Biorreactores y sus Clasificaciones

Organismos que pueden vivir en ambientes extremos, donde otros no pueden.

Enzimas que funcionan en condiciones extremas, como altas o bajas temperaturas, pH ácido o alcalino, o alta salinidad.

Organismos que viven en ambientes con temperaturas extremadamente altas, como fumarolas y géiseres. Sus enzimas son resistentes a la desnaturalización por el calor.

Organismos que viven en ambientes con temperaturas extremadamente bajas, como el Ártico y la Antártida. Sus enzimas deben ser eficientes a pesar de las bajas temperaturas.

Organismos que sobreviven en ambientes ácidos, como fumarolas y géiseres.

Organismos que sobreviven en ambientes alcalinos, como algunos lagos en África y el oeste de los Estados Unidos.

Organismos que sobreviven en ambientes con alta salinidad, como lagos salados naturales y piscinas saladas artificiales.

Las enzimas de los organismos extremófilos tienen aplicaciones industriales importantes, debido a su capacidad de funcionar en condiciones extremas.

Un tipo de bio-reactor donde el catalizador se encuentra fijo, como en un tanque o columna.

Un bio-reactor donde la mezcla se agita constantemente y la composición de los reactivos varía con el tiempo, no con la posición.

Un bio-reactor donde el flujo de los reactivos es constante en una dirección y la composición varía con la posición, no con el tiempo.

Biorreactores donde la mezcla de reactivos no es constante, se trabaja en lotes y se puede utilizar tanto enzima libre como inmovilizada.

Biorreactores donde la mezcla de reactivos es constante y se trabaja de forma continua.

Los bio-reactores discontinuos utilizan enzimas que no se pierden al final del proceso.

Un tipo de biorreactor discontinuo que utiliza un tanque de acero inoxidable con un sistema de agitación, palas y controles para mezclar la enzima soluble con los reactivos.

En bioreactores con enzimas inmovilizadas, el objetivo es mantener la productividad constante mediante el recambio de biocatalizador. Esto evita que la enzima se agote o se separe del soporte.

Para diseñar un biorreactor, es crucial tener en cuenta la inhibición por sustrato o productos. La inhibición por producto es una condición que se puede dar en ciertos sistemas.

Un bioreactor discontinuo se utiliza para trabajar por tandas. El proceso implica llenar el biorreactor, agregar la enzima inmovilizada, dejar que transcurra la reacción y finalmente recolectar el producto.

Un bioreactor continuo permite la formación y salida continua del producto, lo que lo convierte en un sistema ideal para la producción eficiente.

Un biorreactor homogéneo tiene una sola fase en la que se produce la reacción. Por ejemplo, cuando se trabaja con una solución acuosa de enzimas.

Un biorreactor heterogéneo tiene múltiples fases. Por ejemplo, cuando las enzimas están inmovilizadas en un soporte sólido.

Las enzimas en los biorreactores suelen trabajar a temperaturas moderadas (35-40°C). A diferencia de los reactores químicos que operan a altas temperaturas y presiones.

Los fermentadores son autocatalíticos, es decir, las bacterias o levaduras que contienen crecen y generan más células. Esto contrasta con los reactores enzimáticos que no son autocatalíticos.

Un tanque agitado se utiliza para reacciones con enzimas solubles, sustratos sólidos o coloidales, aunque no es adecuado para procesos integrados.

El final de la reacción en un reactor discontinuo implica vaciar el tanque y separar el producto de la enzima.

En un sistema continuo, el sustrato entra constantemente al reactor y el producto sale también de forma continua.

Un reactor de tanque agitado y flujo continuo se utiliza para reacciones donde la entrada de sustrato es continua y la salida de producto se ajusta a la entrada, es decir, la velocidad de entrada y salida son iguales.

Este tipo de reactor tiene un flujo constante de sustrato que entra por debajo y se mezcla con el soporte inmovilizado, lo que facilita la interacción entre el sustrato y la enzima.

Los reactores continuos con lecho empaquetado y recirculación permiten que la mezcla se recircule a través del medio inmovilizado, aumentando la eficiencia de la reacción.

Los bio-reactores pueden funcionar de forma individual o en serie, es decir, la salida de un reactor puede ser la entrada del siguiente.

Los reactores con alimentación continua son ejemplos de bio-reactores continuos donde la entrada de sustrato es constante y la mezcla se agita constantemente.

En bio-reactores de lecho empaquetado, el sustrato se introduce en la columna y se transforma en producto. Si no todo el sustrato se transforma, se pueden recircular los reactivos sin transformar o diseñar columnas independientes para evitar que los productos ya formados ingresen al reactor.

En bio-reactores continuos, a diferencia de los discontinuos, el biocatalizador permanece dentro del reactor. Se introduce sustrato continuamente y se recoge el producto a medida que se forma.

Los bio-reactores continuos permiten ajustar la velocidad de entrada del sustrato y la salida del producto para garantizar una producción constante. Son especialmente adecuados para procesos en serie.

En los bio-reactores continuos, el biocatalizador se mantiene dentro mediante dos métodos: inmovilización de la enzima en un soporte o utilización de una enzima soluble con un sistema de ultrafiltración que separa el producto del catalizador.

Es el principal polisacárido de reserva en las plantas y una importante fuente de calorías para los humanos. Se encuentra en alimentos como el maíz, el trigo y la patata y también se utiliza en diversas industrias, como la alimentaria.

La productividad y el porcentaje de conversión en bio-reactores continuos se controlan ajustando la concentración de sustrato, la velocidad de flujo y asegurando una actividad constante del catalizador.

Una mezcla de dos polisacáridos, la amilosa y la amilopectina, que se encuentran en el almidón. Ambos son polímeros de glucosa, pero difieren en su estructura.

Los bio-reactores continuos se clasifican en cuatro tipos según su diseño: Reactor de Tanque Agitado y Flujo Continuo (TAFC), Reactor de Lecho Empaquetado, Reactor de Lecho Fluidificado y Reactor de Fibra Hueca.

El reactor de tanque agitado y flujo continuo (TAFC) es un tanque grande con agitación constante.

Es una cadena lineal de unidades de glucosa unidas por enlaces alfa 1-4. Es responsable de la textura y la estabilidad del almidón. Se encuentra en menor proporción que la amilopectina.

El reactor de lecho empaquetado se caracteriza por la presencia de un lecho sólido, generalmente un soporte inerte, donde se encuentran las enzimas o microorganismos.

Es una cadena ramificada de unidades de glucosa, unidas por enlaces alfa 1-4 y alfa 1-6. Es responsable de la viscosidad y la gelatinización del almidón y se encuentra en mayor proporción que la amilosa en la mayoría de los almidones.

Los enlaces alfa 1-4 forman la cadena principal de la amilosa y la amilopectina, mientras que los enlaces alfa 1-6 forman las ramificaciones en la amilopectina.

Las cadenas de almidón se asocian mediante puentes de hidrógeno, formando una estructura tridimensional en forma de hélice doble. Esta estructura es responsable de las propiedades físicas del almidón.

Proceso en el que los gránulos de almidón absorben agua y se hinchan, provocando un aumento en la viscosidad del producto. Es crucial para cocinar, hornear y otras aplicaciones culinarias. La temperatura a la que ocurre la gelatinización depende del tipo de almidón.

El proceso donde el almidón se calienta y luego se enfría rápidamente, se forma una estructura rígida que retiene el agua. Se utiliza para crear productos con textura firme, como gelatinas y postres.