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Clase 6: Crecimiento microbiano-Esterilización-Tipos de Biorreactores

Hugo Menzella

Abril de 2014

Procesos Biotecnológicos II

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Crecimiento microbiano

Generación (n) Es el número de divisiones celulares que ocurren en un determinado tiempo en un cultivo microbiano

Velocidad de crecimiento: n vc = t Es el cambio en el número de generaciones por unidad de tiempo

Tiempo de generación Es el tiempo requerido para que a partir de una célula se formen dos, o sea el tiempo requerido para duplicar el número de células de una población

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Representación aritmética y exponencial del crecimiento

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Los factores que intervienen son: - concentración de sustratos - temperatura - pH - actividad de agua - potencial redox,concentrac de oxigeno - presión hidrostática

Factores que afectan a la rapidez de crecimiento

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Formas de medición del crecimiento microbiano

-Peso seco celular

- Absorción

- Peso húmedo

- Volumen

- Número de células

- Mediciones físicas

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Peso seco celular

. Consiste en dejar secar volúmenes conocidos de cultivo celular lentamente hasta que alcancen peso cte. Se mide en g/l En ocasiones para concentrar las células se usa el centrifugado o filtrado según la dificultad. Es el mas usado Desventaja: pueden dar grandes errores en caso de absorción de humedad por las células secas

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Absorción

Consiste en el uso de celdas espectrofotométricas pues las células desvían la luz q llega al detector y esa desviación está relacionada con el nº de células presentes (o también puede relacionarse con la densidad ) en la muestra según la Ley de Beer

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Peso húmedo

Consiste en una centrifugación o filtración seguida del pesado. Este proceso es extrarrápido, hay necesidad de estandarizar el proceso ya que se mide tanto el agua intracelular como el extracelular ocasionando errores considerables.

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Recuento de viables - Filtración por membrana

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Volumen

Consiste en la centrifugación en tubos graduados de tal forma q me permitan determinar el volumen de células empacadas. Es un método bastante inexacto especialmente para pequeños cambios de la población celular

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por cámara de Petroff-Hausser

Muestra de cultivo diluído en cámara de volumen pequeño y conocido (2,5x10-7 ml), recuento de células en numerosos cuadrados de la cámara. Promedio de células contenidas en dicho volumen se expresa por ml de muestra (alto error experimental). Desventaja: no se pueden distinguir células viable y no viables

Recuento de células

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Mediciones físicas

El crecimiento de células origina la generación de calor la cual está relacionada con la concentración de biomasa. Es un proceso rápido y no necesita de muestreo. Se usa para el caso de biorreactores , pues sino las variaciones de calor generado son pequeñas para poder ser mediadas adecuadamente.

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• OBJETIVOS: – Evitar el desarrollo de microorganismos patógenos. – Evitar el desarrollo de microorganismos alterantes. – Incrementar la reproducibilidad del proceso (rendimiento, pureza y

tiempo de producción).

• MÉTODOS DE ESTERILIZACIÓN: – Calor húmedo (autoclave o chorro de vapor). – Calor seco – Radiación ( Rayos X ,UV) – Esterilización química con líquidos o gases. – Filtración (filtros de superficie o de profundidad). – Nuevos métodos ( altas presiones, campos eléctricos)

ESTERILIZACIÓN DE CULTIVOS

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Esterlización

• ¿DONDE SE CONTROLA LA ESTERILIDAD?

– Mantener la pureza del inóculo.

– Esterilizar el medio de cultivo y los aditivos.

– Esterilizar el material en contacto con el medio ( recipiente,

fermentador, válvulas y conductos)

– Esterilizar los gases entrantes y salientes.

– Manterner las condiciones asépticas durante la manipulación.

– Contrucción apropiada del biorreactor para su esterilización y

para la prevención durante la fermentación.

