Volumen útil, organismo, oxígeno, automatización y validación: las cinco preguntas que te ayudarán a elegir el biorreactor o fermentador adecuado para tu proceso.
Cuando comparamos la oferta de un biorreactor, el dato que más destaca suele ser el volumen nominal. Sin embargo, es el que menos decide el éxito de un proyecto.
Un equipo bien elegido se define por cinco respuestas: cuánto volumen útil necesitas, qué organismo cultivas, cuánto oxígeno demanda tu cultivo, qué nivel de control exiges y qué validación te pedirá tu sector.
En Techmi Group fabricamos biorreactores y fermentadores desde 0,25 L hasta 30.000 L. En este artículo recorremos las cinco preguntas y señalamos qué equipo de nuestra gama responde a cada una. Del laboratorio a la planta industrial.
1. ¿Cuál es tu volumen de trabajo real y en qué etapa de escalado estás?
El volumen nominal de un tanque no es el volumen útil. La espuma, la aireación y el espacio de cabeza limitan cuánto medio puedes cargar. Techmi Bio 500 trabaja entre 200 y 400 L; Techmi Bio 1000, entre 800 y 900 L; y los fermentadores de sólidos operan con un 30 % a 50 % de llenado. Dimensiona siempre por volumen de trabajo.
La segunda parte de la pregunta es en qué punto de la cadena de escalado estás, porque cada etapa pide un equipo distinto:
- Desarrollo y laboratorio (0,25 a 10 L). El Techmi Bio Lab con tanque de vidrio es el punto de partida. Si necesitas comparar condiciones, la versión de doble tanque opera dos cultivos en paralelo o por separado, y la estación de múltiples vasos permite hacer screening de cepas y optimizar medios con control independiente de cada vaso.
- Escala piloto (20, 30 y 50 L). El Techmi Bio Pilot y el Techmi Bio Pharma, en acero inoxidable 316L, reproducen fermentaciones en condiciones próximas a las industriales. Es el primer paso de un tren de escalado.
- Producción pequeña o intermedia (500 y 1.000 L). Sirven tanto para producir como de paso intermedio hacia volúmenes mayores. El Bio 1000 puede suministrarse en versión dual, con dos fermentadores.
- Producción industrial (hasta 30.000 L). El fermentador industrial Techmi Bio 30.000 L se diseña a medida del proceso.
Laboratorio → Planta piloto → Producción industrial
Si tu proceso va a escalar, conviene definir la cadena completa desde el principio. Un tren de escalado de fermentación integra fermentadores de 20 a 30.000 L, de modo que cada etapa se diseña para alimentar a la siguiente y no hay que rediseñar entre una y otra. Si quieres profundizar, te lo contamos en ¿Cuál es la importancia de elegir el biorreactor adecuado para el futuro de tus bioprocesos?
2. ¿Qué organismo cultivas y qué exige al equipo?
Bacteria, levadura, hongo filamentoso o célula no piden lo mismo. La viscosidad del caldo, la sensibilidad al cizallamiento y la tendencia a formar espuma condicionan el tipo de agitación, el sellado y la estrategia de antiespumante.
Por ejemplo, el Techmi Bio Lab se utiliza para cultivar microorganismos como Bacillus subtilis, Trichoderma harzianum, Bradyrhizobium japonicum o Rhizobium phaseoli, con aplicación en enzimas, bioinsumos y biofertilizantes.
Las decisiones de diseño que cambian según el organismo son estas:
- Material del tanque. Vidrio con fondo ovalado y camisa de agua en laboratorio (0,25 a 10 L); acero inoxidable 316L desde los 20 L.
- Sistema de agitación. El Bio Lab agita entre 50 y 2.000 rpm con una precisión de ±1 rpm. En los equipos de 20 a 50 L puedes elegir accionamiento superior directo o acoplamiento magnético inferior, que evita atravesar la pared del tanque con el eje: una ventaja cuando el cultivo es largo y el riesgo de contaminación debe ser mínimo.
- Tipo de fermentación. Si tu organismo crece mejor sobre un sustrato sólido que en medio líquido, necesitas otro tipo de reactor.
