Biorreactores: Enfoque integral en la operación

1. Introducción a los Biorreactores.
1.1. Definición y principios básicos.
1.1.1 Concepto de biorreactores.
1.1.2 Principios fundamentales de operación.
1.2. Historia y evolución de los Biorreactores.
1.2.1 Desarrollo histórico.
1.2.2 Innovaciones tecnológicas a lo largo del tiempo.
1.3. Rol de los biorreactores en la bioeconomía y la sostenibilidad.
 

2. Diseño y tipos de Biorreactores.
2.1. Biorreactores de Tanque Agitado.
2.1.1 Diseño y operación.
2.1.2 Aplicaciones específicas
2.2. Biorreactores de lecho fijo y fluidizado.
2.2.1 Principios de funcionamiento.
2.2.2 Ventajas y desventajas.
2.3. Biorreactores de Membrana y Airlift.
2.3.1 Tecnología de membranas.
2.3.2 Biorreactores airlift.

2.4. Biorreactores para microalgas y fotobiorreactores.
2.4.1 Aplicaciones en biocombustibles y captura de CO₂.
2.4.2 Tipos de fotobiorreactores.
2.5 Criterios para la selección del tipo de biorreactor.

3. Fundamentos de los Bioprocesos
3.1. Microbiología y bioquímica aplicada.
3.1.1 Metabolismo microbiano.
3.1.2 Crecimiento celular y fases del cultivo.
3.1.3 Rutas metabólicas y optimización.
3.2. Cinética de reacciones biológicas.
3.2.1 Modelos de crecimiento celular.
3.2.2 Producción de metabolitos.
3.2.3 Inhibición y limitación de nutrientes.

4. Operación y Control de Biorreactores.
4.1. Parámetros de operación: pH, temperatura y agitación.
4.1.1 Control de variables críticas.
4.1.2 Técnicas de monitoreo.
4.2. Estrategias de control y automatización.
4.2.1 Sistemas de control automatizado.
4.2.2 Implementación de tecnologías de control.
4.3. Monitoreo y análisis de procesos Biológicos.
4.3.1 Sensores y actuadores.
4.3.2 Análisis de datos en tiempo real.
4.4. Cinética de los procesos en Biorreactores.
4.4.1 Cinética de crecimiento microbiano.
4.4.2 Cinética de producción de metabolitos.
4.4.3 Modelos matemáticos y simulación de procesos.

4.5. Transferencia de masa y energía en Biorreactores.
4.5.1 Fundamentos de transferencia de masa.
4.5.2 Transferencia de oxígeno y nutrientes.
4.5.3 Balance de energía y control de temperatura.
4.6 Integración de parámetros y toma de decisiones operativas ( ejemplo de caso )

5. Escalamiento de Biorreactores.
5.1. Criterios de escalamiento y diseño a escala piloto.
5.1.1 Parámetros clave para el escalamiento.
5.1.2 Diseño de biorreactores a escala piloto.
5.2. Problemas comunes en el escalamiento.
5.2.1 Desafíos y soluciones.
5.3. Casos de estudio y análisis de escalamiento industrial.
5.3.1 Ejemplos prácticos de escalamiento.
5.3.2 Lecciones aprendidas.

6. Esterilización y asepsia en Biorreactores.
6.1. Métodos de esterilización y validación.
6.1.1 Técnicas de esterilización.
6.2. Diseño higiénico y buenas prácticas de manufactura.

6.3. Control de contaminación y medidas preventivas.
6.3.1 Estrategias para prevenir la contaminación.
6.3.2 Técnicas de monitoreo y control.
6.4 Respuesta ante eventos de contaminación

7. Aspectos económicos y regulatorios.
7.1. Evaluación de costo-efectividad de Biorreactores.
7.1.1 Análisis económico de bioprocesos.
7.1.2 Optimización de costos.
7.2. Aspectos generales de las normativas y regulaciones en biotecnología (FDA, EMA, ISO, NOMs).
7.2.1 Requisitos regulatorios.
7.2.2 Cumplimiento de normativas.

8. Aplicaciones de los Biorreactores.
8.1. Biorreactores en la Industria Farmacéutica.
8.1.1 Producción de antibióticos y vacunas.
8.1.2 Cultivo de células y tejidos para terapias avanzadas.
8.1.3 Desarrollo de medicamentos bio-adaptativos.
8.2. Biorreactores en la Industria Alimentaria.
8.2.1 Fermentación para la producción de lácteos y bebidas.
8.2.2 Elaboración de aditivos alimentarios.
8.2.3 Producción de enzimas, vitaminas y probióticos.
8.3. Biorreactores en la Industria Ambiental.
8.3.1 Tratamiento de aguas residuales.
8.3.2 Uso de microorganismos para degradación de contaminantes emergentes.
8.3.2 Producción de biocombustibles y bioenergía.
8.3.3 Biorremediación y tratamiento de residuos.
8.4. Biorreactores en la Agricultura y acuicultura.
8.4.1 Producción de biofertilizantes y bioplagicidas.
8.4.2 Cultivo de microorganismos para mejora del suelo.
8.4.3 Uso en acuicultura y maricultura.
8.5. Biorreactores en biocombustibles y bioenergía.
8.5.1 Producción de biodiésel, bioetanol y biohidrógeno.
8.5.2 Roducción de biogás y digestión anaerobia.

9. Avances y Tendencias Futuras.
9.1. Innovaciones tecnológicas en Biorreactores.
9.1.1 Nuevas tecnologías y materiales.
9.1.2 Desarrollo de biorreactores de un solo uso y micro biorreactores.
9.2. Desafíos y oportunidades en la ingeniería de Biorreactores.
9.2.1 Retos en la escalabilidad, economía circular y sostenibilidad.
9.2.2 Oportunidades de mejora y futuro de la tecnología.
 

10. Aplicación Práctica y Análisis de Casos.
10.1. Simulación y modelado de bioprocesos.
10.2. Estudios de casos reales en la industria.
10.3. Tendencias en bioingeniería y automatización de biorreactores.