INGENIERIA DE LOS BIOPROCESOS

ZULLY ZENITH FERRER CARRILLO-1610614

INGENIERIA DE LOS BIOPROCESOS

New Brunswick’s BioFlo®/CelliGen® 115

INFORME

INTRODUCCION

Un biorreactor es un sistema que mantiene un ambientebiológicamente activo e incluso lleva a cabo procesosquímicos que involucran organismos o sustanciasbioquímicamente derivadas de estos. Las características quedebe reunir un birreactor son cruciales al momento dedesarrollar un determinado proceso ya que de esto depende elresultado final. Como estudiante es importante comprender larelación que existe entre la parte biológica y tecnológica.En la primera parte encontramos la aplicación de conceptosbásicos y teóricos que conllevan a desarrollar un modelo y laadaptación creativa e ingenio propio para lograr crear unambiente biológico que garantice y maximice la producción yel crecimiento de un cultivo vivo. En cambio en la segundaparte, el biorreactor debe por tanto suministrar loscontroles necesarios para que la operación o proceso se llevea cabo con economía, alto rendimiento (productividad) y en elmenor tiempo posible.

OBJETIVOS

Identificar y describir un biorreactor con sus partesaccesorias, al igual que la forma como operan ycontrolan.

UNIVERSIDAD FRANCISCO DE PAULA SANTANDERINGENIERIA BIOTECNOLOGICA


Conocer y manipular las diferentes variables queinfluyen en un proceso tales como temperatura, flujo,aire, OD y más.

Conocer las característicastécnicas del equipo; asícomo su programación consoftware con el fin degarantizar un mayoraprovechamiento delfuncionamiento del equipo yviabilidad de resultados

CARACTERISTICAS PRINCIPALES

El fermentador BioFlo 115 es unsistema compacto esterilizable diseñado para operar 24 horasal día, 7 días por semana. El BioFlo 115 es un sistemaversátil para cultivos microbianos (bacterias, hongos,levaduras), células animales, células anaerobias, células deinsectos y microalgas. Se ofrecen en capacidades desde 1.3Lhasta 14L.

Todos los sistemas vienen pre programados con dos modos deoperación: fermentación y cultivo celular proporcionandototal flexibilidad, se pueden cambiar los modosautomáticamente. La estación de control incluye lo necesariopara sus bioprocesos: pantalla táctil, tres bombasperistálticas, controladores de flujo de gas hasta paracuatro gases (aire/O2/N2/CO2), sensor espuma/nivel,controladores de pH/OD y más.



Se ofrece con sistema de calentamiento por vaso enchaquetadoo por manta de calentamiento. Como estándar se incluye elsoftware RPC (Reactor Process Control) para fácil transicióncuando desee escalar. Las configuraciones avanzadasincluyen software BioCommand® Batch Control para programaciónde datos. Con el BioFlo 115 se pueden poner en reacción hasta3 vasos adicionales del mismo o diferente volumen y una solaunidad de control maneja los tres reactores simultáneamente.

CARACTERISTICAS TECNICAS

Vaso Volumen Total

1.3Litros

3.0Litros

7.5Litros

14.0Litros

Volumen de Trabajo

0.4 –1.0

0.8 -2.2

2.0 –5.6

4.0 –10.5

Diseño Con manto de calentamiento (HB) ochaqueta con recirculación de agua(WJ). Vaso en vidrio borosilicato,autoclavable con fondo redondeado

Peso 15 lb(6.8 Kg)

20.5 lb(9.3 Kg)

39.5 lb(18 Kg)

43 lb(19.5 Kg)

Tapa Tapa y soporte en acero inoxidable conpuertos de adición, inoculación, tubospara cosecha de altura graduable

Puertos de adición

10 (6mmy 12mm)

13 (6mmy 12mm)

16(6mm,12mm y19mm)

16 (6mm,12mm y19mm)

Estación de control

Diseño Estación de control compacta concontrolador integrado capaz de soportarhasta 2 vasos adicionales de cultivo.Los vasos adicionales deben trabajarcon una consola de utilidad.Dimensiones 67.6 cm alto x 39.6 cmancho x 40.6 cm profundo. Dosconexiones USB y ethernet

Pantalla Tipo touch screen (21.3 cm) a colorintegrada en la estación de controlpara ahorrar espacio. Con controladorde proceso integrado RPC.

