PRCTICA N2: TIPOS DE BIRREACTORESESIA-2015

I. INTRODUCCIN

El uso de clulas vivas para la produccin de productos qumicos crece anualmente con ritmos asombrosos. Tanto microorganismos (bacterias, hongos, algas) como clulas humanas, vegetales o animales se utilizan para la produccin varios productos qumicos, como por ejemplo insulina, antibiticos, biosurfactantes. Son responsables tambin de la produccin de alcohol va fermentacin, produccin de quesos, vinos, champagne, etc. Tambin los procesos biolgicos son muy usados en el tratamiento de residuos y efluentes.

Los biorreactores son los medios de cultivo optimizados empleados para la produccin de sustancias a gran escala. Por ejemplo, las grandes cubas de vino o de cerveza, que pueden llegar a contener 30 mil litros de lquido se consideran biorreactores, puesto que otorgan a las levaduras fermentadoras su medio de crecimiento ptimo para la funcin deseada. Aunque en estos casos concretos, donde se pretende que un organismo realice una fermentacin, los biorreactores se denominan tambin fermentadores.

TIPOS DE BIOREACTORESII. OBJETIVOS

Conocer los tipos de biorreactores y sus caractersticas. Saber las aplicaciones generales de los diferentes tipos de biorreactores Conocer las formas de operacin en los biorreactores con los diferentes biocatalizadores. Determinar, una vez conocido el biocatalizador, las posibles configuraciones de biorreactores para llevar a cabo una transformacin determinada. Determinar el tipo de operacin ms adecuado a emplear en la transformacin

III. FUNDAMENTO TERICO

3.1. DEFINICIN.

Es un recipiente o sistema que mantiene un ambiente biolgicamente activo. En algunos casos, un biorreactor es un recipiente en el que se lleva a cabo un proceso qumico que involucra organismos o sustancias bioqumicamente activas derivadas de dichos organismos, se lleva a cabo una reaccin catalizada por enzimas o clulas, libres o inmovilizadas. Este proceso puede ser aerbico o anaerbico. Estos biorreactores son comnmente cilndricos, variando en tamao desde algunos mililitros hasta metros cbicos y son usualmente fabricados en acero inoxidable.El biorreactor busca mantener ciertas condiciones ambientales propias (PH, temperatura, concentracin de oxgeno) al organismo o sustancia qumica que se cultiva. En funcin de los flujos de entrada y salida, la operacin de un biorreactor puede ser de tres puntos distintos: Lote (batch). Lote alimentado (fed batch). Continuo o quimiostato.

3.2. CLASIFICACIN:

3.2.1. DE ACUERDO A SUS FASES: Homogneos. Heterogneos.3.2.2. DE ACUERDO AL METABOLISMO (CLASIFICACIN BIOLGICA).

Los sistemas biolgicos deben interaccionar con el ambiente externo para poder crecer y desarrollarse, es por eso que los biorreactores se clasifican biolgicamente de acuerdo al metabolismo procesal del sistema: ANAERBICO, FACULTATIVO, AERBICO.Los bioprocesos de cultivo y las fermentaciones estn basados en el metabolismo celular del cultivo. El metabolismo define los parmetros y caractersticas operativas biolgicas de diseo y de operacin del biorreactor. Estas caractersticas son las que intervienen en la parte biolgica del sistema y tienen que ver con el crecimiento, productividad y rendimiento del cultivo; por lo que , definen la clasificacin biolgica . procesal del sistema de cultivo.3.2.3. DE ACUERDO A SU PROCESO DE OPERACIN:

Continuos. Semicontinuo. Discontinuos.Esta es una clasificacin operativa y se aplica a cualquier reactor, sea qumico o biolgico (biorreactor). En los reactores biolgicos el modo de operacin define el sistema de cultivo que es el mismo y delimita la clasificacin procesal productiva del bioproceso (cultivo). Al operar un biorreactor en una determinada categora (discontinuo, semicontinuo, continuo), automticamente queda determinado el modo de cultivo del sistema y se definen los parmetros y las caractersticas operativas y de diseo que intervienen en el proceso productivo del sistema.

3.2.4. DE ACUERDO A LA MEZCLA:

Biorreactor discontinuo de mezcla completa. Biorreactor continuo de mezcla completa. Biorreactor continuo de flujo de pistn. Biorreactor reactores de lecho fluidizado.

