bi or reactor es
Post on 17-Oct-2015
9 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
BIORREACTORES
-
En la actualidad se encuentran desarrollados aescala industrial de produccin los procesos paraobtencin de shikonina por cultivo de clulas deLithospermun erythrohizon, puesto a punto por laIndustrias Petroqumicas Mitsui,
as como la produccin de berberina
y biomasa de ginseng en otras industrias.
O
O
OCH 3
OCH3
Glc-Glc-O
O-Glc-Glc
OH
-
In order to cultivate plant cells in a large-scale, fermentors with different sizes are useful.
Pero no siempre ha sido fcil
Various types of fermentors have been designed by many researchers since the end of 1950's.
-
Los procesos industriales requieren de tres puntosfundamentales:
Crecimiento eficiente en grandes volmenes
Acumulacin de metabolitos secundarios en el cultivo
Si el proceso implica bioconversin o produccin deenzimas, que esto ocurra en las condiciones deoperacin del proceso
-
Es necesario ajustar algunos parmetros :
tensin de oxgeno
dixido de carbono
pH
Agitacin
Mezclado
densidad del cultivo
-
Caractersticas clulas microbianas
clulas vegetalesdediferenciadas
consecuencias en el biorreactor
Tamao 2-10 mm 10-200 mm Rpida sedimentacin, mayor sensibilidad al corte
Clulas individuales
pueden obtenerse
forman agregados Rpida sedimentacin
Velocidad de crecimiento
Altatd 1-2 horas
Bajatd 2-5 das
Largos procesos, problemas para mantener
esterilidadDensidad del
inculopequeo 5-20 % Problemas de manipuleo.
Dificulta la posibilidad de escalado
Sensibilidad al esfuerzo de
corte
no sensitivo sensitivo/tolerante Disminucin de la velocidad de agitacin
Aireacin alta baja Baja demanda de oxgeno, bajo KLa
-
Diseos bsicos de biorreactores para mltiples propsitos
aireaire aire
Tanque agitado Columna de air lift burbujas
-
transferencia de oxgenoagitacin
Aumenta el rea de transferencia de oxgeno por laformacin de pequeas burbujas
Retarda el escape de burbujas desde el lquido
Previene la coalescencia de las burbujas de aire
Disminuye el grosor de la interfase gas/lquido al crearun flujo turbulento
-
Asegurar el suministro de nutrientes a nivel celular
Prevenir la sedimentacin
Asegurar la transferencia de callos
Solubilizar componentes menos solubles de los medios
La agitacin como factor de transferencia de masa
-
Dalton en 1978 dise un reactor de bajo esfuerzo de corte denominado air lift
-
Aire
Draft tubeBubble
Airlift - uses air sparging to pneumatically mix the media
-
Bolsas descartables
-
Wagner, F. In "Plant Tissue Culture and Its Bio-technological application"Ed. Barz, W. et al., p. 250 (1977). Springer-Verlag, Berlin Heidelberg.t reactor
Comparison of Yield and Productivity for Cell Mass and Anthraquinones in Varoius Reactor Systems
1. Shake flask
2. flat blade turbine
3. perforated disk impeller
4. draft tube reactor
5. air-lift reactor
-
PROCESS MONITORING AND CONTROL
-
PROCESS MONITORING AND CONTROL
Que parmetros controlar?
Temperatura
pH
Presin parcial de O2Formacin de espuma
-
Ej. Produccin de alcaloides monoterpenoindlicos con cultivos celulares de Uncaria Tomentosa ua de gato en tanque agitado
Batch
Reactor
-
Bioreactor de lecho de goteocon malla para inmovilizar a las races
Biorreactores para el cultivo de races
Adicin de nutrientes
Bomba
Salida de aire
AireAire
Entrada de medio
Reservorio
Malla de inmovilizacin
-
Bioreactor de lecho de niebla(nutrient mist reactor)
Biorreactores para el cultivo de races
Bomba de aire
Bom
bape
rist
ltica
Generador de niebla
Cmarade cultivoControlador Controlador
On Off
Intensidad
Filtro de aire
Condensadorde niebla
-
A nutrient mist reactor is substantially the same as aeroponic growth of plants as proposed by botanists
Growth of hairy roots in the 3 L MTR on the 16th day
-
Biorreactores para cultivo de otros rganos
-
Para cultivo de rganos
Centaurium erythraea shoot culture in mist trickling bioreactor after 21 days.
MTB
-
Modelos para clulas inmovilizadas
-
Operacin de Biorreactores
1.Batch:Son sistemas cerrados que se caracterizan por cambiar lascondiciones fisiolgicas y ambientales.