Funciones Monitoreo y control para Fermentacionesy Cultivo Celular



Temperatura Rango 20ºC hasta 70ºC (65ºC máximo para vasode 14L)

Control PID para calentamiento y enfriamiento.Modelo HB con manto de calentamientoexterno y sistema de enfriamiento enacero inoxidable inmerso en el vaso.Modelo WJ con calentamiento yenfriamiento por recirculación de aguaa través del vaso con doble pared

Sensor En platino RTD (pt100)Agitación Eje Con sello magnético o directo

Rango Manejo directo: Fermentación 50 -1200 rpm. Cultivo Celular: 25-400 rpm. Manejo magnético: 25-200 rpm

Control Control PID, manual, automático o cascada

Agitadores Tipo rushton estándar parafermentación. Para cultivo celular tipopitched blade. Opcionales: Marineblade, Cell lift, Spin filter

Bafles Blafes removibles en acero inoxidable únicamente para sistema de fermentación

Aireación Flujo de gas

Opciones

0 – 4 Rotámetros con opción de flujos: 0 -150 mLpm, 250-2500 mLpm, 1-5 Lpm, 1-20 Lpm y más.

Mezcla de gases

Opcional: 1 controlador térmico másicomanual o automático (TMFC): 0.04-20SLPM para mezclado automático de hasta4 gases para atmosferas anaerobias

Aspersor Aspersor de anillo en acero inoxidable.Opcional: Microaspersor

Filtros Filtros hidrofóbicos de entrada de 0.2 µm

pH Rango 2 – 14 PhControl PID, control automático de adición de

ácido/base unido a las bombasSensor Electrodo de pH en vidrio autoclavable

DO Rango 0 – 200%Control PID, 2 rotámetros, cascada con

agitación y mezcla de gasesSensor Electrodo polarográfico autoclavable

Condensador Filtros Hidrofóbico absoluto de 0.2 µmCondensador En acero inoxidable para gases

Bombas peristálticas

Control 3 bombas configurables. 60 Hz/14.4 rpm, 50 Hz/12 rpm



Asignación Bombas asignables para trabajo manual opara control automático de pH, control de espuma y controles de nivel

Sistema de nivel

Sensor Sensor en acero inoxidable para controlde adición de antiespumante o manejarel cultivo de forma continua o lotealimentado. Controlados vía bombasperistálticas

Muestreo Estéril

Ensamble Incluye frascos esterilizables tomamuestra, jeringa, manguera de siliconay estructura en acero inoxidable. Todoel sistema permite tomar muestras deforma completamente estéril.

Mangueras Varios usos Incluye 30 m de manguera de silicona de3/16” y 1/16”. Manguera de PVC paraservicios de agua y manguera paracirculación de aire.

Botellas Acido/Base Incluye 2 botellas para adición deácido/base, el sistema incluye varillasen acero inoxidable, filtros de venteohidrofóbicos, manguera de silicona yconectores rápidos macho/hembra.

Inoculación Opcional: Erlenmeyer de inoculación demicroorganismos con varillas desilicona, tapón en silicona yconectores rápidos macho/hembracompletamente esterilizable

Requ. eléctricos

100 – 230 V Voltaje REGULADO. 50/60 Hz, Fasesimple, 100 – 120V: 10 Amps

Requerimientos de Servicios*

Agua INCLUIDO. Reguladora de agua y manómetro para 10 PSIG máximo. Incluye carcaza y filtro de 50 µm desechable. Manifold con una salida.

Aire INCLUIDO. Reguladora de aire y manómetro para 10 PSIG máximo. Sistema para ser instalado en línea de aire comprimido. Incluye filtro de 50 µm. Manifold con una salida.

Compresor deaire limpio

INCLUIDO. Compresor de aire limpio libre de aceite para suministro de aireal fermentador. Capacidad 21.1 LPM

UPS INCLUIDO. Regulador de corriente y UPS.4 salidas reguladas y 4 con UPS. Capacidad 10 Amp

Software RPC Software integrado para control de variables de proceso. Sensores para



calibración de PH, OD, nivel, bombasperistálticas. Controladores digitalesde temperatura, velocidad de agitación,espuma/nivel, sustrato, dosificación deadición. Software instalado de fábricay operación desde pantalla touch screenincorporada en la estación de control.

