Biorreactores TECNAL: 1-1000 litros, control automatizado

Biorreactores TECNAL: sistemas de fermentación con control automatizado

¿Qué es un biorreactor?

Un biorreactor es un recipiente (dorna) o sistema con condiciones controladas (de temperatura, oxigenación, presión, pH, concentración de gases y agitación) y propicias para el crecimiento del microorganismo que se cultiva. Se trata de un equipo que debe resistir a la corrosión, presión de esterilización y atender las exigencias de cultivo de diferentes tipos de microorganismos. A pesar de estar compuesto en su construcción por tecnologías avanzadas, es adaptable a diferentes materiales y parámetros de control disponibles.

Fermentación: proceso y definición

Es el proceso por el cual los microorganismos se reproducen a partir de una fuente apropiada de nutrientes, generando un bio-producto. Puede ocurrir naturalmente o por medio de fermentadores, también llamados Biorreactores.

Configuración del biorreactor TECNAL

Módulo de control

Procesar y almacenar: Reúne gran parte de los componentes eléctricos para procesar y almacenar las informaciones y resultados.

Comanda: Comanda acciones mecánicas y envía señales para activar o desactivar acciones, de acuerdo con los parámetros pre-definidos en el software de control.

Dorna o recipiente

En general son cilíndros verticales de acero inoxidable y/o vidrio. Se construyen en dos variantes principales:

• Acero inoxidable: Volúmenes sin límite
• Vidrio: Volúmenes hasta 15 litros

La dorna garantiza: esterilidad del medio de cultivo, condiciones de temperatura y presión para fermentación, soporta temperaturas y vapor de esterilización, y previene contaminación asegurando el trabajo con el microorganismo deseado.

Sensores y equipos auxiliares

Es necesario el control de temperatura, agitación, pH y oxígeno disuelto del medio de cultivo para optimizar la multiplicación de los microorganismos.

Baño termostático: Calentamiento y enfriamiento del agua para circular en la camisa o en la serpentina de la dorna.

Servo motor: Agitación (rpm) y homogeneidad del cultivo.

Compresor de aire y fluxométro: Aireación e inyección de gases en el medio de cultivo.

Bombas peristálticas: Control del pH, control de espuma y dosificación de nutrientes.

Sensores de pH y O₂ disuelto: Lectura de pH y oxígeno disuelto en el medio.

Metodología de trabajo y preparación del medio

La metodología varía de acuerdo con la complejidad de las matrices o con la materia prima escogida, que puede ser por ejemplo caña de azúcar, naranja, algodón, sorgo sacarino, cebada, almidón, paja, melaza, trigo, soja, uva, bagazo de caña, maíz, residuos de madera. Es variable también según la exigencia del microorganismo y del producto que se desea obtener.

Después de definir la materia prima, es necesaria la preparación del medio de cultivo con nutrientes que influenciarán el rendimiento final del producto. Se utilizan:

• Fuentes de carbono: Azúcares, polisacáridos, lípidos
• Fuentes de iones y cationes: Sales minerales (micro y macro nutrientes)
• Fuentes de nitrógeno: Aminoácidos, proteínas, sales minerales (macro y micro nutrientes)

Proceso de fermentación

El proceso de fermentación comienza cuando es realizado el inoculo del agente fermentativo en el Biorreactor (dorna) con el medio de cultivo previamente esterilizado. El inoculo es una solución concentrada del microorganismo que se desea cultivar.

Los principales microorganismos o agentes fermentadores son las levaduras, las bacterias, los hongos y las microalgas.

Software de control y monitoreo

A lo largo del proceso, todos los parámetros de control son monitoreados y corregidos por el software del Biorreactor, que también se comunica con los demás accesorios y sensores del equipo.

Por medio del software, es posible hacer nuevas configuraciones, calibraciones, visualizar gráficos, archivar y exportar los datos para el posterior análisis de los resultados.

Ejemplos de aplicaciones

Modelos y rangos de volumen

TECNAL produce dornas o tanques con volúmenes de 1 a 1000 litros. Con un equipo de desarrollo de productos enfocado exclusivamente en fermentadores y reactores químicos, la empresa tiene experiencia en la fabricación de proyectos especiales, conforme a las necesidades y exigencias del cliente.

Selección de modelo por aplicación y temperatura

La selección del modelo depende básicamente de la aplicación y de la temperatura del proceso. Los Biorreactores convencionales poseen dornas con agitación mecánica por servo motor. Pueden ser divididos en dos grupos, conforme el modelo de termostatización (control de temperatura).

