Regeneración Completa de Tejidos Ingeniería de Tejidos
La regeneración es la reactivación del desarrollo para restaurar tejidos faltantes.
El proceso de regeneración puede ocurrir en múltiples niveles de la organización biológica y la habilidad de los diferentes organismos para regenerar partes faltantes es altamente variable, sin embargo la capacidad de regenerar al menos alguna estructura es común en todos los phyla animales.1 La regeneración puede darse entonces a nivel celular, de tejido, de órgano, estructura e incluso del cuerpo entero pero en algunos organismos no se da o es altamente limitada.1 El proceso de regeneración de extremidades faltantes se ha observado en múltiples organismos, salamandras, cangrejos y estrellas de mar entre otros2 y la regeneración de individuos enteros a partir de pequeños fragmentos se ha observado en planarias y varios cnidarios.3 1 Por otro lado hay organismos como las aves y los nemátodos que son prácticamente incapaces de cualquier tipo de regeneración.
Fuente: Reyesibaceta
Multiplicidad de Estados Estacionarios - Estabilidad Estática Diseño de Reactores Químicos
F.Cunill, M.Iborra, J.Tejero
En la resolución del modelo matemático de un RCTA de modelo de flujo de mezcla perfecta, en el que el caudal, composición de alimentación, y caudal de producto vienen determinados, es posible más de una solución. Ante esta situación es necesario estudiar la viabilidad de cada uno de los posibles estados estacionarios.
Para poder visualizar de forma sencilla supongamos un sistema de densidad constante donde se lleva a cabo una reacción, A→B, de primer orden (rA=-kcA). Si X1A=0 y la densidad es constante, se tiene que qo=q1=q2, woA=w1A y coA=c1A, por lo que la ecuación de diseño 
es en este caso la siguiente,
ecuación sigmoidea entre XA y T, por tanto es necesario plantear el balance de entalpía (2.11). Si el intercambiador usa un caudal wc muy elevado o un vapor que condensa se tiene que la diferencia de temperatura (T-Tc) es constante y el balance de entalpía resulta
es en este caso la siguiente,ecuación sigmoidea entre XA y T, por tanto es necesario plantear el balance de entalpía (2.11). Si el intercambiador usa un caudal wc muy elevado o un vapor que condensa se tiene que la diferencia de temperatura (T-Tc) es constante y el balance de entalpía resulta
La representación gráfica de ambas ecuaciones y de las soluciones al sistema se representa en la figura siguiente.
Según la pendiente y la ordenada en el origen del balance de entalpía las soluciones pueden ser una, dos o tres. Como puede observarse si la reacción es exotérmica la solución es multiple mientras que si es endotérmica es única. En el primer caso claramente el nivel de conversión que proporciona cada una de las soluciones es distinto siendo A<b<c. Siempre interesa que la con versión sea la máxima posible, pero a la vez es necesario combinarlo con la máxima temperatura admisible y la estabilidad térmica del sistema.
Los reactores químicos son unidades que presentan frecuentemente grandes dificultades de control, en particular si las reacciones son rápidas y exotérmicas, pudiendo ser peligrosas y potencialmente explosivas. El que el fenómeno sea controlable depende de la velocidad de producción y de eliminación de calor. Si la velocidad de producción es superior a la de eliminación el reactor se irá calentando, pudiendo llegar a fundir y/o producirse una explosión. Consecuentemente se procederá a estudiar como es el calor producido sobre el eliminado en cada uno de los posibles puntos estacionarios para determinar su estabilidad (diagrama de Van Heerden).
El calor producido por la reacción es
Si para una sola reacción se introduce la velocidad extensiva de la reacción que proporciona el balance de materia
, se obtiene 
.
Mientras que el eliminado es
El punto A es un punto de funcionamiento estable pero de conversión baja. Entre A y B el calor producido es inferior al eliminado por lo que el reactor no puede funcionar continuamente de forma estable, de manera que evoluciona hacia el punto A.
En el punto B el calor eliminado es igual al producido, pero sin embargo es inestable ya que una pequeña perturbación hará que el sistema evolucione hacia A (enfriamiento) o hacia C (calentamiento o runaway). Si aumenta la temperatura se tiene que Qp>Qe y el sistema se calentará más desplazandose hacia C a través del correspondiente estdo no estacionario, mientra que si disminuye evolucionarà hacia A ya que se enfriará más al ser Qp<Qe. Es decir, entre B y C el calor producido es superior al eliminado por lo que el reactor no puede funcionar continuamente de forma estable, de manera que evoluciona hacia el punto C. Este punto B se denomina de encebamiento o ignición ya que es la temperatura mínima a la que debe calentarse el reactor durante la puesta en marcha para que pueda alcanzar por sus propios medios el punto estable C de mayor conversión. En A y C qualquier variación de la temperatura hace que el sistema revierta sobre si mismo. El punto A se denomina de extinción.
