Procesos metablicos afectados por el escalamiento

Procesos metablicos afectados por el escalamientoUniversidad Politcnica de ZacatecasIngeniera en biotecnologaCmo afectarn estos cambios a la cintica microbiana (o fisiologa) en el proceso a gran escala?Nuestra principal preocupacin son los gradientes de concentracin que pueden ocurrir debido a una mala mezcla en reactores de gran escala, pero tambin puede ser necesario considerar los efectos de la tensin de cizallamiento*.*Fuerza interna que desarrolla un cuerpo como respuesta a una fuerza cortante y que es tangencial a la superficie sobre la que acta. Tambin llamada esfuerzo cortante.En gran escala los reactores aireados es casi seguro que los gradientes estn presentes, tanto con respecto al oxgeno, y, en caso de alimentacin por lotes o la operacin continua, muy probablemente tambin con respecto al sustrato limitante. Los cambios importantes del metabolismo en general pueden ocurrir como una funcin del sustrato o la concentracin de oxgeno, por ejemplo, en los organismos exhibiendo el metabolismo de desbordamiento o el metabolismo anaerbico.Esto es cierto tanto para los organismos industrialmente importantes S. cerevisiae y E. coli. La formacin de etanol en S. cerevisiae se producir rpidamente si el oxgeno se agota. La respuesta intracelular en los niveles de NADH a una concentracin alta de glucosa se ha encontrado para ocurrir dentro de unos segundos.Las clulas experimentarn un entorno cambiante a medida que circulan en un reactor a gran escala. Este cambio peridico en condiciones extracelulares puede desencadenar fenmenos de regulacin. por ejemplo, la expresin de genes de encendido o de apagado.En un estudio realizado por Schweder et al. 1,999, se estudiaron siete niveles de ARNm diferentes en E. coli en un sistema a escala reducida. Se encontr que la transcripcin de varios genes, tales como el gen proU, que est implicado en la osmorregulacin, respondi dentro de los 15 s de exposicin a la alta concentracin de glucosa. La tasa de sntesis de protenas es probablemente algo inferior. La tasa de elongacin de pptidos se ha estimado entre 13-16 aminocidos por segundo en E. coli. Por esta razn, una sola "chapuzn" en la concentracin de oxgeno de corta duracin no se traduce necesariamente en un cambio en el patrn general de la sntesis de protenas. Sin embargo, los efectos de los agotamientos repetidas, que ocurren como para una clula que circula en un biorreactor a gran escala, son de hecho difciles de predecir y deben ser estudiados experimentalmente.Tambin velocidades de corte pueden ser una preocupacin para los organismos sensibles al cizallamiento.Esto normalmente no se aplica a levaduras o bacterias, mientras que las clulas de mamferos o clulas de plantas son sensibles al cizallamiento.La situacin se complica por el hecho de que la velocidad de cizallamiento media normalmente disminuye durante la ampliacin, mientras que la tasa mxima de cizallamiento normalmente aumenta.Otro factor a tener en cuenta es que el requisito para la estabilidad del cultivo aumenta. El nmero real generaciones en el proceso a gran escala depende de la densidad de inoculacin. Ms sin embargo aunque es a gran escala y tenga mayor densidad de inoculacin este ser tardado de igual manera.

Una desagradable sorpresa experimentada en muchos procesos a gran escala es la formacin de espuma.La formacin de espuma es normalmente manejable en experimentos a escala de laboratorio, pero en un reactor de gran escala la formacin de espuma inesperada puede convertirse en un problema importante.

Conclusin Est claro que es caro hacer los experimentos en el biorreactor a gran escala, y por lo tanto los experimentos se hacen a escala laboratorio.Los gradientes de concentracin se pueden crear haciendo experimentos de cambio de paso en un reactor de tanque agitado escala laboratorio, o mediante la conexin de dos pequeos reactores. Referencias Jens Hiriis Nielsen, J. V. (2003). Bioreaction Engineering Principles. USA: Kluwer Academic/Plenum Publishers.