3.3. ELECCIN DEL TIPO DE REACTOR:

Control de PH y temperatura. Exigencias de suministro o eliminacin de reactores gaseosos. Presencia de partculas slidas deseadas o indeseadas en la alimentacin. Estabilidad qumica y/o biolgica de sustratos y productos. Sustitucin del catalizador. Inhibicin por sustratos y/o productos. Escala de operacin. Destinos del producto.

3.4. DISEO DE BIORREACTORES.

Es una tarea de ingeniera bastante compleja, los organismos o clulas son capaces de realizar su funcin deseada con gran eficiencia bajo condiciones ptimas. Las condiciones ambientales de un biorreactor tales como flujo de gases (por ejemplo; oxgeno, nitrgeno, dixido de carbono, etc.), temperatura, PH, oxgeno disuelto y velocidad de agitacin o circulacin, deben ser cuidadosamente monitoreadas y controladas.La mayora de los fabricantes industriales de biorreactores usan recipientes, sensores, controladores y un sistema de control interconectados para su funcionamiento en el sistema biorreaccin.La misma propagacin celular puede afectar la esterilidad y eficiencia del biorreactor, especialmente en los intercambiadores de calor. Para evitar esto, el biorreactor debe ser fcilmente limpiable y con acabados lo ms sanitario posible (de ah sus formas redondeadas).Se requiere de un intercambiador de calor para mantener el bioproceso a temperatura constante. La fermentacin biolgica es una fuente importante de calor, por lo que en la mayor parte de los casos, los biorreactores requieren de agua de enfriamiento. Pueden ser refrigerados con una chaqueta externa o, para recipientes sumamente grandes, con serpentines internos.En un proceso aerobio, la transferencia ptima de oxgeno es tal vez la tarea ms difcil de lograr. El oxgeno se disuelve poco en agua (y an menos en caldos fermentados) y es relativamente escaso en el aire (20,8 %). La transferencia de oxgeno usualmente se facilita por la agitacin que se requiere tambin para mezclar los nutrientes y mantener la fermentacin homognea. Sin embargo, existen lmites para la velocidad de agitacin, debidos tanto al alto consumo de energa ( que es proporcional al cubo de la velocidad del motor) como al dao ocasionado a los organismos debido a un esfuerzo de corte excesivo.Los biorreactores industriales usualmente emplean bacterias u otros organismos simples que pueden resistir la fuerza de agitacin. Tambin son fciles de mantener ya que requieren solo soluciones simples de nutrientes y pueden crecer a grandes velocidades.En los biorreactores utilizados para crecer clulas o tejidos, el diseo es significativamente distinto al de los biorreactores industriales. Muchas clulas y tejidos, especialmente de mamfero, requieren una superficie u otro soporte estructural para poder crecer y los ambientes agitados son comnmente dainos para estos tipos de clulas y tejidos. Los organismos superiores tambin requieren medios de cultivo ms complejos.PRINCIPIOS EN EL DISEO DE BIORREACTORES.

A. BIORREACTOR DISCONTINUO DE MEZCLA COMPLETA. Variacin de forma continua. Constante a travs del reactor. Empleo de enzimas solubles. Volumen pequeo de produccin.DESVENTAJAS: Cambios en las condiciones de operacin. Grado de mezcla en reactores a gran escala.

B. BIORREACTOR CONTINUO DE MEZCLA COMPLETA. Composicin uniforme. Verstiles y baratos. Facilidad de control de PH, temperatura, etc.DESVENTAJAS: Gastos energticos elevados.

C. BIORREACTOR DE FLUJO EN PISTN. Invariable a lo largo del tiempo. Vara a travs del reactor. Clulas o enzimas libres (inoculacin). Clulas o enzimas inmovilizados.VENTAJAS: Ms eficaces que los de mezcla completa. Simples y fciles de manejar y automatizar.

D. BIORREACTOR DE LECHO FLUIDIZADO Fluidizacin: winkler (1921). De lecho fluido o turbulento. Biocatalizador o en suspensin. Flujo de sustrato.VENTAJAS: Buen control de PH, T, gas, etc. Gran rea de interaccin. Facilidad de hacer trabajo en continuo.DESVENTAJAS: Tcnica de trabajo cara.

