Desarrollo de los biorreactores
Según la definición más acertada, el biorreactor es un espacio diseñado donde tienen lugar reacciones biológicas. Por lo tanto, el biorreactor es esencialmente un logro de ingeniería y el diseño puede significar un reto para los especialistas en bioingeniería. El biorreactor debe crear una biosfera que proporcione el ambiente ideal para la reacción biológica tan adecuada como sea posible.
El camino para alcanzar y mantener esto es la tarea principal que los ingenieros de biorreactores deben alcanzar. Esa tarea se divide en varios esfuerzos necesarios para llevarlo a cabo. Una es diseñar la entidad física del biorreactor en sí, asegurando condiciones físicas favorables para el transporte de gases, líquidos y sólidos a lo largo del proceso. Otro punto importante es asegurar que la entidad física del biorreactor se adapte favorablemente al sistema biológico que realiza las biorreacciones. Otra más es garantizar que los eventos biofísicos y bioquímicos dinámicos que tienen lugar sean operables en un entorno industrial.
En algunas de estas perspectivas de diseño, el diseño del biorreactor se aborda en una etapa de desarrollo del proceso donde el rendimiento de las operaciones es independiente de la escala o del sistema biológico dentro del biorreactor. Otros abordan sistemas biológicos específicos y los requisitos particulares de estos. Otros toman el punto de vista a nivel holístico: cómo integrar el biorreactor y su diseño en un bioprocesamiento completo con las restricciones que esto crea. Otros se refieren a la provisión de metodologías para observar el biorreactor en I + D, así como en las etapas de operación, para monitorear y controlar y optimizar su desempeño de una variedad de necesidades y propósitos. Otros más proporcionan mejores métodos para ayudar a los ingenieros y técnicos a administrar los procesos del biorreactor en condiciones industriales impredecibles en las que los eventos inesperados, fallas y contratiempos deben interpretarse en poco tiempo y actuar.
Referencias de la biotecnología con implicaciones en el diseño de biorreactores
El biorreactor es un aparato histórico conocido desde la antigüedad. Las antiguas culturas pudieron resolver los desafíos de diseño de bioingeniería con fines prácticos, como la elaboración de vinos y cervezas a partir de la mera experiencia y las observaciones. Esto allanó el camino para la evolución de los procesos biotecnológicos, principalmente para la preparación y producción de productos alimenticios.
La noción de que la vida microscópica es un gran recurso industrial llegó gradualmente al hombre y con cierta resistencia de la propia sociedad científica. Una serie de pasos científicos fundamentales allanaron el camino para el desarrollo de la biotecnología industrial. La creciente comprensión de los mecanismos de las enfermedades y su interacción con la biología celular apoyó este desarrollo.
A principios del siglo XIX, científicos como Lorenz Oken , Theodor Schwann y otros comenzaron a comprender los principios fundamentales del comportamiento de la célula en el cuerpo. Louis Pasteur llevó estas observaciones y conclusiones a una descripción coherente de los mecanismos de fermentación. Más tarde, investigadores como Emile Roux y Robert Koch se dieron cuenta de las implicaciones para la bacteriología y para la propagación de enfermedades. Estos avances en la biología celular y la medicina crearon sinérgicamente los antecedentes necesarios para la explotación del potencial industrial de las células. Por eso, también se establecieron requisitos previos importantes para un mayor desarrollo del diseño de los biorreactores.
La investigación microbiológica aportó una mejor comprensión de los procesos hasta entonces ocultos de la célula y, por lo tanto, del desarrollo de la bioingeniería y de las aplicaciones de biotecnología industrial generalizadas. Es en este marco de actividad bioindustrial y progreso los fermentadores y su diseño han sido moldeados. Sin embargo, cabe destacar que hace 100 años una instalación de biorreactores industriales no se veía muy diferente de los sitios industriales de hoy.
A principios del siglo XX, los procesos de fermentación a gran escala se establecieron con un impacto en la industria de la guerra de ese período. Se estableció la producción de glicerol para uso en la fabricación de explosivos, utilizando levadura para la conversión de glucosa. Otro ejemplo contemporáneo es la producción a gran escala de butanol y acetona por bacterias del ácido butírico, desarrollada por Chaim Weizmann, utilizada primero para explosivos y luego para la fabricación de caucho en la industria automotriz emergente. Sin embargo, estos bioprocesos pronto fueron abandonados por productos derivados del petróleo que tenían una mejor economía de proceso.