Vasos o dornas encamisadas

El fluido del baño termostático circula en la camisa del vaso. La temperatura de la reacción depende de la capacidad de calentamiento y enfriamiento del baño.

• Dornas encamisadas de vidrio – 1,5 L: utiliza agua en el baño termostático y temperatura entre 10°C y 60°C
• Dornas encamisadas de vidrio/acero inoxidable 316L – 4,3 L: rango similar

Vasos o dornas de pared simple

El fluido del baño termostático circula en una serpentina interna para enfriamiento del medio de cultivo. El calentamiento ocurre a través de una manta que envuelve el vaso. Se utiliza agua o solución hidro-alcohólica en el baño termostático para trabajar con temperaturas 15 a -2°C.

• Dorna de pared simple de vidrio – 4,5 L con manta y serpentina interna

Agitación mecánica: tipos de impulsores

La agitación mecánica permite la homogeneidad del medio de cultivo, la solubilidad de los gases y la posibilidad de trabajar con diferentes materias primas y microorganismos.

Turbinas

• Rushton y Smith: Indicados para fluidos poco viscosos y para trabajos en alta velocidad (100-1000 rpm), con buena dispersión de gases en líquidos y mezcla de fluidos inmiscibles
• 4 aspas inclinadas 45°: Indicado para fluidos poco viscosos con suspensión de sólidos y agitación de fluidos miscibles

Propulsor naval

Indicado para fluidos poco viscosos y para trabajos en alta velocidad (300-1500 rpm), suspensión de sólidos con bajo índice de corte y agitación de fluidos miscibles.

Hélices

• Duplo helicoidal: Debe ser aplicado en fluidos muy viscosos (202-1000 pa.s) con fluido mixto y trabajos en baja velocidad (5-100 rpm)
• Áncora: Ideal para fluidos viscosos (5-50 pa.s) con fluido radial y trabajos en baja velocidad (5-100 rpm)

Biorreactores neumáticos

TECNAL también fabrica biorreactores neumáticos, que pueden ser operados como una columna de burbujas o AIRLIFT (adicionado internamente un divisor de flujo de aire). Son utilizados en investigaciones académicas y en la fermentación, con cultivos sensibles a la agitación mecánica. Permiten el cultivo con diversos tipos de micro-algas y cianobacterias. Hay opciones con un sistema de iluminación con LED en diversos colores.

Excelencia TECNAL: 40+ años de experiencia

El desarrollo de productos en un Biorreactor posibilita ventajas como un control automatizado de inicio a fin de la fermentación y alto rendimiento. Además de esto, la fermentación en Biorreactores proporciona un muestreo seguro, condiciones de cultivo controladas, productividad y estandarización.

Por medio de convenios con agencias de innovación y universidades que posibilitan el intercambio de informaciones entre las áreas académicas e industrial, TECNAL posee una gran experiencia para elaborar proyectos personalizados, de acuerdo con las necesidades del cliente. El trabajo comprende el diseño del proyecto, elaboración del software, pruebas de laboratorio, instalación, entrenamiento técnico hasta servicios de mantenimiento.

Así el cliente de TECNAL cuenta siempre con un excelente equipo, fabricado por quien está hace más de 40 años en el mercado ofreciéndole total seguridad.

Torres de control: BIO-TEC-PRO y TEC-BIO-FLEX-II

BIO-TEC-PRO

Beneficios y ventajas:

• Modelo completo con monitor IHM incorporado de 10 pulgadas y software con diversas mallas de control
• Sistema WiFi opcional
• Controles: temperatura, pH, O₂ (polarográfico u óptico), CO₂ disuelto, espuma, presión, agitación, torque, aireación, CO₂/O₂ gas, mezclador de gases, sensor PAR, gas metano CH₄, turbidez, células viables y sistema de iluminación (fotoperiodo)
• Permite trabajar con sensores digitales y analógicos, y hasta con 5 bombas peristálticas
• Compatible con todos los modelos de vasos (encamisado/pared simple/AIRLIFT)
• Permite esterilización in Situ para vasos entre 25 a 75 litros
• Instalación y entrenamiento realizados por ingenieros de Bioprocesos

Dimensiones: Ancho=370 x Profundo=470 x Alto=760 mm. Peso: 25 kg

Las torres de control evitan el uso de computador externo y almacenan los datos en memoria USB.

