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Biorreactores con separación de producto integrada

Métodos

En la ingeniería de bioprocesos está imponiéndose un desarrollo revolucionario con los sistemas de reacción con separación integrada. La integración de reactor y separación de producto resulta ventajosa en los siguientes casos:

La figura 1 muestra algunas de las posibilidades de acoplamiento interno o externo de fermentación y separación, que se usan industrialmente.

Figura 1. Biorreactores con separación de producto externa (A - E) e interna (F - H): A) Reactor con sedimentador; B) Reactor con flotación de espuma; C) Reactor con filtración de flujo cruzado; D) Reactor con adsorbedor externo; E) Combinación Diálisis - reactor; F) Fermentador extractivo; G) Separación interna por medio de diálisis; H) Fermentador al vacío

Algunos problemas de este tipo de sistemas son la necesidad de un sistema complejo de esterilización, la coordinación entre la velocidad de sustitución del material en el reactor y la velocidad del flujo de separación, prevención de la reducción en la cantidad de nutrimentos, y prevención del ingreso o acumulación de materiales tóxicos.

Reactores de membrana

La reacción y la separación se combinan en los denominados reactores de membrana (figura 2). La membrana tiene las siguientes funciones:

Figura 2. Reactores de membrana: A) Reactor de membrana plana; B) Fermentador con filtración de flujo cruzado; C) Fermentador con filtros de rotación; D) Reactor de fibra porosa con células en la cámara de retención

a) Membrana; b) Biocatalizador

Se emplean membranas de ultrafiltración, microfiltración y diálisis. El biocatalizador puede presentarse libre en el espacio de retención, adsorbido como una capa limítrofe en la membrana, o inmovilizado en los poros de la membrana.

La eficiencia de reactores de membrana plana es baja (figura 2A), pero las unidades de filtración de flujo cruzado (figura 2B), filtros dinámicos (figura 2C), unidades de diálisis, y módulos de fibra hueca (figura 2D), resultan apropiados para aplicaciones industriales.