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La fermentación es el proceso de descomposición de una sustancia en sus componentes más simples para provocar cambios químicos y/o físicos en el medio. La fermentación se lleva a cabo en recipientes denominados biorreactores (o fermentadores) diseñados para mantener un entorno óptimo para el cultivo de material orgánico.
Requisitos para un entorno de fermentación óptimo
Como ya se ha mencionado, un biorreactor es el centro de todo proceso biológico, ya que es donde tienen lugar todas las reacciones microbiológicas y bioquímicas. En concreto, es un recipiente diseñado para ofrecer un entorno efectivo para que las encimas o células enteras transformen la materia bioquímica en productos.
¿Qué significa exactamente un entorno efectivo?
En términos de biorreactores, consiste en garantizar un aporte suficiente de gas, mantener los niveles de pH y temperatura y proporcionar nutrientes, ácidos, bases y antiespumantes u oxígeno para propiciar el crecimiento. Para alcanzar estos objetivos, es preciso implementar una tecnología de bombeo adecuada.
Los ingenieros de bioprocesos deben tener en cuenta los siguientes factores al elegir la bomba adecuada:
Viscosidad del fluido
Dado que la mayor viscosidad de un fluido genera fuerzas superiores en la bomba, esta debe ser suficientemente robusta y disponer de un motor capaz de ofrecer el nivel adecuado de par de resistencia.
Sensibilidad del fluido ante el esfuerzo de cizalla
Algunos fluidos son muy sensibles a los esfuerzos de cizalla a los que son sometidos. La bomba adecuada debe asegurar un movimiento suave del fluido para no alterar sus componentes (destrucción de las células del fluido debido a altos esfuerzos de cizalla).
Esterilidad de la trayectoria del fluido
Dado que un entorno estéril es esencial para determinar el éxito de un proceso de fermentación aséptica, el contacto con material orgánico o componentes mecánicos se debe limitar a aquellas piezas que cumplan los estándares sanitarios más exigentes.
Exactitud y precisión
La dispensación exacta y precisa del fluido orgánico al biorreactor es un aspecto importante del proceso de fermentación. Los niveles alcanzables de exactitud y precisión dependen en gran medida de la tecnología de la bomba. Para obtener los niveles máximos posibles de exactitud y precisión, la calibración y el uso de sensores pueden ayudar a superar las limitaciones inherentes a ciertas tecnologías de bombeo.
La función más importante de las bombas en el proceso de fermentación es regular los numerosos ingredientes críticos que entran al reactor. Incluye la medición y el control de los niveles de pH, el suministro de nutrientes, la medición de presión y la prevención de formación de espuma.
Bomba de suministro de nutrientes (1)
Durante un procedimiento biológico, los organismos consumen normalmente una amplia variedad de nutrientes que incluyen agua o soluciones de glucosa de alta viscosidad que se suministran a través de la bomba. También es necesario facilitar varios perfiles de suministro de forma que las bombas puedan incrementar exponencialmente el suministro de fluido según lo requiera el reactor.
Bombas de ácido y de base (2, 3)
En ocasiones, es necesario añadir ácido o base para mantener el entorno deseado en el biorreactor. Para ello, se detectan normalmente los niveles de pH en el interior del dispositivo. Las sustancias se añaden al recipiente de cultivo a través de tubos y bombas, pero se debe obtener la concentración adecuada con precisión.
Bomba de antiespumante (4)
La espuma es normalmente un efecto secundario indeseado del proceso de fermentación en biorreactores, ya que puede interrumpir el flujo de gas. Cuando es necesario, se utilizan bombas para controlar la formación de espuma bombeando fluido antiespumante.
Teniendo en cuenta los requisitos de los biorrectores, las bombas peristálticas son la tecnología de bombeo idónea. Destacan por su capacidad de suministrar líquidos de forma precisa y suave, incluso con alta viscosidad, y de mantener la integridad de cada fluido. En una bomba peristáltica, los tubos son los únicos componentes que entran en contacto con el medio, lo que facilita el cumplimiento de normas sanitarias más exigentes mediante el uso de tubos de calidad.
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