Principales objetivos y aplicaciones: Fermentaciones y bioprocesos; cultivo de células animales y microorganismos (bacterias, hongos, levaduras); hidrólisis enzimática y ácida; biomasa, biocombustibles y etanol de 2G; producción de enzimas, vacunas y fármacos; control biológico, bio-inoculantes y bio-fertilizantes; biorremediación y tratamiento de residuos; estudios en minería y bio-lixiviación de minerales; producción de aceites, cremas y cosméticos; reacciones químicas.

TEC-BIO-FLEX-II

Beneficios y ventajas:

• Modelo compacto con monitor IHM de 7 pulgadas incorporado y software intuitivo
• Controles: temperatura, pH, O₂ (polarográfico u óptico), espuma, agitación, torque, aireación, CO₂/O₂ gas, sensor PAR y sistema de iluminación (fotoperiodo)
• Permite trabajar con sensores digitales y analógicos y hasta con 4 bombas peristálticas
• Compatible con todos los modelos de vasos (encamisado/pared simple/AIRLIFT)
• Instalación y entrenamiento realizados por ingenieros de Bioprocesos

Dimensiones: Ancho=280 x Profundo=400 x Alto=720 mm. Peso: 20 kg

Principales objetivos y aplicaciones: Fermentaciones y cultivos de células animales, microorganismos (bacterias, levaduras, hongos), micro-algas y cianobacterias; producción de biomasa, biocombustibles (biogás, biodiesel, bioetanol), enzimas, vacunas, fármacos; biofertilizantes y biopesticidas; biorremediación y floculación; tratamiento de residuos; minería y biometalurgia; producción de aceites, cremas y cosméticos; hidrólisis enzimática y ácida; reacciones químicas.

Biorreactores neumáticos: TEC-BIO-P-AIRLIFT

Para hongos, levaduras y bacterias

Beneficios y ventajas:

• Fácil configuración
• Entrada para sensores de temperatura, pH, CO₂, O₂, nivel de espuma, 4 entradas para dosis, muestreo, septo, agotador y condensador de reflujo
• Termostatización a través de la chaqueta de agua
• Parte inferior del vaso y tapa en acero inoxidable 316L
• Air-Lift con direccionador de flujo ascendente tipo cilíndrico concéntrico
• Relaciones de dimensiones del vaso, exclusivas y patentadas, que maximizan la tasa de transferencia de oxígeno

Los biorreactores con sistema de agitación neumática (por burbujas) son empleados tanto en la investigación académica como en la industria para el cultivo de microorganismos sensibles a la tradicional agitación mecánica.

Volúmenes disponibles: 3,0, 7,5 y 15 litros totales.

Principales objetivos y aplicaciones: Fermentaciones y bioprocesos; cultivos de células animales y microorganismos (bacterias, hongos, levaduras); hidrólisis enzimática y ácida; biomasa, biocombustibles y etanol de 2G; producción de enzimas, vacunas y fármacos; control biológico, bio-inoculantes y bio-fertilizantes; biorremediación y tratamiento de residuos; estudios en minería y bio-lixiviación de minerales; producción de aceites, cremas y cosméticos; reacciones químicas.

Microalgas y cianobacterias: TEC-BIO-P-AIRLIFT-RM

Desarrollado para el cultivo de micro-algas y cianobacterias.

Beneficios y ventajas:

• Vaso de reacción autoclavable y cultivo y muestreo aséptico
• Control de diversos parámetros y sensor de radiación PAR
• Flexibilidad de trabajo, utilizando agitación Air-Lift o columna de burbujas
• Sistema de fotoperiodo con LEDS y rango espectral personalizable
• Ideal para establecimiento de protocolos y estudios iniciales con micro-algas
• Ganancia de biomasa, productividad y eficiencia por automatización de control
• Estudio de composición nutricional, metabolismo y bioquímica de micro-algas

Sistema de fotoperiodo BIO-TEC-LED

• Constituido de 12 o 18 barras con 14 o 28 LEDS cada una, conforme el volumen escogido
• Espectro de la barra a escoger: azul royal (450 nm), verde (525 nm), rojo (630 nm o 660 nm), blanco-frío y blanco-caliente
• Control individual para cada color
• Configuraciones de control: luz temporizado (ciclo día-noche), pulsado (segundos), intermitente (milisegundos) y con rampa de intensidad
• Intensidad máxima entre 100-150 µmol·m⁻²·s⁻¹ por barra en la superficie del vidrio del reactor

