Biorreactores con Enzimas Inmovilizadas

Las enzimas son macromoléculas de carácter proteico que poseen capacidad catalítica. Esto quiere decir que hacen que las reacciones químicas se produzcan más rápidamente. Esta extraordinaria propiedad junto con otras, como por ejemplo la especificidad de sustrato o la esteroselectividad, justifican el gran interés que han suscitado en el mundo de la química. Cada día se intentan encontrar más y más procesos que se puedan llevar a la práctica por vía enzimática. Pero el empleo de esta tecnología genera problemas derivados principalmente de su alto coste y de la imposibilidad de reutilizarlos cuando se trata de reacciones con enzimas solubles. Es por ello por lo que se han desarrollado diversos tipos de inmovilización para estas enzimas.

Figura 1. Esquema de un reactor de membrana con lipasas inmovilizadas en la membrana

La inmovilización de enzimas presenta una serie de ventajas clave que justifican su utilización en la industria, pero esta técnica no esta exenta también de algún que otro inconveniente. Entre las ventajas podemos destacar que la inmovilización de enzimas permite la reutilización de las mismas, a la vez que aumenta su estabilidad frente a un abanico más amplio de valores de temperatura y pH. También posibilita su operación en continuo así como el diseño de reactores enzimáticos de más fácil manejo y control. Por otro lado, entre las desventajas podemos mencionar que el proceso de inmovilización puede bloquear centros activos de la enzima, haciendo que la actividad global disminuya. Y también la proteína puede ver modificada su conformación con respecto al estado nativo. Otra desventaja es el coste de la inmovilización, pero este se ve compensado por la reutilización de la enzima [1].

Existen distintos tipos de reactores que operan con enzimas inmovilizadas. Entre otros, destacan los reactores que utilizan enzimas inmovilizadas en partículas porosas con forma esférica. En el interior de dichos poros, las enzimas pueden quedar fijadas por métodos físicos y químicos, que aquí no se detallan. Los reactores que operan con este tipo de partículas lo pueden hacer bien en lecho fijo [2], lecho fluidizado [3] o suspendidas en el seno del líquido (tanque agitado o CSTR). También existen otro tipo de reactores que utilizan enzimas incluidas en una membrana semipermeable [5]. Un esquema de este tipo de reactor se muestra en la Figura 1.


Israel Del Amo Rodríguez


Bibliografía

[1] Arroyo, M. (1998) Inmovilización de enzimas. Fundamentos, métodos y aplicaciones. Ars Pharmaceutica 39: 21-37.

[2] Carrara R. C.; Mammarella, E. J.; Rubiolo A. C. (2002). Prediction of the fixed-bed reactor behaviour using dispersion and plug-flow models with different kinetics for immobilised enzyme. Chemical Engineering Journal 92:123-129.

[3] Bódalo, A.; Gómez, J. L.; Gómez, E.; Bastida, J.; Máximo, M. F. (1995). Fluidized bed reactors operating with immobilized enzyme systems: Design model and its experimental verification. Enzyme and Microbial Technology 17:915-922.

[4] Horta, A.; Álvarez, J. R.; Luque, S. (2007). Analysis of the transient response of a CSTR containing immobilized enzyme particles Part I. Model development and analysis of the influence of operating conditions and process parameters. Biochemical Engineering Journal 33:72–87.

[5] Merçon, F.; Erbes, V.L.; Santanna, G.L.; Nobrega, R. (1997). Lipase immobilized membrane reactor applied to babassu oil hydrolysis. Brazilian Journal of Chemical Engineering 14. DOI: 10.1590/s0104-66321997000100005.

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