El diseo en bioingeniera no es solo la aplicacin de conceptos bsicos y tericos que conlleven a lograr un prototipo; para la realizacin integra de un modelo, otra gran parte, trata de la adaptacin creativa y de la utilizacin del ingenio propio para lograr el objetivo de conjuntar el ambiente biolgico de un cultivo vivo con el ambiente artificial de un dispositivo controlado; este es el resultado denominado biorreactor o reactor biolgico. Un biorreactor es por tanto un dispositivo biotecnolgico que debe proveer internamente un ambiente controlado que garantice y maximice la produccin y el crecimiento de un cultivo vivo; esa es la parte biolgica. Externamente el biorreactor es la frontera que protege ese cultivo del ambiente externo: contaminado y no controlado. El biorreactor debe por tanto suministrar los controles necesarios para que la operacin o proceso (bioproceso) se lleve a cabo con economa, alto rendimiento (productividad) y en el menor tiempo posible; esa es la parte tecnolgica.El biorreactor es un sistema totalmente cerrado para la recepcin y tratamiento de las aguas residuales, residuos agrcolas y de cualquier otro tipo de residuos orgnicos biodegradables, donde son convertidos en abono biolgico formulado, libre de todo patgeno, y genera un gas, llamado biogs, el cual se purifica hasta llevarlo a metano puro en la mayor proporcin posible para ser utilizado en cualquier sistema de combustin, motores o cualquier otro tipo de equipo que opere con gas natural, incluyendo los vehculos particulares convertidos a gas natural pues tiene un alto porcentaje de metano de no menos del 91% y su composicin, poder calorfico, etc. Es casi idntico a la del gas natural, debido a que se purifica hasta su punto ptimo.

3.5. CULTIVOS Y FERMENTACIONES.

Lo primero que hay que entender en el diseo de reactores biolgicos es que contrario a los qumicos, su cintica no est determinada exclusivamente por la velocidad de reaccin y las variables que la determinan. Aunque se puede describir de manera similar a la qumica, la cintica biolgica tambin depende de caractersticas intrnsecas del organismo o cultivo tales como crecimiento y tasa de divisin celular, as como del tipo de operacin que se lleve a cabo. Por eso, lo primero que se define en el diseo de un biorreactor es el propsito de utilizacin; es decir, qu tipo de cultivo se va utilizar, el modo de operar y/o el proceso de cultivo.

El biorreactor sistema de cultivo debe cumplir con los siguientes objetivos:a. Mantener las clulas uniformemente distribuidas en todo el volumen de cultivo.b. Mantener constante y homognea la temperatura.c. Minimizar los gradientes de concentracin de nutrientes.d. Prevenir la sedimentacin y la floculacin.e. Permitir la difusin de gases nutrientes a la velocidad requerida por el cultivo.f. Mantener el cultivo puro.g. Mantener un ambiente asptico.h. Maximizar el rendimiento y la produccin.i. Minimizar el gasto y los costos de produccin.j. Reducir al mximo el tiempo.Una fermentacin es un proceso biolgico o bioproceso que consiste en la descomposicin de la materia orgnica por microorganismos fermentadores (bacterias y hongos).Un cultivo tambin es un bioproceso; pero generalmente se asocia a organismos o microorganismos superiores (en orden jerrquico) a las bacterias; los cultivos son casi todos del reino Eucariota.3.6. BIORREACTORES Y TIPOS DE CULTIVO

Los sistemas biolgicos que determinan el metabolismos celular de cultivo y el modo procesal biolgico del sistema son:A. CLULAS Y MICROORGANISMOS ANAERBICOS.

Bacterias en su gran mayora, son microorganismos de metabolismos degradativo (catablico); generalmente unicelulares, estos microorganismos son autnomos y nutricionalmente independientes ( auttrofos); sus clulas (cuerpos) no respiran (no utilizan la gluclisis para la respiracin celular), en cambio, utilizan vas alternas, donde una molcula orgnica, producida durante el proceso metablico (catabolismos), es utilizada como aceptor de electrones, en un proceso bioqumico como respiracin oxidativa; esta molcula es reducida a producto orgnico en un proceso comnmente denominado fermentacin.

