Oxígeno disuelto

¿Qué es el oxígeno disuelto?

El oxígeno disuelto es la cantidad de oxígeno molecular presente en un líquido y disponible para células, microorganismos y reacciones químicas. En los bioprocesos, este parámetro indica el equilibrio entre el oxígeno transferido desde la fase gaseosa al medio de cultivo y el oxígeno consumido por la actividad metabólica.

El oxígeno disuelto suele identificarse con la sigla DO, procedente del inglés dissolved oxygen. Su concentración puede expresarse en miligramos por litro, partes por millón o porcentaje de saturación. En biorreactores y microbiorreactores, el porcentaje de saturación se utiliza con frecuencia para monitorear y controlar cultivos aeróbicos.

¿Cómo se mide el oxígeno disuelto?

La medición puede realizarse mediante sensores electroquímicos u ópticos. Los sensores electroquímicos, como las sondas polarográficas, miden una corriente eléctrica relacionada con la reducción del oxígeno en un electrodo. Pueden consumir una pequeña cantidad de oxígeno durante el análisis y requieren cuidados con sus membranas y electrolitos.

Los sensores ópticos, también llamados optodos, utilizan un material luminiscente cuya respuesta cambia ante la presencia de oxígeno. No consumen oxígeno durante la lectura y pueden incorporarse a placas de microtitulación, matraces, biorreactores y otros recipientes de cultivo.

La elección del sensor debe considerar el intervalo de medición, el tiempo de respuesta, la temperatura, la presión, los requisitos de esterilización y la compatibilidad con el medio. La calibración y la compensación de temperatura son esenciales para obtener resultados confiables.

¿Qué factores afectan al oxígeno disuelto?

La solubilidad del oxígeno y su transferencia al líquido están influenciadas por diferentes factores:

• temperatura y presión del sistema;
• composición y flujo del gas suministrado;
• velocidad de agitación y diseño del impulsor;
• tamaño y distribución de las burbujas;
• viscosidad y composición del medio;
• concentración y actividad metabólica de las células;
• geometría y volumen de trabajo del biorreactor.

El aumento de la temperatura generalmente reduce la solubilidad del oxígeno. Durante el cultivo, el crecimiento de la biomasa puede elevar rápidamente el consumo y provocar limitación de oxígeno, aunque la aireación y la agitación permanezcan constantes.

Control del oxígeno disuelto en biorreactores

Cuando el valor medido cae por debajo del punto programado, el sistema de control puede aumentar la agitación, elevar el flujo de aire, enriquecer el gas con oxígeno o modificar la presión. Esta secuencia coordinada de respuestas se conoce como control en cascada.

El objetivo no siempre es mantener el valor más alto posible, sino conservar una concentración adecuada para el organismo y el proceso. Una cantidad insuficiente puede limitar el crecimiento o alterar la formación del producto. Un exceso puede aumentar el estrés oxidativo, favorecer la espuma y elevar los costos operativos.

Aplicaciones en laboratorios e industrias

El monitoreo de oxígeno disuelto se utiliza en fermentación microbiana, cultivo celular, producción de proteínas, desarrollo de vacunas, tratamiento de aguas residuales, acuicultura, control de calidad del agua e investigación ambiental.

En microbiorreactores, la medición paralela permite comparar cepas, medios y estrategias de alimentación. En escala industrial, este parámetro ayuda a controlar la transferencia de oxígeno e identificar cambios en el metabolismo o en el rendimiento del proceso.

¿Cuál es la diferencia entre oxígeno disuelto y oxígeno en la fase gaseosa?

El oxígeno de la fase gaseosa describe la composición de la atmósfera suministrada al sistema. El oxígeno disuelto indica cuánto oxígeno está disponible efectivamente en el líquido. Los valores están relacionados, pero también dependen de la transferencia de masa y del consumo celular.

¿Qué significa una saturación de oxígeno del 100 %?

Significa que el líquido alcanzó el equilibrio con una condición de referencia definida durante la calibración. No significa que el líquido esté compuesto por oxígeno puro. La concentración correspondiente varía con la temperatura, presión, salinidad y composición del gas.

¿Por qué disminuye el oxígeno disuelto durante el cultivo?

La reducción normalmente ocurre cuando el consumo de oxígeno por las células aumenta más rápido que su transferencia al medio. Una caída también puede indicar cambios en la agitación, aireación, viscosidad o funcionamiento del sistema.