ESCALAT

Cultiu d'algues [1][2][3][4]

Introducció

Els cultius d'algues a nivell industrial són processos complexos que poden dur-se a terme mitjançant diferents mètodes:

Cultiu en sistemes oberts: en estancs (raceway) o bé en llacs i llacunes.
Cultiu en sistemes tancats: dins de fotobiorreactors tubulars, en columna d'aireació o placa plana

Per a un millor control de les condicions del cultiu i evitar possibles contaminacions ambientals, es prefereixen els cultius en sistemes tancats, preferentment dins de columnes d'aireació.

Les columnes d'aireació permeten un bon control del subministrament de nutrients i gasos, reduint el risc de contaminació. Com a desavantatge trobem sobretot un major cost d'operació en comparació als sistemes exclusivament oberts.

L'ús de fotobiorreactors de columna d'aireació implica una bona planificació i un bon control i monitoreig de les condicions del cultiu (nutrients, CO2, agitació, pH i temperatura).

Disseny

El sistema consta d'unes columnes altes i estretes per a maximitzar la relació superfície/volum, afavorint així a l'exposició lumínica i la disponibilitat de gasos (agitació).

Els sistemes d'aireació consten d'un sistema de bombolleig continu que assegura una mescla homogènia del cultiu en tot moment així com de la seva distribució de nutrients i gasos.

L'escalabilitat d'aquests processos és senzilla gràcies al disseny modular de les columnes, podent-se afegir o treure quan sigui necessari. El medi es pot recircular per aprofitar la biomassa generada, maximitzant la producció d'aquesta i minimitzant una part dels costos d'operació. A més a més, els sistemes de control es troben automatitzats, facilitant el monitoreig de les condicions de cultiu.

Mida i volum

N'hi ha de varis volums i mides segons el ús al que es destinin:

petits - volums desde 5 a 50 L, d'uns 50 cm a 2 m d'alçada. Destinats a productes cosmètics o mèdics.
mitjans - volums de 50 a 500 L, d'uns 2-5 m d'alçada. Destinats a cosmètica o suplements alimentaris.
grans - volums de 500 a 5000 L o superior, arribant fins als 10 m d'alçada. Destinats a producció de biocombustible.

Consum i costs

El consum energètic d'un reactor en columna d'agitació petit per a cosmètica pot representar uns costos moderats:

- Aireació mitjançant compressors consumint fins a un màxim de 3 kWh.

- Il·luminació mitjançant LED, amb un consum aproximat de 20-100 W per metre quadrat de superfície il·luminada.

Pel càlcul de costos cal tenir els costos d'operació, però també els costos propis de la instal·lació i el manteniment. Els reactors petits poden costar una mitja d'uns 1000 € cadascun, consumint uns 1500 € en estat operatiu constant i uns 300 € de manteniment. El cost global anual mig seria d'uns 3000 € per biorreactor.

Extracció de compostos vegetals [5][6][7]

Introducció

L'extracció de compostos vegetals a nivell industrial comprèn un procés complex de diferents etapes i i tècniques per a la obtenció de substàncies actives pures. Algunes de les tècniques més utilitzades a nivell industrial són les següents:

Maceració i percolació: són mètodes tradicionals, senzills i econòmics però amb alts temps de repòs i rendiment baix/moderat.
Fluids supercrítics, ultrasons i microones: són mètodes innovadors cars degut a la necessitat d'utilitzar equips i materials específics. Generalment els seus rendiments són elevats.
Soxhlet: és un mètode relativament car degut a l'elevat consum energètic i de solvents però alhora amb una capacitat extractiva alta. Permet la recirculació constant dels solvents utilitzats.

Disseny

S'utilitza vidre (borosilicat) per les parts que necessiten ser resistents a la temperatura i agents químics (matràs, cos extractor i columna de refrigeració). La resta de l'aparell sol ser d'acer inoxidable apte per ús industrial.

Per a monitoritzar les condicions de temperatura i nivell dels solvents s'utilitzen sensors industrials i PLCs.

Mida i volum

N'hi ha de varis volums i mides segons el tipus d'indústria:

petits - volums entre 100 i 500 L
mitjans - volums entre 500 i 1000 L
grans - volums fins a 5000 L

Consum i costs

Els costs dependran sobretot de la mida de l'aparell. Per ús a petita escala, el cost inicial rondaria els 100000 €, mentre que a gran escala aquests podrien arribar a ser superiors als 500000 €.

El consum d'operació pot ser desde 5 a 50 kWh diaris i també cal contemplar el cost dels dissolvents emprats. Per a uns costos més reduïts s'aconsella l'ús de solucions d'etanol i aigua i la recirculació de l'aigua utilitzada entre les diferents columnes d'extracció.

Generació de liposomes [8][9][10]

Introducció

Per a la generació industrial de liposomes s'utilitzen equips com extrusors, homogeneïtzadors d'alta pressió, centrífugues i liofilitzadors per a estabilitzar els productes obtinguts. Un cop formats els productes és indispensable emmagatzemar els productes en condicions controlades d'humitat i temperatura que no afavoreixin la seva degradació.

Disseny

Homogeneïtzadors d'alta pressió: formació dels liposomes per forces mecàniques .
Centrífugues: separen els liposomes formats de possibles residus i impureses.
Extrusors: per a produir liposomes de mida uniforme.
Liofilitzadors: eliminen l'aigua dels liposomes per a poder-los emmagatzemar a llarg termini.

