Bioseparaciones 1

Prof. Rogelio Valadez Blanco

Proceso de separación

• Los procesos de separación y purificación son la base en la producción de productos biotecnológicos.

Medios de biorreacción

• Mezclas complejas:

– Células

– Productos extracelulares

– Productos intracelulares

– Sustratos

– Otros metabolitos (impurezas)

Elección de técnica de separación

• Estado del producto: intra o extra-celular

• Tamaño, carga

• Solubilidad del producto

• Escala del proceso

• Valor final del producto

Criterio decisivo

• Evaluación costo-beneficio del proceso biorreacción y de bioseparación

• Factores:

– Sustrato

– Enzimas u organismos

– Separación del producto

Factores a considerar en separación

• Viscosidad

• Concentración del producto

• Impurezas, partículas indeseadas

• Conc. final del producto y forma de venta

Costo de separación

Proceso de separación

Tren de separación

1. Remoción de partículas:

Filtración

Centrifugación

Sedimentación/decantación

2. Separación primaria

Extracción

Absorción

Precipitación

Ultrafiltración

Tren de separación

3. Purificación

Precipitación fraccional

Cromatografía

Adsorción

4. Separación final del producto

Centrifugación-secado

Secado de tambor o liofilización

Remoción de disolventes orgánicos

Recuperación de células o partículas sólidas

• Separación en base a propiedades físico-químicas:

– Tamaño

– Densidad

– Solubilidad

– Difusividad

Tamaños de partícula

Separación de acuerdo al tamaño de partícula

Recuperación de células o partículas sólidas

• Para el rango de partículas celulares (0.5-5 µm) se utiliza:

– Densidad

– Tamaño

• Operaciones:

– Filtración

– Centrifugación

– Sedimentación

Pretratamiento

• Floculación de células – Envejecimiento

• Tratamiento por calor, pH

• Adición de químicos:

– Polielectrolitos

– Cloruro de calcio

– Arcillas coloidales

• Mejora de separación

– Factor de 100-200

Selección de proceso de separación de partículas

• Sedimentación

– Tratamiento de aguas residuales a larga escala

– Industria de fermentaciones

• Centrifugación

– Corriente concentrada de células, llamado crema

– Comportamiento fluido

– Contenido de sólidos 15% p/v)

• Filtración

– Produce sólidos celulares (20-35% p/v)

SEDIMENTACIÓN

• Partículas tienden a agregarse, coagular y flocular.

• Se usan reactivos químicos: cationes o polímeros

• Precipitación de biomasa:

– Tratamiento de aguas residuales

– SCP

– Cerveza

CENTRIFUGACIÓN

• Remoción de células de cultivos: levaduras

• Remoción de sólidos no microbianos: sustratos sólidos en extracciones

• Diferencias grandes en densidad: centrifugación-decantación

Filtración de torta

Sólidos en

suspensión

Material

filtrante

Filtrado

Torta de

filtración

ΔP

Se separan grandes cantidades de sólido mediante el

uso de un gradiente de presión a través de un material

filtrante

Flujo normal

FILTRACIÓN

Filtración de clarificación

Sólidos en

suspensión

Material

filtrante

Clarificado

Partículas

atrapadas

ΔP

Se utiliza para separar pequeñas cantidades de sólidos

a partir de un fluido. Las partículas se atrapan en el

interior de medio filtrante o en superficie.

Flujo normal

Filtración por flujo tangencial

La corriente de alimentación fluye a gran velocidad de manera tangencial al medio filtrante (membranas) con un gradiente de presión de transmembrana

Suspensión o

solución

Material

filtrante

Permeato

Flujo tangencial

Formación

de gel

ΔP

Aplicaciones

• Concentración de solutos – Productos extracelulares

– Productos intracelulares

• Concentración de biomasa

• Reactores de membrana