Reactores Biológicos: Lechos Fluidizados, Air-Lift y Cinética Enzimática

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Lechos Fluidizados

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En los lechos fluidizados, un gas se dispersa en la zona inferior de una columna vertical que contiene un líquido (fase continua). Las burbujas de gas o la corriente líquida ascendente arrastran partículas sólidas, formando un reactor de burbujeo/lecho fluidizado trifásico. La parte superior del equipo tiene un mayor diámetro para disminuir la velocidad y así conseguir una buena separación sólido/líquido/gas.

Aplicaciones: Producción de cerveza, alcohol combustible.

Ventajas:

  • Ideal para procesos inhibidos por el producto.
  • En cada plato se alcanza una gran mezcla.
  • Zonas independientes.
  • Buen desprendimiento de gases.

Desventajas:

  • La velocidad no depende del gas.
  • Caudales más bajos por alta recirculación.
  • Acumulación de gases en la parte superior.
  • Coeficientes de transferencia menores.

Fermentadores Air-Lift

Los fermentadores air-lift son recipientes con dos zonas: en una se inyecta gas (zona ascendente) y en otra no (zona descendente), generando circulación. Su diseño y construcción son simples, con bajos consumos energéticos y buena homogeneización, aunque existe poca bibliografía al respecto.

Aplicaciones: Producción de cerveza, vinagre y ácido acético, antibióticos.

Ventajas:

  • Velocidad depende del gas.
  • Velocidad lineal más alta sin recirculación.
  • Poca acumulación de gases por turbulencia elevada.
  • Coeficientes de transferencia mayores y mezcla más eficaz.

Unidad de Actividad Enzimática

La Unidad de actividad enzimática (U) es la cantidad de enzima que cataliza la conversión de 1 μmol de sustrato en un minuto. La actividad específica es el número de unidades de enzima por miligramo de proteína (U/mg prot) o por mililitro de disolución (U/ml). Su unidad en el Sistema Internacional de unidades (SI) se llama katal (kat).

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Etapas del Crecimiento Microbiano

  • Etapa lenta o de retardo: Adaptación enzimática al tipo de sustrato y adaptación a la concentración y condiciones de operación.
  • Etapa de crecimiento exponencial: En esta fase el proceso de muerte existe, pero es despreciable.
  • Etapa estacionaria: Escasez de sustrato y elevada concentración de biomasa. Crecimiento lento, el sustrato es utilizado para mantenimiento. Si la velocidad de crecimiento es igual a la velocidad de muerte, el crecimiento neto es cero.
  • Etapa de muerte: En la práctica es un proceso endógeno.

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CINÉTICA DE CONSUMO DE SUSTRATO Y FORMACIÓN DE PRODUCTO

  • Tipo I: productos asociados al crecimiento. La formación del producto es función del consumo de sustrato y, en gran medida, es proporcional a este. El cambio total de energía libre es negativo, ΔG.
  • Tipo II: productos parcialmente asociados al crecimiento. La formación de producto depende solo indirectamente del consumo de sustrato. El cambio total de energía libre es negativo, ΔG.
  • Tipo III: productos no asociados al crecimiento. La formación del producto no depende del consumo de sustrato. El cambio total de energía libre es positivo, ΔG>0. Ejemplo: producción de metabolitos secundarios (penicilina).

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