Fotobiorreactor de capa fina con alta productividad volumétrica.

Fotobiorreactor (1) para el cultivo de células, que comprende un soporte (2) de escorrentía que presenta una superficie e inclinado con una pendiente media según una dirección de inclinación

(I-I), sobre la cual discurre una disolución y que presenta un lado aguas arriba (21) y un lado aguas abajo (22), comprendiendo la disolución unas células en suspensión, caracterizado porque el fotobiorreactor (1) comprende un remonte (3) que dirige la disolución del lado aguas abajo (22) al lado aguas arriba (21) según una dirección de remontada sustancialmente paralela a la dirección de inclinación (I-I).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/064659.

Solicitante: CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (CNRS).

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 3, RUE MICHEL-ANGE 75016 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: LEGRAND,JACK, PRUVOST,JEREMY, LE BORGNE,FRANÇOIS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE;... > EQUIPOS PARA ENZIMOLOGIA O MICROBIOLOGIA (instalaciones... > C12M1/00 (Equipos para enzimología o microbiología)

PDF original: ES-2465524_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Fotobiorreactor de capa fina con alta productividad volumétrica.

Campo de la invención La presente invención se refiere al campo del cultivo celular en fotobiorreactor. Más particularmente, la invención se refiere a un fotobiorreactor para el cultivo de células que comprende una superficie inclinada con una pendiente media según una dirección de inclinación, sobre la cual discurre una disolución y que presenta un lado aguas arriba y un lado aguas abajo, comprendiendo la disolución unas células en suspensión.

Estado de la técnica La productividad de los fotobiorreactores (producción de biomasa por unidad de volumen) está directamente vinculada con la superficie específica del mismo (razón de superficie iluminada con respecto a volumen de cultivo) . El aporte de luz es en efecto un factor limitante principal de este tipo de procedimiento. La absorción de la luz es importante en el volumen de cultivo. Por tanto, es necesario utilizar fotobiorreactores que presenten grandes superficies específicas iluminadas tal como se muestra en la figura 5 que representa la productividad volumétrica (en kg/m3.h) en función del espesor de la capa de disolución (en m) para dos flujos luminosos recibidos (q0 = 250 W.m-2 y q0 = 50 W.m-2) .

Los fotobiorreactores habituales funcionan con capas de disolución de espesor comprendido entre 5 cm y 30 cm para una productividad volumétrica de 4.10-2 kg.m-3.h-1 máxima (para un espesor de 5 cm y un flujo luminoso de 250 W.m-2) .

No obstante, la investigación para la obtención de una capa fina lleva a un confinamiento elevado de los cultivos, lo que genera numerosos problemas técnicos de puesta en práctica: dificultad para agitar el medio para garantizar transferencias suficientes (de nutrientes, razón gas/líquido, térmicas) y formación de biopelículas sobre las paredes expuestas a la luz impidiendo así que la luz penetre en la disolución.

Una solución para obtener grandes superficies específicas iluminadas es disminuir el espesor de las disoluciones en las que se cultiva la biomasa.

La patente US nº 5 981 271 proporciona un ejemplo de fotobiorreactor para el cultivo de algas y cianobacterias, en el que el espesor de cultivo (que según los autores está comprendido habitualmente entre 15 cm y 30 cm) se disminuye hasta quedar comprendido entre 5 mm y 18 mm. Esto se hace posible utilizando dos planos rectangulares inclinados, que comprenden cada uno un lado de anchura aguas arriba más elevado que el otro lado de anchura aguas abajo. El lado de anchura aguas abajo de un primer plano está situado a la misma altura que el lado aguas arriba de un segundo plano y estos dos lados están en comunicación de fluido entre sí. Los dos planos están dispuestos capiculados, de manera que el lado aguas abajo del segundo plano se encuentra en la vertical del lado aguas arriba del primer plano. Un colector está situado bajo el lado aguas abajo del segundo plano. Un circuito de remontada que comprende una bomba permite llevar la disolución recogida en el colector hacia el lado aguas arriba del primer plano. Por tanto la disolución discurre sobre los dos planos y sube al primero en un circuito de circulación cerrado.

Los dos planos presentan pendientes del 1, 1% al 2, 5%, lo que corresponde a inclinaciones en ángulo comprendidas entre 0, 63º y 1, 43º.

Un inconveniente de este fotobiorreactor es que el colector y el circuito de remontada constituyen volúmenes oscuros en los que las células no se exponen a la luz. En efecto, para este fotobiorreactor, debe estar presente un volumen mínimo en el colector para que la bomba del circuito de remontada pueda funcionar. Estas zonas oscuras presentan entonces como consecuencia la disminución de la producción de biomasa. Además, las células, una vez en el colector, no circulan durante un cierto tiempo, lo que resulta nefasto para la productividad.

Además, la utilización de una bomba para hacer subir la disolución hacia la parte superior del fotobiorreactor impide aumentar la inclinación. En efecto, el aumento del ángulo de inclinación conlleva la necesidad de un colector más importante y por tanto el aumento de los volúmenes oscuros.