La situación de inestabilidad potencial del punto B puede convertirse en estable si se adiciona al reactor un sistema corrector (CONTROL) que corrija las desviaciones que se produzcan, ya que a veces conviene trabajar en zonas cercanas a la inestabilidad.
El criterio de inestabilidad e estabilidad estática, es decir, la inherente al sistema sin elementos correctores de control, puede expresarse matemáticamente por las desigualdades mostradas en la Tabla 2.2. La condición implica una respuesta instantánea del reactor a la temperatura, lo cual no siempre ocurre así. La estabilidad desde un punto de vista estricto y riguroso tiene que estudiarse desde el punto de vista dinámico (ESTABILIDAD DINÁMICA), resolviendo el modelo matemático en estado no estacionario y observando las trayectorias de evolución del reactor con el tiempo.
Variando la temperatura, la composición del alimento y/o el calor eliminado la posición de los estados estacionarios se modifica. A continuación se presenta la influencia de dichos parámetros.
El la figura A el BME amarillo corresponde a la temperatura del alimento por debajo de la cual sólo existe un estado estacionario de baja conversión, mientras que el BME verde corresponde a la temperatura del alimento por encima de la cual sólo existe un estado estacionario de elevada conversión. Entre ambas existen 2 o 3 estados estacionarios.
Se puede demostrar que para R reacciones independientes exotérmicas pueden existir como máximo 2R+1 estados estacionarios de los cuales R son inestables (ver Figura C).
Para reacciones exotérmicas reversibles se presenta una
casuística idéntica (ver Figura D). En este caso se observa que hay una temperatura óptima de operación en la que la conversión es máxima para un valor de θ dado. Por encima o por debajo de ésta Tm la conversión disminuye.
En el caso de reversible endotérmica podría haber 3 estados estacionarios, pero no es normal empezar a una temperatura elevada.
De la ecuación (2.17) combinada con la ecuación de diseño se deduce que Qp es función de la energía de activación de la reacción de manera que cuanto mayor es ésta menos abrupta es la función Qp(T). De igual forma se deduce que también es función del tiempo espacial como se muestra en la Figura E.
Según la pendiente y la ordenada en el origen del balance de entalpía las soluciones pueden ser una, dos o tres. Como puede observarse si la reacción es exotérmica la solución es multiple mientras que si es endotérmica es única. En el primer caso claramente el nivel de conversión que proporciona cada una de las soluciones es distinto siendo A<b<c. Siempre interesa que la con versión sea la máxima posible, pero a la vez es necesario combinarlo con la máxima temperatura admisible y la estabilidad térmica del sistema.Los reactores químicos son unidades que presentan frecuentemente grandes dificultades de control, en particular si las reacciones son rápidas y exotérmicas, pudiendo ser peligrosas y potencialmente explosivas. El que el fenómeno sea controlable depende de la velocidad de producción y de eliminación de calor. Si la velocidad de producción es superior a la de eliminación el reactor se irá calentando, pudiendo llegar a fundir y/o producirse una explosión. Consecuentemente se procederá a estudiar como es el calor producido sobre el eliminado en cada uno de los posibles puntos estacionarios para determinar su estabilidad (diagrama de Van Heerden).
El calor producido por la reacción es
Si para una sola reacción se introduce la velocidad extensiva de la reacción que proporciona el balance de materia
, se obtiene .Mientras que el eliminado es
El punto A es un punto de funcionamiento estable pero de conversión baja. Entre A y B el calor producido es inferior al eliminado por lo que el reactor no puede funcionar continuamente de forma estable, de manera que evoluciona hacia el punto A.En el punto B el calor eliminado es igual al producido, pero sin embargo es inestable ya que una pequeña perturbación hará que el sistema evolucione hacia A (enfriamiento) o hacia C (calentamiento o runaway). Si aumenta la temperatura se tiene que Qp>Qe y el sistema se calentará más desplazandose hacia C a través del correspondiente estdo no estacionario, mientra que si disminuye evolucionarà hacia A ya que se enfriará más al ser Qp<Qe. Es decir, entre B y C el calor producido es superior al eliminado por lo que el reactor no puede funcionar continuamente de forma estable, de manera que evoluciona hacia el punto C. Este punto B se denomina de encebamiento o ignición ya que es la temperatura mínima a la que debe calentarse el reactor durante la puesta en marcha para que pueda alcanzar por sus propios medios el punto estable C de mayor conversión. En A y C qualquier variación de la temperatura hace que el sistema revierta sobre si mismo. El punto A se denomina de extinción.