Para la fermentación en estado sólido, el Techmi Bio Fes FSS es un fermentador horizontal de tambor agitado con palas internas de flujo axial y radial, que gira entre 0 y 22 rpm con motor reversible. Controla temperatura, velocidad de agitación y humedad, se fabrica en acero inoxidable 316L y se ofrece en tamaños de 10 a 1.000 L y a medida. Es la opción para la esporulación de Trichoderma, enzimas, probióticos y biofertilizantes sobre granos, cáscaras de cereal u otros residuos agrícolas.
La pregunta de fondo es sencilla: ¿tu organismo se cultiva sumergido o sobre sólido? De ella depende la familia de equipos que debes mirar.
3. ¿Cuánto oxígeno necesita tu cultivo en el pico de demanda?
La transferencia de oxígeno es el cuello de botella más habitual cuando un proceso aerobio pasa del laboratorio a la planta. La velocidad con la que puedes suministrar oxígeno disuelto al caldo se expresa así:
OTR = kLa · (C* – CL)
Donde C* es la solubilidad del oxígeno en las condiciones de operación y CL es la concentración de oxígeno disuelto en el caldo. El coeficiente kLa depende de la agitación, del caudal de aire, de la presión, de la geometría del tanque y de las propiedades del medio.
Lo que debe cubrir el equipo no es la demanda media del cultivo, sino la demanda en el pico, que suele darse al final de la fase exponencial o durante la alimentación en fed-batch.
Al evaluar un biorreactor, comprueba tres cosas:
- Rango de agitación. Nuestros trenes de escalado cubren de 50 a 1.000 rpm según el tamaño del tanque, y el Bio Lab llega a 2.000 rpm en laboratorio.
- Presión de operación. En los fermentadores de gran escala es configurable hasta 3 bar, lo que aumenta la solubilidad del oxígeno.
- Control de oxígeno disuelto (DO). Los trenes de escalado lo controlan de 0 a 100 % con una precisión de ±0,1 %.
Pide siempre al fabricante el OTR máximo o el kLa del equipo en tus condiciones de proceso, y mídelo a pequeña escala antes de escalar. El Bio Lab de doble tanque está pensado, entre otros usos, para estudios de cinética, de transferencia de oxígeno (kLa) y de escalado, de modo que puedes obtener los datos de partida antes de decidir el tamaño del equipo definitivo.
4. ¿Qué nivel de automatización necesitas?
La automatización no es un extra: determina la reproducibilidad entre lotes y la cantidad de trabajo manual que exige cada fermentación. El nivel adecuado depende de la etapa:
- Laboratorio. El Bio Lab y el Bio Lab de doble tanque integran control de temperatura, pH, oxígeno disuelto y agitación, con cuatro bombas peristálticas para dosificar ácido, base, antiespumante y medio. Soportan procesos en batch y fed-batch, y su pantalla táctil a color registra los datos con trazabilidad. La estación de múltiples vasos añade control independiente por vaso y recetas de proceso almacenables.
- Piloto. Los equipos de 20 a 50 L incorporan PLC Siemens con pantalla táctil de 10″, control PID con autoajuste y consignas por curvas seccionadas. Incluyen alarmas de nivel y de espuma con reposición y adición automática de antiespumante, registro de eventos, informes de lote y gestión de contraseñas.
- Industrial. Los equipos de 500 y 1.000 L cuentan con cinco electrodos para el control automático, bombas peristálticas de reposición, tapa con elevación automática y PLC Siemens serie S7-1200. En los fermentadores industriales y de sólidos se añaden monitorización a distancia y automatización a medida.
Antes de elegir, responde a tres preguntas: ¿tu proceso es batch o fed-batch?, ¿necesitas trazabilidad completa de los datos de cada lote para una auditoría? y ¿debe el equipo integrarse con el SCADA o con el sistema de control de tu planta? Una respuesta afirmativa a la segunda o a la tercera te lleva a un nivel de automatización superior al de un simple controlador de sobremesa.
5. ¿Qué validación y documentación exige tu sector?
No se valida igual un bioinsumo agrícola que un proceso farmacéutico, y el coste de equivocarte de nivel aparece al final del proyecto, cuando ya hay un equipo instalado.
En diseño, estos son los puntos que conviene revisar:
- Acero inoxidable 316L y ausencia de ángulos muertos en el tanque, que facilitan la limpieza y reducen el riesgo de contaminación.
- Válvulas especiales de muestreo y descarga, tanto en el tanque como en las tuberías de transferencia.
- Limpieza y esterilización in situ (CIP/SIP) en los trenes de escalado.
