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