La situación de inestabilidad potencial del punto B puede convertirse en estable si se adiciona al reactor un sistema corrector (CONTROL) que corrija las desviaciones que se produzcan, ya que a veces conviene trabajar en zonas cercanas a la inestabilidad.
El criterio de inestabilidad e estabilidad estática, es decir, la inherente al sistema sin elementos correctores de control, puede expresarse matemáticamente por las desigualdades mostradas en la Tabla 2.2. La condición implica una respuesta instantánea del reactor a la temperatura, lo cual no siempre ocurre así. La estabilidad desde un punto de vista estricto y riguroso tiene que estudiarse desde el punto de vista dinámico (ESTABILIDAD DINÁMICA), resolviendo el modelo matemático en estado no estacionario y observando las trayectorias de evolución del reactor con el tiempo.Variando la temperatura, la composición del alimento y/o el calor eliminado la posición de los estados estacionarios se modifica. A continuación se presenta la influencia de dichos parámetros.
- Influencia de la temperatura del alimento (T1)
- Influencia de la presencia de inertes en el alimento
- Influencia del calor eliminado: varia la pendiente y la ordenada en el origen del BE
El la figura A el BME amarillo corresponde a la temperatura del alimento por debajo de la cual sólo existe un estado estacionario de baja conversión, mientras que el BME verde corresponde a la temperatura del alimento por encima de la cual sólo existe un estado estacionario de elevada conversión. Entre ambas existen 2 o 3 estados estacionarios.
Se puede demostrar que para R reacciones independientes exotérmicas pueden existir como máximo 2R+1 estados estacionarios de los cuales R son inestables (ver Figura C).Para reacciones exotérmicas reversibles se presenta una
casuística idéntica (ver Figura D). En este caso se observa que hay una temperatura óptima de operación en la que la conversión es máxima para un valor de θ dado. Por encima o por debajo de ésta Tm la conversión disminuye.
En el caso de reversible endotérmica podría haber 3 estados estacionarios, pero no es normal empezar a una temperatura elevada.
De la ecuación (2.17) combinada con la ecuación de diseño se deduce que Qp es función de la energía de activación de la reacción de manera que cuanto mayor es ésta menos abrupta es la función Qp(T). De igual forma se deduce que también es función del tiempo espacial como se muestra en la Figura E.
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Calor Conservación de Alimentos
Hector Massaguer
El calor como agente biocida va a desnaturalizar las proteínas y los enzimas. Valdrá cualquier temperatura superior a la temperatura máxima de crecimiento. Distinguimos 3 rangos básicos de temperatura: menor a 100º, pasteurización, superior a 100º, esterilización, y de aproximadamente 100º, que es la que se da al freír, cocer los alimentos y en las conservas caseras.
Pasteurización y esterilización
La pasteurización destruirá a todos los patógenos o destruirá un elevado número de organismos alterantes. Se trata de combinar la temperatura y el tiempo, en los límites mostrados en la tabla. En el caso de la pasteurización es necesario un tratamiento posterior de algún tipo para conservar el alimento.La esterilización destruirá supuestamente todos los organismos viables presentes en la muestra. Mediante una esterilización comercial se destruirán casi todos los organismos viables de la muestra. El número que quedará es tan bajo que no se podrá detectar en los cultivos normales o bien no será significativo. Se deberán seguir las normas típicas de envasado y almacenado.
La técnica de la Ultra High Temperature, UHT, consiste en el uso de temperaturas estériles, superiores a 100º C, generalmente cercana a 140 – 150º C, pero durante tiempos cortos. La principal ventaja es que se preservan mucho mejor las características organolépticas del alimento.
Termoduria
Se trata de la resistencia al calor. Normalmente las esporas son termodúricas. La termoduria depende del tipo de organismo, así como del estado fisiológico de ésta, de manera que la resistencia será diferente en la fase de crecimiento que en la fase estacionaria. También dependerá de las condiciones del medio. En condiciones óptimas, la resistencia aumentará, mientras que en condiciones no óptimas, disminuirá. También es muy importante la actividad de agua, de manera que a menor AW, mayor resistencia, y a mayor AW, menor resistencia. Cualquier factor que afecte a la AW intervendrá en la resistencia al calor de la bacteria, al menos de manera indirecta.
Se ha de tener en cuenta que se ha de conseguir la temperatura en todo el alimento, incluso en el centro. Además, hemos de considerar dos opciones. Hemos de considerar si esterilizamos el alimento y el envoltorio a la vez, o bien si los esterilizaremos por separado, para envasarlos después en asepsia.
Los organismos que más problemas ocasionarán serán los termodúricos y las esporas de algunos géneros, como Clostridium o Bacillus.
