Prefaci
1. Processos de bioseparació
1.1 Què separem en la bioseparació?
1.2 A què és degut un elevat cost de la bioseparació?
1.3 Característiques dels processos de separació: l?agent de separació
1.4 Diagrama de blocs d?un procés d?exemple: la recuperació dels antibiòtics
1.5 Conclusions
2. Filtració
2.1 Factors que intervenen en la filtració
2.1.1 Medis filtrants i filtres industrials
2.2 Teoria de la filtració
2.3. Filtració a pressió constant. Tortó incompressible
2.3.1 Tortó incompressible i compressible: dades de compressibilitat
2.3.2 Millora de la velocitat de filtració
2.4 Selecció de filtres continus a pressió constant: Càlcul del cabal mitjà
2.5 Càlcul del rentat
2.5.1 Volum de rentat
2.5.2 Temps de rentat
2.6 Càlcul d?un filtre industrial a partir de dades de laboratori
2.7 Consideracions finals i recomanacions
2.8 Notació
3. Centrifugació
3.1 Velocitat terminal en un fluid per acció de la gravetat
3.1.1 Moviment de la partícula en un camp centrífug
3.1.2 Temps de sedimentació en una centrífuga
3.2 Centrífuga de cistella tubular
3.3 Centrífuga de discs
3.4 Teoria sigma
3.4.1 Rendiment de la centrífuga
3.4.2 Canvi d?escala. Proves en una màquina pilot
3.5 Centrífuga filtrant
3.6 Ultracentrifugació en biologia molecular i biotecnologia
3.6.1 Coeficient de sedimentació
3.6.2 Determinació del pes molecular amb la ultracentrífuga analítica
3.6.3 Sedimentació en un gradient de densitat
3.7 Consideracions finals
3.8 Nomenclatura
4. Disrupció cel·lular
4.1 La membrana cel·lular
4.1.1 Resistència mecànica de la membrana: Osmosi i xoc osmòtic
4.2 Ruptura cel·lular amb reactius químics
4.2.1 Detergents
4.2.2 Solvents
4.2.3 Enzims i antibiòtics
4.3 Disrupció mecànica
4.3.1 Homogeneïtzació
4.3.2 Termodinàmica
4.3.3 Molins de boles
4.4 Consideracions finals
5. Floculació
5.1 Fonaments de la floculació
5.2 L?estabilitat dels col?loides liofòbics
5.2.1 La doble capa elèctrica
5.2.2 Concentració de coagulació: regla de Schulze-Hardy
5.3 Coagulació de col?loides industrials
5.4 Floculants sintètics industrials
5.4.1 Els floculants en biotecnologia
5.5. Consideracions finals: disseny dels floculadors
5.6 Notació
6. Precipitació
6.1 Solubilitat de les proteïnes
6.1.1. Estructura i grandària
6.1.2 Càrrega elèctrica de la proteïna en dissolució
6.1.3 Efecte dels solvents no-solvents en el medi
6.1.4 Precipitació per efecte salí
6.1.5 Més sobre l?efecte de les sals: l?equació de Cohn
6.1.6 Precipitació per calor
6.2 Cinètica de precipitació de proteïnes en un tanc amb agitació
6.2.1 Mescla ràpida
6.2.2 Nucleació
6.2.3 Floculació browniana (creixement pericinètic)
6.2.4 Floculació per esforços de tall de l?agitador (agregació ortocinètica)
6.2.5 Ruptura i degradació mecànica del precipitat
6.3 Precipitació de proteïnes a una escala més gran: les regles de canvi d?escala
6.3.1 Canvi d?escala mantenint P/V = constant: els gradients de tall màxims
6.3.2 Canvi d?escala mantenint el gradient de tall constant: valors de P/V que en resulten
6.4 Conclusions
6.5 Notació
7. Extracció líquid-líquid
7.1 Fonaments de l?extracció
7.1.1 Constants d?equilibri: solvents d?extracció
7.1.2 Selecció del dissolvent
7.1.3 Sistemes de tipus I i de tipus II: coordenades rectangulars
7.2 Càlcul del nombre d?etapes d?equilibri
7.2.1 Un mesclador-sedimentador continu o discontinu
7.2.2 Contactes amb corrents encreuats (o per càrregues successives)
7.2.3 Multietapa a contracorrent, líquids parcialment miscibles