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Costos Producción Plasa

Insumos 1,30 Redimiento de fermentacion (g Enzima/L) 3,00

Staff 0,05 Cantidad de fermentaciones anuales 132,00

Consumibles 0,05 Staff 202.000,00

Capex 0,04 Vol fermentador 30.000,00

Energia 0,01 Costo capital 1.500.000,00Total por litro de fermentación

procesado 1,45amortizacion equipos (años) 10,00

consumibles annual 200.000,00Total por kg formulado idem

competidor USD 14,49 duracion ciclo fermentacion (dias) 2,50

Produccion PLasa annual (kg) 11.880,00

Produccion formulada idem competidor (L) 396.000,00

Toneladas de Aceite que pueden tratarse 1.980.000,00

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TIPOS DE ESTERILIZACIÓN.

ESTERILIZACIÓN DISCONTINUA ESTERILIZACIÓN CONTINUA

T 121ºC 20-30 segundos a 90-120 ºC

30-120 segundos a 140ºC

20-30 segundos refrigeración

Calentamiento por inyección de vapor Calentamiento por inyección de vapor

o intercambiadores de calor o intercambiadores de calor

Alto consumo de energía. Formación de sales insolubles

Alteración y destrucción de nutrientes. Tamaño de la partícula restringida a 1-2 mm

Tiempos de esterilización mayores(2-3h)

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Tipos de Biorreactores

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Biorreactor: - Recipiente en el que se lleva a cabo una transformación

química en la que interviene un biocatalizador. - Utilizado en procesos industriales de producción de medicamentos, enzimas o commodities - Provee un ambiente óptimo para el crecimiento celular y la productividad asegurando el control de distintos

parámetros tales como temperatura, pH, etc.

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El biorreactor ideal debe: - Mantener las células uniformemente distribuidas en el volumen de cultivo. - Mantener constante y homogénea la temperatura. - Minimizar los gradientes de concentración de nutrientes. - Mantener el cultivo puro. - Mantener un ambiente aséptico. - Maximizar el rendimiento y la producción. - Minimizar el gasto y los costos de producción. - Reducir al máximo el tiempo del proceso. 20

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Clasificación de Biorreactores 1- Por su forma y tipo de agitación 2- De acuerdo a las fases: homogeneos o heterogeneos 3- Por el tipo de operación (continuos, semicontinuos, discontinuos) 4- Biorreactores especiales: de estado sólido y foto-biorreactores

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1- Clasificación de biorreactores por su forma y tipo de agitación

Agitación mécanica: utilizan equipos mecánicos Agitación néumatica: utilizan gas a presión

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1- Clasificación de biorreactores por su forma y tipo de agitación: biorreactores de columna

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1- Clasificación de biorreactores por su forma y tipo de agitación Caracteristicas del Air-lift:

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1- Clasificación de biorreactores por su forma y tipo de agitación Biorreactor de tanque agitado - Son los más utilizados - Sistema de agitación mecánica - Agitación continua - Inyección de aire por la parte inferior

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A- Inyección de aire

B- Difusor

C- Eje transmisor

D- Motor

E- Agitadores

F- Controladores

G- Salida gases

H- Entrada

I- Deflectores

J- Rompe-espuma

K- Camisa

L- Salida

Fermentador tipo tanque agitado

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• Sistema de agitación en biorreactores de tanque agitados: – Genera la potencia necesaria para producir una mezcla

perfecta para el sistema de cultivo

– Maximiza la difusión de gases en el líquido y minimiza la producción de esfuerzos cortantes y la presión hidrodinámica local y global, para optimizar los fenómenos

de transferencia de calor y masa.

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Componentes sistema de agitación

Eje de transmisión de potencia Rotor

Motor en pedestal

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2- Clasificación de biorreactores de acuerdo a las fases: - Biorreactores homogeneos: las células (o enzimas) permanecen en suspensión en el medio de cultivo durante todo el proceso. - Biorreactores heterogeneos: las células (o enzimas) están unidas a una fase solida en contacto eco el medio de cultivo.

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2- Clasificación de biorreactores de acuerdo a las fases:

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2- Clasificación de biorreactores de acuerdo a las fases:

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3- Clasificación por el tipo de operación - Proceso continuos - Procesos en batch o discontinuos - Procesos en batch alimentado o semicontinuos

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4- Biorreactores especiales

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