Biorreactores: Fundamentos, Clasificación y Procesos Biotecnológicos

¿Qué es un Biorreactor?

Un biorreactor es un recipiente o sistema diseñado para mantener un ambiente biológico activo, donde se lleva a cabo un proceso químico mediante el uso de organismos vivos o sustancias bioquímicas. Generalmente, presentan una forma cilíndrica, varían en tamaño y están fabricados en acero inoxidable.

En estos sistemas, se añaden nutrientes y microorganismos a una solución acuosa. Los microorganismos consumen estos nutrientes y generan desechos y metabolitos secundarios, los cuales son posteriormente extraídos y purificados.

Función principal

Proporcionan las condiciones óptimas de crecimiento y metabolismo celular bajo un entorno estrictamente controlado.

Ventajas operativas

• Mejor control de los parámetros del proceso.
• Mayor productividad.
• Mejor reproductibilidad.
• Posibilidad de trabajar en sistemas continuos o discontinuos.

Clasificación según su operación

1. Discontinuo (Batch): No existe flujo de entrada ni de salida; el sistema cuenta únicamente con un agitador.
2. Semicontinuo (Fed-batch): Existe una alimentación continua de nutrientes y, al finalizar el proceso, se extrae la totalidad del producto.
3. Continuo: Durante la reacción química, se mantiene una adición y salida constante de producto.

Aspectos Técnicos del Proceso

Escalado

Es el proceso de transición desde pequeños biorreactores de laboratorio hacia sistemas de gran escala para la producción industrial.

Esterilización

Se garantiza mediante la esterilización de equipos y medios, técnicas de manejo aséptico, filtración de aire y monitoreo continuo.

Suministro de nutrientes

Se realiza a través del medio de cultivo, incorporando fuentes de carbono, nitrógeno, vitaminas y minerales.

Separación de productos

Depende de las características del producto y se realiza mediante filtración, centrifugación (CE), sedimentación, cromatografía o extracción.

Control de Parámetros

• Temperatura (Tº): Afecta directamente al crecimiento microbiano.
• pH: Influye en la velocidad de crecimiento de los microorganismos.
• Oxigenación: Determina si el proceso es aeróbico o anaeróbico.
• Nivel de espuma: Control crítico para evitar el riesgo de contaminación de la fermentación.
• Agitación: Promueve la mezcla del medio de cultivo, asegurando la distribución uniforme de nutrientes y gases. Nota: una agitación excesiva puede provocar la muerte celular.

Tipos de Biorreactores

1. Tanque agitado: Utiliza un agitador mecánico para homogeneizar la disolución.
2. Columna de burbujas: No emplea agitación mecánica; la mezcla se logra mediante la inyección de aire por la parte inferior, lo que ayuda a reducir la temperatura de fermentación.
3. Air Lift: Similar a la columna de burbujas, pero incluye un tubo interno que permite un flujo ascendente y descendente para desgasificar el medio.

Tipos de Fermentación

• Fermentación líquida: Los nutrientes están en estado líquido y los microorganismos se desarrollan flotando libremente en el medio de cultivo.
• Fermentación sólida: Los nutrientes se encuentran en estado sólido y los microorganismos se desarrollan sobre la superficie del sustrato.