Otro inconveniente de este fotobiorreactor es la disposición de dos soportes inclinados capiculados necesaria con el fin de minimizar el tiempo de permanencia en el circuito de remontada. La utilización óptima en condición solar de iluminación requiere maximizar la captación del flujo luminoso por el sistema buscando una orientación (con respecto al norte) y una inclinación (con respecto a la horizontal) adecuadas de los soportes inclinados. La disposición capiculada con una inclinación opuesta de los dos soportes inclinados les impide por tanto funcionar de manera óptima simultáneamente: debiéndose elegir la exposición óptima para una u otra de las superficies. Para permitir que el cultivo fluya, uno de los dos soportes inclinados se coloca además a una altura más importante que el otro. El resultado es que, durante un periodo del día, este soporte inclinado crea sombra sobre la superficie del

segundo, disminuyendo la eficacia global del fotobiorreactor.

El documento FR 2 596 412 facilita otro ejemplo de fotobiorreactor que comprende un conducto, longitudinal, que presenta una sección rectangular y en el que circula una disolución nutritiva cargada con microorganismos. Este conducto presenta una posición inclinada de manera que la suspensión celular fluye por gravedad. La parte inferior del conducto inclinado está conectada mediante canalizaciones a medios de recirculación de tal manera que la disolución nutritiva puede subir desde la parte inferior hacia la parte superior del conducto inclinado. Los medios de recirculación comprenden un depósito de almacenamiento en el que circula un flujo de aire que permite que la disolución nutritiva suba desde la parte inferior hacia la parte superior del conducto.

Descripción de la invención Un objetivo de la invención es paliar por lo menos un inconveniente del estado de la técnica. Para ello, la invención propone un fotobiorreactor para el cultivo de células que comprende una superficie inclinada con una pendiente media según una dirección de inclinación sobre la que discurre una disolución y que presenta un lado aguas arriba y un lado aguas abajo, comprendiendo la disolución células en suspensión, caracterizado porque el fotobiorreactor comprende un remonte que dirige la disolución del lado aguas abajo al lado aguas arriba según una dirección de remontada sustancialmente paralela a la dirección de inclinación.

Una ventaja de la invención es disminuir el volumen oscuro y permitir el aumento de la inclinación del plano.

Otras características opcionales y no limitativas son:

-el remonte es un tubo transparente que se extiende en paralelo a la dirección de inclinación;

-el fotobiorreactor comprende un ajustador de la pendiente media y el remonte es solidario con el soporte de escorrentía inclinado;

-el fotobiorreactor comprende un dispositivo de rotación del fotobiorreactor según un eje vertical;

-el soporte de escorrentía inclinado comprende un punto de altura mínima, al nivel del cual está situado un orificio de entrada del remonte y por lo menos un punto de altura máxima, al nivel del cual está situado un orificio de salida del remonte;

-el soporte de escorrentía es plano y rectangular, y en el que está formado una canalón mediante una zona al nivel del lado aguas abajo del plano, estando este canalón inclinado según una dirección perpendicular a la dirección de inclinación del soporte de escorrentía;

-el fotobiorreactor comprende un cubierta transparente para cubrir la superficie inclinada, estando está cubierta adaptada... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Fotobiorreactor (1) para el cultivo de células, que comprende un soporte (2) de escorrentía que presenta una superficie e inclinado con una pendiente media según una dirección de inclinación (I-I) , sobre la cual discurre una disolución y que presenta un lado aguas arriba (21) y un lado aguas abajo (22) , comprendiendo la disolución unas células en suspensión, caracterizado porque el fotobiorreactor (1) comprende un remonte (3) que dirige la disolución del lado aguas abajo (22) al lado aguas arriba (21) según una dirección de remontada sustancialmente paralela a la dirección de inclinación (I-I) .

2. Fotobiorreactor (1) según la reivindicación 1, en el que el remonte (3) es un tubo transparente que se extiende en paralelo a la dirección de inclinación (I-I) .

3. Fotobiorreactor (1) según la reivindicación 1 o 2, que comprende un ajustador (4) de la pendiente media y en el

que el remonte (3) es solidario con el soporte (2) de escorrentía inclinado. 15

4. Fotobiorreactor según una de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende un dispositivo de rotación del fotobiorreactor según un eje vertical.

5. Fotobiorreactor según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el soporte (2) de escorrentía inclinado

comprende un punto de altura mínima (23) , al nivel del cual está situado un orificio de entrada (31) del remonte (3) y por lo menos un punto de altura máxima (24) , al nivel del cual está situado un orificio de salida (32) del remonte (3) .

6. Fotobiorreactor (1) según la reivindicación 5, en el que el soporte (2) de escorrentía es plano y rectangular, y en el que un canalón (25) está formado por una zona al nivel del lado aguas abajo del plano, estando este canalón (25) 25 inclinado según una dirección perpendicular a la dirección de inclinación (I-I) del soporte de escorrentía.

7. Fotobiorreactor (1) según una de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende una cubierta transparente para cubrir la superficie inclinada, estando está cubierta adaptada para dejar una capa de aire en la superficie de la disolución de escorrentía.

8. Fotobiorreactor (1) según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la superficie inclinada del soporte (2) de escorrentía presenta asperezas.

9. Fotobiorreactor (1) según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que se aplica en la superficie inclinada del

soporte (2) de escorrentía un revestimiento hidrófilo para aumentar la energía superficial del soporte (2) de escorrentía y/o antiadherente para evitar la adhesión de las células sobre la superficie del soporte (2) de escorrentía.

10. Fotobiorreactor (1) según una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que un distribuidor (6) de la disolución está

situado en la salida del remonte (3) , estando este distribuidor (6) adaptado para distribuir la disolución, de manera 40 que la escorrentía recubra totalmente la superficie del soporte (2) de escorrentía.