Procesos biotecnológicos y bioprocesos (upstream/downstream)
Este dominio cubre el escalamiento y la operación de bioreactores, la cinética microbiana, la transferencia de oxígeno y las estrategias batch, fed-batch y continuo, además de la recuperación y purificación downstream.
Upstream
- En quimiostato, D = F/V; en estado estacionario μ = D y hay lavado si D > μmax.
- La transferencia de oxígeno se describe con OTR = kLa (C* − CL); kLa depende de agitación, aireación y viscosidad.
- La demanda de oxígeno (OUR) crece con la biomasa; si OUR > OTR, el oxígeno disuelto cae y puede limitar el proceso.
- El fed-batch controla la velocidad de alimentación para evitar represión por sustrato e inhibición por producto.
Downstream
La centrifugación y la microfiltración clarifican; la cromatografía de afinidad captura; la ultrafiltración con diafiltración concentra y cambia de buffer; el intercambio iónico y la exclusión molecular pulen. La pureza se reporta como porcentaje de proteína objetivo sobre proteína total, y el factor de purificación es la pureza final dividida entre la inicial.
Ejemplo trabajado
Quimiostato con μmax = 0.5 h⁻¹, Ks = 0.1 g/L, S0 = 10 g/L, Yx/s = 0.5 g/g y D = 0.3 h⁻¹. De Monod, S = Ks·D/(μmax − D) = 0.1 × 0.3 / 0.2 = 0.15 g/L. Luego X = Yx/s (S0 − S) = 0.5 × 9.85 = 4.93 g/L. Si D subiera a 0.6 h⁻¹, se superaría μmax y el cultivo se lavaría.
Errores que cuestan puntos
Usar el sustrato alimentado en vez del consumido; confundir kLa con OUR; olvidar que la solubilidad del O2 disminuye al aumentar la temperatura; validar pureza sin evaluar rendimiento; y escalar por velocidad de punta cuando el criterio debía ser kLa constante.