- Construcción bajo normas GMP. Techmi Bio Pharma, de 20 a 50 L, está concebido para laboratorios y procesos que requieren GMP.
En documentación y calificación, define desde el URS, no al final, lo que tu auditor o tu cliente te va a pedir: el paquete documental del equipo, las pruebas de aceptación en fábrica y en planta (FAT y SAT) y las calificaciones de instalación, operación y desempeño (IQ, OQ y PQ). Si tu proceso es farmacéutico, comprueba además cómo gestiona el sistema de control la integridad de los datos: acceso por usuario con contraseña, registro de eventos y alarmas, y trazabilidad de cada lote.
Pide siempre al fabricante, por escrito, qué documentación entrega y qué normativa aplica a cada equipo concreto.
Qué equipo de la gama corresponde a cada etapa
Resumen de la gama de biorreactores y fermentadores de Techmi Group según la escala y el uso.
| Equipo | Escala | Uso principal | Control y automatización |
|---|---|---|---|
| Techmi Bio Lab | 0,25 a 10 L (vidrio) | I+D, inicio de procesos, enzimas y bioinsumos | Agitación 50 a 2.000 rpm, cuatro bombas peristálticas, batch y fedbatch |
| Bio Lab de doble tanque | 0,25 a 10 L | Ensayos comparativos en paralelo, estudios de kLa y escalado | Temperatura ±0,1 °C, pH, DO y agitación, registro y trazabilidad |
| Estación de múltiples vasos | Varios vasos de pequeño volumen | Screening de cepas y optimización de medios | Control independiente por vaso, 0 a 1.000 rpm, recetas almacenables |
| Techmi Bio Pilot | 20, 30 y 50 L (316L) | Escalado, obtención de parámetros, amplificación de semilla | PLC Siemens, pantalla de 10″, PID con autoajuste, informes de lote |
| Techmi Bio Pharma | 20, 30 y 50 L (316L) | Procesos que requieren GMP, farmacéutico y biotecnológico | Curvas por tramos, alarmas de nivel y espuma, registro de eventos |
| Techmi Bio 500 | 500 L (200 a 400 L de trabajo) | Producción pequeña y paso intermedio de trenes | Cinco electrodos, PLC Siemens S7-1200, tapa con elevación automática |
| Techmi Bio 1000 | 1.000 L (800 a 900 L de trabajo) | Producción pequeña o mediana, versión dual con dos tanques | Cinco electrodos, PLC Siemens S7-1200, tapa con elevación automática |
| Tren de escalado | 20 a 30.000 L | Cadena completa de escalado con CIP/SIP | Temperatura ±0,1 °C, pH 2 a 12 (±0,01), DO 0 a 100 %, hasta 3 bar |
| Industrial 30.000 L | Hasta 30.000 L, a medida | Grandes producciones industriales | Automatización y flow a medida, monitorización a distancia |
| Bio Fes FSS | 10 a 1.000 L y a medida (sólidos) | Fermentación en estado sólido de hongos | Temperatura, humedad y velocidad (0 a 22 rpm), SCADA y monitorización a distancia |
Checklist para tu URS
Antes de pedir oferta, comprueba que tu especificación responde a estos puntos:
- Volumen de trabajo (no nominal) y etapa de la cadena de escalado en la que se usará el equipo.
- Organismo, tipo de fermentación (sumergida o en estado sólido) y requisitos de agitación, cizallamiento y espuma.
- Demanda de oxígeno en el pico (OUR) y valores de OTR o kLa que garantiza el fabricante.
- Modo de operación (batch o fed-batch), nivel de automatización, registro de datos e integración con SCADA.
- Material, diseño higiénico, CIP/SIP y normativa aplicable (GMP u otra).
- Documentación y calificaciones exigidas: FAT, SAT, IQ, OQ y PQ.
- Documentación y calificaciones exigidas: FAT, SAT, IQ, OQ y PQ.
Responder a estas preguntas antes de solicitar oferta evita sobredimensionar el equipo, reduce las iteraciones de diseño y acorta el camino hasta el primer lote.
Porque elegir bien un biorreactor no es elegir el más grande: es elegir el que mejor responde a tu proceso, hoy y en cada escala.
¿Estás valorando comprar un biorreactor o necesitas escalar un proceso existente? Nuestro equipo puede revisar tu caso y ayudarte a definir la solución adecuada para cada etapa. Escríbenos a info@techmigroup.com o contacta con nosotros.