7.2.4 Rendiment d?etapa i rendiment global
7.3 Dissolucions diluïdes, solvents totalment immiscibles
7.3.1 Aplicacions en biotecnologia
7.3.2 Factor d?extracció i equació de Kremser
7.4 Extracció d?antibiòtics, pH swing i extracció inversa o reextracció
7.5 Extracció diferencial amb contacte continu
7.5.1 Transferència de massa
7.5.2 Balanç de massa en un dz de torre
7.5.3 Càlcul de NTUOx
7.5.4 L?extractor com un bescanviador
7.6 Càlcul i selecció de columnes
7.6.1 Altura de l?etapa teòrica (o HETS)
7.6.2 Aparells industrials d?extracció
7.6.3 Especificació d?un extractor industrial i canvi d?escala
7.7 Extracció amb un solvent aquós bifàsic
7.7.1 Balanç de solut en l?extracció aquosa
7.7.2 Línies d?enllaç en un solvent bifàsic
7.8 Conclusions
7.9 Notació
8. Adsorció
8.1 Fonaments de l?adsorció i aplicacions a la biotecnologia
8.2 Velocitat i equilibri d?adsorció segons Langmuir
8.2.1 Altres isotermes: la isoterma lineal i la de Freundlich
8.2.2 Energètica
8.2.3 Regeneració tèrmica
8.2.4 Regeneració de l?adsorbent en biotecnologia
8.2.5 Isoterma de Freundlich
8.2.6 Isoterma generalitzada per carbó activat
8.3 Càlcul de les operacions d?adsorció
8.3.1 Una etapa o diverses etapes de contacte. Operacions per càrregues
8.3.2 Operació d?adsorció en llit fix, isoterma lineal
8.3.3 Perfil parabòlic intrapartícula i força impulsora lineal
8.3.4 Equilibri local (o en un centre actiu)
8.3.5 Model de l¿adsorció en llit fix: Corba de ruptura
8.4 Operació de desorció de solut d?un llit fix, isoterma lineal
8.4.1 Resum de les solucions del models d¿adsorció lineal
8.5 Pèrdua de càrrega per fricció en llits porosos
8.6 Càlcul empíric del canvi d?escala: mètode LUB
8.6.1. Càlcul de la LUB de proves a escala reduïda
8.7 Moments de la resposta temporal
8.8 Canvi d?escala basat en els paràmetres del model
8.8.1 Metodologia simple de canvi d?escala
8.8.2 Metodologia més elaborada de canvi d?escala
8.9 Adsorció no lineal: isoterma de Freundlich
8.9.1 Isoterma no-lineal: Càlcul del punt de ruptura
8.9.2 Estimació del punt de ruptura. Disseny de l?adsorbidor
8.10 Avaluació dels paràmetres i consideracions finals
8.11 Consideracions finals
8.12 Notació
9. Cromatografia
9.1 Fonaments de la cromatografia d?elució
9.1.1 Velocitat del front d?ona d?un component
9.2 Anàlisi d?una columna com una sèrie de N adsorbidors
9.2.1 Conseqüències
9.2.2 Efecte de la transferència de massa
9.3. Anàlisi d?una columna contínua
9.4 Eficàcia de la columna: equació de Van Deemter
9.5 Paràmetres que defineixen la separació de dos components
9.5.1 Resolució de dos pics
9.5.2 Control de la resolució
9.5.3 Control de l?amplada del pic
9.6 Disseny de la columna, separació de proteïnes i canvi d?escala
9.6.1 Velocitat d?operació de la columna i difusivitat dels soluts
9.6.2 Diàmetre de partícula
9.6.3 Disseny per canvi d?escala en cromatografia
9.6.4 Altres regles de canvi d?escala de columnes i llits fixos
9.6.5 Columnes de purificació de proteïnes: regla de Yamamoto
9.6.6 Utilització de columnes en paral?lel
9.7. Tipus de cromatografia més utilitzats en biotecnologia
9.7.1 Cromatografia de bescanvi iònic
9.7.2 Cromatografia d?afinitat
9.7.3 Permeació sobre gel (GPC o d?exclusió per mida)
9.8 Consideracions finals
9.9 Notació
10. Filtració tangencial
10.1 Processos de filtració tangencial
10.2 Fonaments de la filtració tangencial
10.2.1 Definicions: factor de concentració, rendiment, pressió osmòtica