B. CLULAS Y MICROORGANISMOS FACULTATIVOS.

Son ambivalentes, tienen la capacidad de vivir o sobrevivir entre ambientes: aerbico y anaerbico; microorganismos de metabolismos mixto por lo que, pueden tanto degradar (catabolismo) como construir (anabolismos) materia orgnica, a partir de diferentes sustratos (materia prima), tanto orgnicos como inorgnicos. Pese a su versatilidad, sus mayores representantes son microorganismos que presentan relaciones parsitas o simbiontes tales como; hongos y levaduras, por lo que son muy extensos.

C. CLULAS Y MICROORGANISMOS AERBICOS.

Pertenecen en su mayora al reino Eucariota (pero tambin hay procariotas) son microorganismos y clulas que respiran (utilizan la gluclisis como forma de respiracin celular); por lo que su metabolismo es constructivo (anablico) y deben obtener sus nutrientes de diferentes fuentes. Sus principales grupos estn representados por: bacterias y microorganismos aerbicos, plantas y animales; cuyas clulas se pueden cultivar en suspensiones celulares o bien, en diferentes arreglos artificiales o modificadas.

3.7. TIPOS DE CULTIVO QUE SE PUEDEN REALIZAR:

CULTIVOS MICROBIANOS ANAERBICOS FERMENTADOR BACTERIAL (CO2).Los microorganismos de metabolismos anaerbico son los ms simples de todos, tan solo necesitan de un medio de cultivo adecuado, agitacin vigorosa y cierta cantidad de CO2 disuelto para crecer y multiplicarse. CULTIVOS MICROBIANOS FACULTATIVOS FERMENTADOR BACTERIAL.Los microorganismos facultativos toleran la presencia de oxgeno en bajas concentraciones y adems de un sustrato adecuado, slo requieren agitacin moderada y un medio de cultivo para crecer y desarrollarse. CULTIVOS MICROBIANOS AERBICOS FERMENTADOR BACTERIAL (O2).Los microorganismos aerbicos necesariamente requieren la presencia de oxgeno disuelto (OD) para sobrevivir; adems, agitacin moderada y un medio de cultivo rico en nutrientes para poder crecer y desarrollarse. CULTIVOS CELULARES AERBICOS Y FACULTATIVOS FERMENTADOR MICTICO (CO2).Los cultivos celulares se diferencian de los bacteriales (microbios) en que o son microorganismos procariotas, son eucariotas. Son microorganismos aerbicos o facultativos pertenecientes al reino fungi (hongos y levaduras), generalmente llamados micticos, requieren de la presencia de CO2 disuelto en el medio como sustrato limitante de la velocidad de reaccin y generan estructuras reproductivas muy particulares. CULTIVOS CELULARES AERBICOS ESTRICTOS FERMENTADOR CON AIREACIN (O2).El cultivo de microorganismos celulares (no bacteriales) aerbicos estrictos requieren la presencia de oxgeno disuelto en el medio de cultivo para el metabolismo celular; as como una adecuada agitacin.

CLULAS VEGETALES EN SUSPENSIN BIORREACTOR DE ELEVAMIENTO POR AIRE (O2) EN RGIMEN TURBULENTO (Re 3000).Las clulas vegetales pueden ser cultivadas en suspensiones celulares: pequeos agregados celulares que se suspenden en el medio de cultivo mediante agitacin. Dado que las clulas vegetales, el diseo del biorreactor debe incorporar una lnea de aireacin (aire) para suministrar oxgeno disuelto (OD) al medio de cultivo. El diseo debe contar con agitacin vigorosa, pues los agregados celulares vegetales tienden a agruparse (clusters) y de alcanzar gran tamao y peso, precipitaran. Por eso, la operacin de este tipo de biorreactores debe ser en rgimen turbulento (Re 3000). Los biorreactores para clulas vegetales en suspensin generalmente son diseados con un mecanismo de levantamiento por aire que combina una agitacin vigorosa (turbulenta) con una adecuada aireacin (oxgeno disuelto) del medio de cultivo.