Software Biocommand® Batch Control

Software Biocommand Batch Control® Paramonitoreo y control de hasta 7 Vasosfermentadores.Para adquisición,evaluación, exportación y monitoreocompleto de datos. Posibilidad dealarmas, memorizar datos en corridastipo batch. Manejo de setpoints.Graficas de tendencia. Representacióngráfica en sinópticos de la informacióndel proceso. INCLUYE MODULO DEPROGRAMACION.

Teniendo en cuenta las características anteriores, ellaboratorio cuanta con un equipo cuya capacidad total de 7,5L y volumen de trabajo entre 2 a 5,6 L con un peso total de18 Kg. A continuación se muestran imágenes que nos permitencomprender mejor la estructura del equipo.


Conexión de fácil acceso para sondas calentador y motor

Estación de control / Utilidad

Gabinete: Diseño compacto.

Mostrado con soporte buque, condensador de gas de escape yel motor de



Espuma

Acido/Base

OD

Motor

°T

Muestra

Nivel

pH

Retorno agua

Aire

Alimentacion

Entrada deagua

Control de gas.

Conectores rápidos. Para agua de entrada /

Bombas peristálticasTres de velocidad fija (12 rpm). Las bombas se pueden vincular

Muestreo/montaje

Interfaz de pantalla táctil. De serie en el


CONTROLADOR RPC

El Bioflo/Celligen 115 cuenta con un software integrado paracontrol de variables de proceso (RPC). En cada pantalla sepuede realizar calibracion de electrodos, definicion debombas peristalticas, pantalla de ajustes de gases y mas. Elsoftware es operado desde una pantalla tactil incorporada enla estacion maestra de control.


Agitador


APLICACIONES EN EL USO DE UN BIORREACTOR



Los biorreactores permiten la producción de metabolitos, (productos biotecnológicos) entre los cuales encontramos: Fuente: Doran, 1995

Productos Organismo típico utilizado

Mercado mundial (ton/año)

Alcoholes Etanol Saccharomyces cerevisiae

20 millones

Butanol/acetone Clostridium acetobutylicum

2.000

Ácidos Orgánicos

Acido cítrico Aspergillus niger 230.000

Acido glucónico Aspergillus niger 50.000

Acido láctico Lactobacillus delbrueckii 20.000

Aminoácidos Acido Lglutámico

Corynebacterium glutamicum

300.000

L-lisina Brevibacterium flavum 30.000

L-fenilalanina Corynebacterium glutamicum

2.000

L-arginina Brevibacterium flavum 2.000

Antibióticos

Penicilinas Penicillium chrysogenum

40.000

Cefalosporinas Cephalosporium acremonium

10.000

Tetraciclinas Streptomyces aureofaciens

10.000

Entre otros:

productos de belleza procesamiento de alimentos para humanos y animales procesamiento textil y artículos de limpieza aplicaciones industriales: producción masiva de alcohol



suplementos nutricionales: vitaminas, aminoácidos, ácidos orgánicos

CONCLUSIONES

Con el desarrollo del laboratorio comprendimos que las condiciones ambientales de un biorreactor tales como oxígeno, dióxido de carbono, temperatura, pH, oxígeno disuelto (OD) la velocidad de agitación y el flujo debenser monitoreadas cuidadosamente. estos parámetros dependen del tipo de proceso y producto que se desea lograr.

Para que un proceso sea viable, debe llevarse a cabo coneconomía, alto rendimiento y en el menor tiempo posible.

Con la información obtenida en esta práctica y los conceptos vistos en clase podremos desarrollar la cinética biológica de un microorganismo (crecimiento celular), evaluar condiciones y analizar resultados.

REFERENCIAS

www.tekniscience.com/.../BF115_Brochure.pdf

http://newbrunswick.eppendorf.com/en/products/fermentors/

https://www.google.com.co/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0CC4QFjAA&url=http%3A%2F%2Feshop.eppendorfna.com%2Fdocuments%2Fdownload%2FOperating_Manual_BioFlo_CelliGen_115_BioFlo_CelliGen_149094_Operating_Manual&ei=sKWjUuG9DIvrkQfP1oHwDw&usg=AFQjCNFnMDXHHmhJQORBMC7VvQuRoM9edA&bvm=bv.57752919,d.eW0





http://newbrunswick.eppendorf.com/en/products/fermentors/

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