10.2.2 Factor de retenció i propietats de la membrana
10.2.4 Disseny del procés d?UF
10.3 Models de transport de solut a través de la membrana
10.3.1 Model de resistències en sèrie: càlcul del flux
10.3.2 Model de transferència de massa: càlcul del flux
10.3.3 Polarització i concentració de gelificació
10.3.4 Coeficients de transferència de massa
10.4 Microfiltració
10.4.1 Flux de permeació en MF
10.5 Operacions i processos de filtració tangencial en biotecnologia
10.5.1 Procés de concentració: operació per càrregues amb recirculació
10.5.2 Operació de concentració: procés per càrregues (amb recirculació) en cas de polarització
10.5.3 Procés de concentració en continu: 1 etapa o multietapes en sèrie
10.5.4 Procés de diafiltració: operacions de rentat o canvi de tampó
10.6. Mòduls comercials premuntats per a filtració tangencial
10.7. Canvi d?escala de la filtració tangencial
10.8 Consideracions finals i conclusions
10.9 Notació
11. Cristal·lització
11.1 Fonaments de la cristal·lització
11.1.1 Cristalls
11.1.2 Sobresaturació
11.1.3 Puresa
11.1.4 Velocitat de nucleació
11.1.5 Velocitat de creixement d?un cristall
11.2 Cristal·lització de bioproductes. Operacions per càrregues o contínues
11.3 Estadística de mides de cristalls, nombre de cristalls i densitat de població: DMC
11.3.1 Operacions de cristal·lització: procés continu
11.3.2 Funció de densitat de població
11.3.3 Moments
11.3.4 Mida de cristall predominant o més freqüent
11.3.5 Coeficients cinètics
11.3.6 Nombre de cristalls per kg de producte
11.3.7 Relació velocitat de nucleació vs. velocitat de producció
11.4. Cristal·lització discontínua
11.4.1 Refredament temperatura-temps a sobresaturació constant
11.4.2 Cristal·lització discontínua amb dilució
11.4.3 Model del procés de cristal·lització amb dilució
11.5 Cristal·litzadors industrials
11.6 Canvi d?escala dels cristal·litzadors
11.7 Notació
12. Assecatge
12.1. Els assecadors
12.1.1 El contacte gas-sòlid
12.1.2 Perfils de temperatura a l?assecador
12.2 Fonaments de l?assecatge de sòlids
12.2.2 Assecadors discontinus de contacte directe: règim de velocitat d?assecatge constant
12.3 Assecadors industrials
12.4 Assecadors discontinus de contacte indirecte
12.4.1 El cas més senzill: assecatge per conducció, temps d?assecatge
12.4.2 Assecador industrial de safates. Càlcul precís de la transmissió de calor
12.5 Assecadors adiabàtics continus
12.5.1 Balanços de massa i entalpia en assecadors continus
12.5.2 Fluïdització i assecadors de llit fluïditzat: model semiempíric
12.6. Consideracions finals
12.7 Notació
Annexos
Annex 1: Fòrmules de Van der Laan
Annex 2. Mides de partícula i anàlisi granulomètrica
Annex 3. Aire humit i diagrama psicromètric
Bibliografia
Aquest llibre és el resultat de l?experiència de l?autor en la docència i el desenvolupament experimental de processos, a la indústria química a diferents empreses i universitats. La biotecnologia moderna es basa en la genètica molecular, però, sense els processos posteriors de separació i purificació a escala de producció, cap bioproducte no pot ser una realitat comercial. Partint del bioreactor, s?estudien en aquest llibre: la filtració, la disrupció cel·lular, la centrifugació, la precipitació, la floculació, l?extracció LL, la adsorció/desorció, la cromatografia, la ultrafiltració/diafiltració, a més de la cristal.lització i l?assecatge, aplicats a la biotecnologia, fent èmfasi en el canvi d?escala en cadascún dels processos.