Consum i costs

Els costs en l'elaboració de liposomes són altament variables i depenen de múltiples factors com els costos de les matèries primeres a encapsular, la mida dels aparells i el seu consum energètic, la mà d'obra i els costs legals (regulació i adaptació de la planta i documentació segons la normativa vigent per a cada tipus de producte).

Producció cosmètica [11][12][13]

Introducció

La fabricació cosmètica industrial requereix de maquinaria especialitzada per a dur a terme tots els processos. És important emprar equips industrials que permetin complir amb les bones pràctiques de fabricació (GMP) i altres regulacions associades a l'àmbit cosmètic.

Disseny

Els equips bàsics a utilitzar per a qualsevol formulació cosmètica són els següents:

Homogeneïtzadors - dispersen i emulsionen ingredients per a la fabricació de productes semi-sòlids (emulsions). Per a la formulació de cremes solen utilitzar-se homogeneïtzadors d'alta pressió per a reduir la mida de partícula i augmentar l'estabilitat de les emulsions.
Mescladors - agiten i mesclen els ingredients tant sòlids com líquids per a formar emulsions. Uns dels més utilitzats en l'àmbit cosmètic són els mescladors de paletes o tancs agitats.
Sistemes d'omplert (condicionament primari) - permeten omplir i segellar els envasos de forma automàtica, semiautomàtica o manual en diferents formats (tubs, ampolles, vials...). Es prefereixen les envasadores automàtiques tot i que són equips cars i segons el volum de producció emprat són molt més rentables les semiautomàtiques o inclús manuals.
Embalat (condicionament secundari) - permeten agrupar els productes per lots i/o caixes per la seva distribució posterior.
Etiquetatge - permeten etiquetar i introduir el lot dels productes. Les etiquetes poden ser marcades al moment o bé utilitzar-se material ja imprès.

Addicionalment es necessiten equips pel control de qualitat per a mesurar alguns paràmetres com pH, densitat, extensibilitat, color, viscositat i microbiològic.

Mida i volum

Dependrà molt del tipus de fabricació a realitzar. Per exemple, en el cas dels mescladors caldrà tenir en compte si el sistema disposa d'una bomba de buit, així com de la seva mida. Els homogeneïtzadors industrials també presenten un ampli rang de preus en funció de la seva capacitat, pressió màxima d'operació i la qualitat de l'equip.

Les mides del equips dependran del volum de fabricació, trobant-se entre els 5 i 5000 L de capacitat.

En tot cas, tots els equips utilitzats són fabricats amb acer inoxidable de qualitat que compleixin amb la normativa (AISI 304, AISI 316, AISI 304L y 316L).

Consum i costs

Els costs dependran de cada equip i dels temps de funcionament de cadascun d'ells. Els homogeneïtzadors industrials petits presenten una potència de 1 kW fins a 5 kW, depenent sobretot de la capacitat de l'equip. Els tancs d'agitació tenen un consum molt variable en funció de la potència del motor, la velocitat (rpm) aplicada i els temps d'operació, però generalment la potència del motor sol ser d'entre 0,5 kW i 5 kW.

Fonts bibliogràfiques

[1] Gómez P. Desarrollo y validación de tecnologías de intensificación lumínica para fotobiorreactores (FBR) para el aprovechamiento de la radiación en el cultivo de microalgas. Universidad Politécnica de Madrid. 2012.

[2] Gómez P. Tecnología de biorreactores en la producción de bioactivos de microalgas. Universidad Politécnica de Madrid. 2012

[3] Manzoni M. Perspectivas sobre los sistemas de cultivo de microalgas: una revisión crítica. BioTecnología, Año 2021, Vol. 25 No.5

[4] Molina E. Tubular photobioreactor design for algal cultures. J Biotechnol. 2001 Dec 28;92(2):113-31

[5] Manual de operaciones y prácticas extracción sólido –líquido a pequeña escala PS-SL-005 / PE. Generatoris S.A. de C.V. Equipos piloto para capacitación y enseñanza.

[6] Moncholí JL. Diseño de un sistema de extracción de aceite de Cáñamo para su uso en la industria farmacéutica y cosmética. Universitat Politècnica de València. 2020.

[7] Navarro R. Estudio de impacto ambiental para la instalación de una planta de extracción y purificación de componentes bioactivos procedentes de plantas en la localidad de Hervás (Cáceres). Natac Biotech, S.L. 2019

[8] Serpa LF. Encapsulación de extractos vegetales en liposomas y sistemas derivados. Universidad de Cartagena. Cartagena. 2021
[9] Vega N. Liposomas en el desarrollo de formas farmacéuticas semisólidas. Ars Pharm vol.63 nº4 Granada. 2022.

[10] Villanueva D. Síntesis, optimización y caracterización de liposomas como transportadores moleculares. Universidad de Cantabria. Santander 2019.

[11] Díaz-Castillo JP. Recomendaciones para el desarrollo de estudios de estabilidad de productos cosméticos. Programa Safe+ Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial. 2018

[12] Inoxmim process [Internet. Consultat maig 2024]. Disponible a: https://www.inoxmim.com/

[13] Smart batching [Internet. Consultat maig 2024]. Disponible a: https://smartbatching.com/