una concentración de biomasa de 120 g/L o de hasta 160 g/L. Esta diferencia, a su vez,

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radica por el cambio de punto para limitar la alimentación de nitrógeno (de 30 g/L de

concentración celular hasta 70 g/L). La concentración de glucosa estaba dentro de un valor de

entre 10-20 g/L en todo momento. (Kim, Lee, et al; 1993)

El diagrama de flujo se podría esquematizar de la siguiente manera:

2. Conclusión

Los biorreactores de escala chica (2-20 litros) tienen la principal función de poder investigar más

sobre el proceso que se desea establecer, permitiendo obtener parámetros de operación óptimos

para realizarlo, entender a mayor profundidad lo que está ocurriendo con la reacción al igual que

poder observar problemas con el bioproceso si es que los hay.

Lo previo, a su vez, permite evitar hacer errores graves que podrían perjudicar la inversión

de lo que potencialmente podría ser una planta piloto o alguna operación de escala industrial.

Aunque no implica que sea una inversión baja; se puede utilizar múltiples veces para establecer

una variedad de procesos; y la cantidad de modificaciones puede ser relativamente baja; siempre

y cuando se utilice un sistema semejante.

Se realiza el medio ‘semilla’ en

un matraz de 250 ml a 30°C

por un periodo de entre 1-2

días a un pH de 6.8. El medio

fue previamente inoculado.

De este medio, se usan 100 ml

para poder inocular el

biorreactor de 2.5 L, el cual

está a un volumen inicial de

800 ml.

Se mantiene un control del pH a 6.8, a

una temperatura de 34°C con una

agitación de 1000 RPM. La

concentración de glucosa se mantiene

entre 10 - 20 g/L a todo momento. Las

mediciones se realizan por lo menos

cada 10 minutos.

Al alcanzar una concentración

celular de 30 g/L, se deja de

suministrar amoniaco (fuente

nitrógeno) con la finalidad de

inducir la producción de PHB.

Se mantiene el patrón de

crecimiento y la generación de

PHB hasta alcanzar un pico de

concentración (cercano a 120 g/L

o 160 g/L).

Reportar patrones de

crecimiento, ‘yield’ y relación P/X.

Determinar los efectos (si los

hay) por parte de la

concentración de glucosa.

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Fuentes de Información

Kim, B. S.; Lee, S. C.; Lee, S. Y.; Chang, H. N.; Chang, Y. K. y Woo, S. I. (1993). “Production of

Poly(3-Hydroxybutyric Acid) by Fed-Batch Culture of Alcaligenes eutrophus with Glucose

Concentration Control.” Biotechnology and Bioengineering – Wiley Online. Obtenido el 30 de

octubre de 2013 de:

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/bit.260430908/abstract;jsessionid=5D5071136E3BD7

8F2F8AAC610357F483.f03t02