No hay entrada ni salida de medio de cultivo.
-
Operacin de Biorreactores
2.Batch alimentado:
Estos sistemas operan adicionando medio fresco,pero sin remocin del existente.
Son muy tiles cuando se requiere una elevadadensidad celular en la etapa de iniciacin delproceso que implica un alto consumo de nutrientes,especialmente de fuente hidrocarbonada que suelefuncionar como sustrato limitante.
-
2.1-Draw-fill o semicontnuo:
Consiste en remover, al final de la operacin entreun 80 y un 90 % del cultivo y reemplazarlo pormedio fresco.
De esta manera puede eliminarse el perodo lag,satisfacerse sencillamente la necesidad decontar con inculos de gran tamao y a su vezevitar la esterilizacin del reactor entre dos ciclos.
Variante del batch alimentado:
-
Operacin de Biorreactores
3.Continuo: el caudal de entrada de medio fresco es igual al de salida de medio
utilizado.
Son utilizados en cultivos donde la velocidad de crecimiento celular esconstante por lo que existe un suministro constante de nutrientes o parala remocin permanente de producto sobre todo en sistemasinmovilizados.
Este tipo de operacin presenta grandes inconvenientes con respecto almantenimiento de las condiciones de asepsia del proceso, y se dificultadebido a la tendencia a formar agregados de las clulas vegetales encultivo, la formacin de merengue y el lento crecimiento celular.
Para su buena aplicacin se requiere del diseo de sistemas quepermitan suplementar continuamente el medio de cultivo evitando laremocin de las clulas y as minimizar lo que se denomina lavado delcultivo.
Una variante es la Perfusin que implica la remocin y suministro demedio dejando la biomasa ocluda en una malla.
-
Continuous Culture
Batch Culture
Time (days)
Growth
0 5 10 15 20 25
-
Lquido-lquido:
Compuestos inmiscibles en agua, como solventesorgnicos o lpidos (sistemas de dos fases agua-orgnico).Ejemplos: migliol, hexadecano, dodecano.
Slido-lquido:
La segunda fase es un material slido como resinas u otrosabsorbentes. Generalmente resinas como XAD, RP18, etc.
Requerimientos:
- Autoclavables- No txicos- Fcil separacin del producto de inters de la segunda fase
- No modificacin del medio de cultivo- Permanencia de las clulas en la fase acuosa
Remocin de producto in situ
-
Diagrama de un tanque de agitacin mecnicamodificado para operar con remocin in situdel producto.
1: tanque;2: malla de acero inoxidable para inmovilizarraces;3: sensor de oxgeno;4: malla acero inoxidable;5: medidor DO; 6: agitador;7: lana de vidrio;8: resina XAD-2;9: filtro de vidrio;10: generador de aire;11: condensador;12: marco de la malla
Tomado de: Hairy Roots, Culture and Application, 1997.
Adaptaciones para la extraccin in situ del producto
-
Un bioreactor de agitacin por lquidocon loop externo
Adaptaciones para la extraccin in situ del producto
-
Ejemplo integrado
-
Ejemplo integrado
-
Shikonina
Planta entera- La extraccin se realiza en plantas de aproximadamente 3 aos.
Suspensiones celulares- 2,4-D estimula el crecimiento pero no la produccin.- Las bajas concentraciones de nitrgeno y la elicitacin inducenla produccin de shikonina.
Produccin de shikonina por suspensiones celularesde Lithospermum erythrorhizon
Yamasaki Plant Photo Gallery
-
Tomado de: Scraag. Plant Biotechnology, 1992.
Proceso para la produccin de shikonina a partir de clulasde Lithospermum erythrorhizon por Mitsui Petrochemical Ind.
Se utilizan fermentadores de agitacin mecnica y tambor rotatorio.La productividad de shikonina es 840 veces superior a la de planta entera.
-
Secuencia en laoptimizacin de un proceso para la produccinde metabolitos secundarios
Seleccin de la planta por su contenido demetabolitos secundarios para iniciar cultivos invitro
Establecimiento de cultivos in vitro
Estabilizacin y seleccin de cultivosin vitro: velocidad de crecimiento, niveles deproducto, liberacin al medio
Optimizacin de medio de cultivo para produccinpor diseo factorial: nutrientes, precursores,elicitacin, liberacin y remocin in situ
Optimizacin en bioreactores: escaladoSistema de cultivo: batch, continuo, fed-batch,perfusin, en dos etapas.Extraccin y purificacin del producto
-
Esquema de un proceso completo para la produccin de un metabolito secundario por cultivo in vitro de clulas y rganos vegetales
top related