PROTOPLASTOS VEGETALES BIORREACTOR DE LEVATAMIENTO POR AIRE (O2) EN RGIMEN LAMINAR (Re 2300).Los protoplastos son clulas vegetales desprovistas de su pared celular, esto se logra utilizando enzimas proteolticas (proteasas y lipasas) que degradan la pared celular. Actualmente, el cultivo de protoplastos no es muy comn, pero de realizarse, requiere de una cama de aire (burbujas muy finas) que opere en rgimen laminar (Re 2300), para evitar que los esfuerzos cortantes (esquileo) e hidrodinmicos (agitacin) generados en el medio de cultivo daen (lisis celular) las clulas en suspensin. Tambin es indispensable que el medio de cultivo contenga las proteasas y lipasas necesarias para evitar la regeneracin de la pared celular.

CLULAS ANIMALES BIORREACTOR DE LECHO FLUIDIZADO (O2).Los cultivos de las clulas animales requieren de proximidad mutua y de un soporte slido (anclaje) para interactuar (comunicacin clula clula) y poder metabolizar (producir); esto por cuanto, las clulas animales, por lo general, no son independientes y deben estar unidas a un sistema (por ejemplo heptico) para funcionar adecuadamente. Par suministrar esa proximidad y el soporte necesario, los diseos de biorreactores para clulas animales deben aumentar la densidad celular (concentrar) de las clulas en cultivo. Una forma de hacerlo es incorporar un lecho fluidizado formado por cantidad de microesferas acarreadoras hechas de material cermico poros inerte que, por su tamao (micromtrico) forman una interfase con el medio de cultivo (fluido) que permite la transferencia de masa (nutrientes y OD), energa (calor) y momentun (agitacin) entre el medio de cultivo y las clulas en cultivo; lo que es llamado lecho fluidizado. Los cultivos celulares animales, por la delicada naturaleza de las membranas plasmticas requieren adems de oxgeno disuelto (OD) en el medio de cultivo y de un rgimen de agitacin laminar (Re 2300). CLULAS INMOBILIZADAS BIORREACTOR DE FIBRA HUECA (O2).La inmovilizacin celular es otra forma de lograr proximidad celular y aumentar la densidad celular y la concentracin de metabolitos dentro de las clulas. La inmovilizacin es un mtodo mucho ms eficiente y logra rendimientos muy superiores a los del lecho fluidizado. Pero, los fenmenos de transferencia (masa, momentun y energa) se ven muy limitados por la inmovilidad. Esto es especialmente crtico en cultivos de clulas de mamfero por cuanto la clula no recibe la nutricin adecuada. Los reactores de fibra hueca son los dispositivos ms utilizados para inmovilizar y concentrar cultivos celulares animales. Su diseo consiste en una batera de fibras huecas y porosas en su interior, colocadas en paralelo. Las clulas se concentran y aumenta la densidad celular, en los intersticios de las fibras huecas. El medio de cultivo fluye en contrasentido desde el exterior del reactor o a travs de una carcasa como si fuera un intercambiador de calor de doble tubo. Para solventar el problema de la escasa transferencia de masa (nutrientes y OD) dentro de la fibra hueca, un diseo novedoso es el tambor rotativo en el cual, el tambor externo rota sobre la batera de fibras huecas, generando una circulacin constante de masa y de momentun, aumentando las tazas de transferencia. CLULAS EMPAQUETADAS BIORREACTOR DE LECHO EMPACADO (O2).El empaquetamiento celular es una forma menos drstica de inmovilizacin; pues sta es parcial. Tambin tiene el objetivo de aumentar la concentracin y la densidad celular; pero al no estar enclaustradas las clulas, la transferencia de masa es mayor, aunque siempre limitada. Un lecho empacado es una matriz de soporte slido que retiene las clulas, bien por geometra (dentro de los intersticios o espacios huecos de la matriz), bien por afinidad (paso o adherencia selectiva). Un biorreactor con este propsito debe contener un lecho de soporte slido, sumergido en el medio de cultivo. La oxigenacin generalmente se realiza en el exterior del lecho, a travs del medio de cultivo.

CULTIVOS ENZIMTICOS REACTORES DE LECHO CATALTICO.Los cultivos enzimticos se comportan en algunos aspectos como cultivos celulares y en otros como reactivos qumicos. Debido a que un sustrato enzimtico es un cataltico de una reaccin biolgica, la cintica de estos reactores puede simularse como la qumica, pero sin olvidar que el compuesto es biolgico. Los sustratos enzimticos deben estar anclados a un lecho semislido o a un semifluido (segn sea el caso) dependiendo de la naturaleza enzimtica del sustrato; que por la naturaleza de la enzimas se conocen como lechos catalticos. Muchas veces el medio de cultivo, adems de la enzima, requiere, para un sustrato determinado, su respectivo precursor metablico llamado cofactor, ms algn componente especial que agilice el proceso metablico.