La cinética de activación será una cinética normal de primer orden, como la que se muestra en la gráfica anterior, cuya pendiente dependerá del microorganismo, así como de las condiciones en que se encuentre, por lo que normalmente será más útil usar condiciones desfavorables para el organismo. Será mucho más útil que la actividad de agua sea lo más elevada posible. Además, se ha de tener en cuenta que hay sales que favorecen y otras que perjudican la termorresistencia.
Se conoce como tiempo de reducción decimal al tiempo necesario en unas condiciones dadas, en que el número de organismos se reduzca un logaritmo. De manera que “12D” sería el tiempo necesario para que se reduzca 12 logaritmos. Se conoce como TDT, Thermal Death Time, al tiempo necesario para matar un número determinado de organismos a una temperatura determinada. Además, existen una serie de factores, medidos en Fahrenheit. F es igual a D a 250º C. Z es la franja de temperatura necesaria para que la cantidad de viables descienda un logaritmo.
Características de los organismos termófilos
La principal característica de los organismos termófilos es su termorresistencia. Algunos de los que podemos encontrar son de los géneros Bacillus o Clostridium, junto con arqueobacterias, pero estas últimas no se de mucho interés para la industria alimentaria.
Dentro de los enzimas de los termofilos podemos distinguir 3 categorías:
Se ha de tener en cuenta que se ha de conseguir la temperatura en todo el alimento, incluso en el centro. Además, hemos de considerar dos opciones. Hemos de considerar si esterilizamos el alimento y el envoltorio a la vez, o bien si los esterilizaremos por separado, para envasarlos después en asepsia.
Los organismos que más problemas ocasionarán serán los termodúricos y las esporas de algunos géneros, como Clostridium o Bacillus.
La cinética de activación será una cinética normal de primer orden, como la que se muestra en la gráfica anterior, cuya pendiente dependerá del microorganismo, así como de las condiciones en que se encuentre, por lo que normalmente será más útil usar condiciones desfavorables para el organismo. Será mucho más útil que la actividad de agua sea lo más elevada posible. Además, se ha de tener en cuenta que hay sales que favorecen y otras que perjudican la termorresistencia.
Se conoce como tiempo de reducción decimal al tiempo necesario en unas condiciones dadas, en que el número de organismos se reduzca un logaritmo. De manera que “12D” sería el tiempo necesario para que se reduzca 12 logaritmos. Se conoce como TDT, Thermal Death Time, al tiempo necesario para matar un número determinado de organismos a una temperatura determinada. Además, existen una serie de factores, medidos en Fahrenheit. F es igual a D a 250º C. Z es la franja de temperatura necesaria para que la cantidad de viables descienda un logaritmo.
Características de los organismos termófilos
La principal característica de los organismos termófilos es su termorresistencia. Algunos de los que podemos encontrar son de los géneros Bacillus o Clostridium, junto con arqueobacterias, pero estas últimas no se de mucho interés para la industria alimentaria.
Dentro de los enzimas de los termofilos podemos distinguir 3 categorías:
- Termorresistentes de por sí, independientemente de la temperatura de crecimiento
- Termorresistentes, si hay los nutrientes adecuados en el medio
- Termorresistentes a la temperatura de crecimiento, pero no a T más altas
Normalmente suelen ser más hidrofóbicas que otras proteínas. Los ribosomas de los termofilos parecen más resistentes a los de los mesófilos, debido posiblemente a una mayor proporción de G y C. Es importante, porque la temperatura máxima de crecimiento está relacionada con la temperatura de inactivación de los ribosomas. Los lípidos de las membranas de los termófilos tienen un mayor porcentaje de ácidos grasos insaturados.
Como contrapartida a su resistencia a la temperatura, las bacterias termófilas tienen requisitos de nutrientes muy estrictos, de manera que si no se cumplen, el crecimiento se verá muy afectado.
Las cinéticas de primer orden se pueden explicar fácilmente, ya que debido a una mínima lesión en la membrana, se podrá destruir la bacteria, mientras que las lesiones en otros orgánulos no explican esas cinéticas.
Como contrapartida a su resistencia a la temperatura, las bacterias termófilas tienen requisitos de nutrientes muy estrictos, de manera que si no se cumplen, el crecimiento se verá muy afectado.
Las cinéticas de primer orden se pueden explicar fácilmente, ya que debido a una mínima lesión en la membrana, se podrá destruir la bacteria, mientras que las lesiones en otros orgánulos no explican esas cinéticas.
Ver también: Parte I | Parte II | Parte III | Parte IV | Parte V | Parte VI | Parte VII | Parte VIII | Parte IX | Parte X
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