Tipos de vasos y materiales

• Vidrio/Acero: Buena visualización y mayor resistencia. Vaso encamisado para mejor visualización del proceso
• Acero inoxidable: Mayor resistencia. Vaso encamisado o pared simple
• Vidrio: Mejor visualización del proceso. Vaso encamisado o pared simple

Escala piloto: especificaciones personalizables

• Esterilización in Situ por vapor o por resistencia externa de tipo collar aislado con lana de Roca
• Sistema de peso: célula de carga para peso bruto
• Visor circular u oblongo embridado para observación
• Salida de fondo personalizable
• Agitador inferior o superior y acoplamiento con unión magnética o mecánica
• Sistema de filtración de aire con cartucho esterilizante
• Volumen e instrumentación personalizable
• Transmisor de presión sanitaria y discos de ruptura
• Puertas de entradas personalizables para sensores mediante instrumentación solicitada
• Sistema de muestreo seguro y aséptico con peso de vapor
• Data book con certificados, pruebas y diseño

Utilidades opcionales: caldera, enfriador y compresor de aire con las respectivas líneas y accesorios.

Accesorios y componentes complementarios

Vaso de reacción: opciones de regulación de temperatura

• Vaso de pared simple con serpentín interno (enfriamiento) en acero inoxidable 316L y manta siliconada (calentamiento)
• Vaso encamisado con circulación de fluido refrigerante (enfriamiento y calentamiento) a través de baño termostático TECBIO-T

Accesorios del vaso

• Tapa en acero inoxidable 316L con cierre por manijas
• Sellado: anillo de Viton a prueba de FDA
• Entradas de la tapa: pozo para Pt-100, pH, O₂, entradas simples y triple (para adición de ácido, base, antiespumante y nutrientes)
• Aspersor de aire tipo disco perforado, sensor de nivel regulable (líquido/espuma), muestreo regulable, tabique, cojinete y condensador de reflujo en acero inoxidable 316L
• Mancal/varilla de agitación: en acero inoxidable 316L, con retenedor en Viton. Incluye dos impulsores tipo Rushton (seis palas planas) con ajustes de altura
• Impulsores opcionales: Smith, naval, inclinada 45°, pitch-blade, doble helicoidal y áncora
• Sistema de muestreo: basado en jeringa, libre de contaminación con reservatorio autoclavable
• Incluye 6 filtros absolutos para aire con porosidad de 0,22 micras, conjunto de anillos de sellado, pinzas, mangueras de silicona, tabique y frasco de muestreo
• Chicana removible de 4 palas a 90° en acero 316L

Motor de agitación

• Servomotor con control de 1-3000 rpm acoplado con sensor óptico de velocidad real con resolución de ±1 RPM

Hollow-fiber: sistema de micro/ultrafiltración

Sistema de micro/ultrafiltración para células, enzimas, proteínas y otras moléculas.

Módulo de control: sensores

• Sensor de temperatura Pt-100 clase A
• Sensor de presión: Rango de trabajo 0-380 mm Hg
• Sensor de nivel de líquido/espuma: Lectura a través de varillas conductivas con control anti-espumante
• Sensores digitales Hamilton/Mettler Toledo
• Redox: Rango de lectura -1.500 a 1.500 mV
• pH: Rango de trabajo 0-14 pH (límites -2 a 16 pH)
• Oxígeno (polarográfico u óptico): Rango de lectura 0-200%

Software y control de parámetros

• Configuraciones, control y monitoreo del proceso por usuarios protegidos con contraseña
• Elaboración de recetas
• Visualización de gráficos
• Diagnóstico
• Ajustes de parámetros
• Archivo de datos
• Registro de alarmas y eventos

Medidor de flujo de gas y analizador de gases

Medidor de flujo de gas (L/min):

• Controlador másico automático vía software
• Rotámetro manual con lectura directa

Analizador de gas:

• Dióxido de carbono (CO₂): Rangos 0-5%, 0-20% o 0-100%
• Oxígeno (O₂): Rango 0-25%
• Sensor óptico (luminiscencia): Polarización innecesaria, menor mantenimiento

Dosificadores de líquidos y utilidades

Dosificadores de líquidos (ml/min):

• Bombas peristáltica para control on-off
• Bombas peristáltica con controles de giro/volumen

Utilidades:

• Compresor de aire

Más información: https://tecnal.com.br/es/produtos

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