3.8. MODO DE OPERACIN Y SISTEMAS DE CULTIVO.

El modo de operacin de un sistema de cultivo, es sinnimo del modo de operar del biorreactor o fermentador. ste no solo influye en el diseo propio del reactor, tambin, en el modelo cintico de crecimiento del cultivo y en el proceso de produccin. Existen tres modos de cultivo aunados a tres modos bsicos de operacin:3.8.1. DISCONTINUO (batch).

Por lotes o tandas, sin alimentacin (F); se coloca dentro del biorreactor la carga total de cada proceso (tanda o lote) de cultivo o fermentacin y se deja que se lleve a cabo el proceso productivo o la fermentacin por el tiempo que sea necesario; el cual se denomina tiempo de retencin. Las clulas se cultivan en biorreactor con una concentracin inicial, sin que esta sea alterada por nutrientes adicionales o el lavado, por lo que el volumen permanece constante y slo las condiciones ambientales del medio (PH, temperatura, velocidad de agitacin) son controladas por el operador. Es proceso finaliza cuando todo el sustrato es consumido por la biomasa. 3.8.2. SEMICONTINUO (Fed batch).

Por lotes alimentados, con alimentacin de entrada (F1); se alimenta una lnea de entrada o alimentacin (F1) para que el sistema de cultivo tenga un producto (biomasa) con mximo crecimiento (exponencial) y aumente la productividad. Los nutrientes son alimentados al biorreactor de forma semicontinua o continua, mientras que no hay efluente en el sistema. La adicin intermitente del sustrato mejora la productividad de la fermentacin manteniendo baja la concentracin del sustrato. Este proceso est restringido por la capacidad volumtrica del reactor.3.8.3. CONTINUO.

Por quimioestato, se alimenta una lnea de entrada F1 con nutrientes de manera continua y se drena una salida F2 o lavado; de manera que los flujos o caudales de ambas lneas sean iguales y la produccin sea continua.3.9. TECNOLOGIA ENZIMTICA

La tecnologa enzimtica tiene como objetivo la superacin de todos aquellos inconvenientes que parecen retrasar la aplicacin de las enzimas en estos procesos a escala industrial, las enzimas son protenas cuya funcin biolgica es catalizar las reacciones que suceden en las clulas. Esta rea tiene aplicaciones desde tiempos remotos como la fermentacin, actualmente en diferentes industrias a diferentes niveles, ya que implica la utilizacin de sistemas enzimticos diversos que optimizan el procesamiento en la obtencin de detergente, aditivos alimenticios, productos qumicos y farmacuticos. La tecnologa enzimtica se presenta como alternativa biotecnolgica basada en que las industrias desarrollen productos de calidad homognea, aprovechen ptimamente sus materias primas, aceleren sus procesos de produccin, minimicen desperdicios y disminuyan el deterioro del medio ambiente.

3.9.1. LAS ENZIMAS COMO CATALIZADORESLas enzimas son catalizadores de origen biolgico que parecen cumplir muchos de los requisitos necesarios para impulsar esta nueva industria qumica. Son catalizadores muy activos en medios acuosos y en condiciones muy suaves de temperatura, presin, pH, etc. Son catalizadores muy especficos: pueden modificar un nico substrato en una mezcla de substratos muy similares e incluso pueden discernir entre dos ismeros de una mezcla racmica de un compuesto quiral, Son catalizadores muy selectivos: pueden modificar un nico enlace o un nico grupo funcional en una molcula que tenga varias posiciones modificables.

3.10. APLICACIONES INDUSTRIALES

En relacin con las enzimas, la tecnologa moderna contribuye al ahorro. Por ejemplo, permite la utilizacin del excedente de suero derivado de la fabricacin del queso. La lactosa transforma el azcar del suero en una mezcla de glucosa y galactosa con un sabor ms dulce. As, se refina el producto y se concentra en una especie de jarabe cuyo sabor recuerda el de la miel, con lo que las aplicaciones en el sector de la confitera industrial se hacen innumerables. Se usan tambin muchos otros tratamientos de las enzimas en la produccin de edulcorantes modernos. Por ejemplo, EE.UU. se puede constatar que el jarabe del almidn de maz tiene un alto contenido en fructosa, razn por la cual ha llegado a eclipsado a la sacarosa.Las enzimas presentan muchsimas aplicaciones. Con los procedimientos modernos de fabricacin de alimentos, benefician tanto a los sectores industriales como a los consumidores. Sus caractersticas especficas permiten a los industriales ejercer un control de calidad ms estricto. Con un menor consumo de energa y unas condiciones de tratamiento ms ligeras, su eficacia favorece el entorno. Pueden utilizarse para tratar los desechos biolgicos resultantes de la fabricacin de alimentos, puesto que las propias enzimas son biodegradables. Mediante una rpida absorcin natural, las enzimas son el tpico ejemplo de "tecnologa verde".

3.10.1. ALIMENTOS

La utilizacin emprica de preparaciones enzimticas en la elaboracin de alimentos es muy antigua. El cuajo, por ejemplo, se utiliza en la elaboracin de quesos desde la prehistoria, mientras que las civilizaciones precolombinas ya utilizaban el zumo de la papaya.

Los enzimas son piezas esenciales en el funcionamiento de todos los organismos vivos, actuando como catalizadores de las reacciones de sntesis y degradacin que tienen lugar en ellos.

La utilizacin de enzimas en los alimentos presenta una serie de ventajas, adems de las de ndole econmica o tecnolgica. La gran especificidad de accin que tienen los enzimas hace que no se produzcan reacciones laterales imprevistas.

Para garantizar la seguridad de su uso deben tenerse en cuenta no obstante algunas consideraciones: en aquellos enzimas que sean producidos por microorganismos, estos no deben ser patgenos ni sintetizar a la vez toxinas, antibiticos, etc. Los microorganismos ideales son aquellos que tienen ya una larga tradicin de uso en los alimentos (levaduras de la industria cervecera, fermentos lcticos, etc.). Adems, tanto los materiales de partida como el procesado y conservacin del producto final deben ser acordes con las prcticas habituales de la industria alimentara por lo que respecta a pureza, ausencia de contaminantes, higiene, etc.

3.10.2. INDUSTRIAS LCTEAS

El cuajo, que est formado por la mezcla de dos enzimas digestivos (quimosina y pepsina) y se obtiene del cuajar de las terneras jvenes. Estos enzimas rompen la casena de la leche y producen su coagulacin.

Actualmente empieza a ser importante tambin la lactasa, un enzima que rompe la lactosa, que es el azcar de la leche. Muchas personas no pueden digerir este azcar, por lo que la leche les causa trastornos intestinales.

3.10.3. PANADERA

En panadera se utiliza la lipoxidasa, simultneamente como blanqueante de la harina y para mejorar su comportamiento en el amasado. La forma en la que se aade es usualmente como harina de soja o de otras leguminosas, que la contienen en abundancia. Para facilitar la accin de la levadura, se aade amilasa, normalmente en forma de harina de malta, aunque en algunos pases se utilizan enzimas procedentes de mohos ya que la adicin de malta altera algo el color del pan. A veces se utilizan tambin proteasas para romper la estructura del gluten y mejorar la plasticidad de la masa. Este tratamiento es importante en la fabricacin de bizcochos.

3.10.4. CERVECERA

Un proceso fundamental de la fabricacin de la cerveza, la rotura del almidn para formar azcares sencillos que luego sern fermentados por las levaduras, lo realizan las amilasas presentes en la malta, que pueden aadirse procedentes de fuentes externas, aunque lo usual es lo contrario, que la actividad propia de la malta permita transformar an ms almidn del que contiene. Cuando esto es as, las industrias cerveceras aaden almidn de patata o de arroz para aprovechar al mximo la actividad enzimtica.

3.10.5. FABRICACIN DE ZUMOS

A veces la pulpa de las frutas hace que los zumos sean turbios y demasiado viscosos, producindose tambin ocasionalmente problemas en la extraccin y en su eventual concentracin. Esto es debido a la presencia de pectinas, que pueden destruirse por la accin de enzimas presentes en el propio zumo o bien por enzimas aadidas obtenidas de fuentes externas. Esta destruccin requiere la actuacin de varios enzimas distintos, uno de los cuales produce metanol, que es txico, aunque la cantidad producida no llegue a ser preocupante para la salud.

3.10.6. FABRICACIN DE GLUCOSA Y FRUCTOSA A PARTIR DEL MAZ.

Una industria en franca expansin es la obtencin de jarabes de glucosa o fructosa a partir de almidn de maz. Estos jarabes se utilizan en la elaboracin de bebidas refrescantes, conservas de frutas, repostera, etc. en lugar del azcar de caa o de remolacha. Se obtiene por hidrlisis enzimtica, que permite obtener un jarabe de glucosa de mucha mayor calidad y a un costo muy competitivo.Los enzimas utilizados son las alfa-amilasas y las amiloglucosidasas. La glucosa formada puede transformarse luego en fructosa, otro azcar ms dulce, utilizando el enzima glucosa-someraza, usualmente inmovilizado en un soporte slido.

3.10.7. ENERGA.

Un ejemplo clsico de biocombustible es el alcohol obtenido por fermentacin de material rico en azcares y almidn, o de residuos orgnicos varios, incluyendo los forestales. El principal obstculo para la viabilidad de esta propuesta es el costo, puesto que el petrleo sigue siendo ms barato. Sin embargo, los avances tecnolgicos estn permitiendo acortar la brecha.

IV. MATERIALES

MATERIALESEQUIPOS

Cuadernos de apuntes Biorreactores

Cmara fotogrfica

Lapicero

Grabadora

V. PROCEDIMIENTO

Procedemos a ingresar al laboratorio de biotecnologa y la profesora Amelia Castro nos da un breve introduccin del tema realizar.Luego nos explica acerca del uso y la utilizacin de los bioreactores en la biotecnologa especialmente en las Industrias Alimentarias.A continuacin la profesora nos da una breve descripcin de la estructura bsica de un bioreactor.Motor Filtro de aireAgitadores Toma de muestra Aporte de nutriente Agua de refrigeracin phLnea de productoVlvula de temperatura

Luego la profesora nos muestra un video relacionado a la instalacin de un biorector.

Durante la fermentacin se deben observar dos puntos para asegurar la esterilidad: Esterilidad en el medio de cultivo Esterilidad del aire que sale y entra

VI. CONCLUSIONES

Un biorreactor es un dispositivo o sistema empleado para hacer crecer celulas o tejidos en operaciones de cultivo.

Estos biorreactores son comunmente cilindricos, variando en tamano desde algunos mililitros hasta metros cbicos.

En terminos generales, un biorreactor busca mantener ciertas condiciones ambientales propicias (pH, temperatura, concentracin de oxgeno, etc.) al organismo o sustancia qumica que se cultiva

Los biorreactores industriales usualmente emplean bacterias u otros organismos simples que pueden resistir la fuerza de agitacin. Tambin son fciles de mantener ya que requieren slo soluciones simples de nutrientes y pueden crecer a grandes velocidades.

VII. BIBLIOGRAFA

ARIAS, HOYOS Y OROZCO ( 2002). CULTIVO DE CLULAS VEGETALES EN BIORREACTORES: UN SISTEMA POTENCIAL PARA LA PRODUCCIN DE METABOLITOS. Rev.Fac.Nal.Agr.Medelln.Vol.55, No.1.p.1473-1495

SCRAGG, Alan (2002). BIOTECNOLOGA PARA INGENIEROS: SISTEMAS BIOLGICOS EN PROCESOS TECNOLGICOS. Editorial Limusa. Mexico.

VAZQUEZ, OROZCO Y LEOBARDO (2007). MANUAL DE PRCTICAS: LABORATORIO DE BIORREACTORES. Instituto Politcnico Nacional. Colombia.

WARD, Owen P. (1991). BIOTECNOLOGA DE LA FERMENTACIN: PRINCIPIOS, PROCESOS Y PRODUCTOS. Editorial Acribia. Zaragoza Espaa.

ANEXOS

Anexo 1. Esquema de un Biorreactor

Anexo 2. Esquema de un Biorreactor con Agitacion Mecnica

UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN22