Alimentación controlada por enzimas del microbiorreactor
Un método enzimático es un método técnico simple, económico y fácil de aplicar para alimentar glucosa en microbiorreactores. En este enfoque, se añaden al medio de cultivo almidón y enzimas hidrolíticas, como la amilasa y la maltasa. La amilasa descompone el almidón en glucosa y maltosa. La maltosa se convierte en glucosa por la maltasa. A concentraciones de almidón suficientemente altas, la tasa de liberación de glucosa depende de la cantidad de enzimas activas en el caldo de cultivo. Se puede ajustar fácilmente cambiando la concentración de la enzima. Este método de liberación de sustrato enzimático se aplicó en un sistema de entrega automática de sustrato disponible comercialmente. En este sistema, se utiliza un gel de dos fases. La primera capa de agar contiene almidón. Sobre la primera capa, se coloca una segunda capa de agar sin almidón para mejorar el control de liberación si el almidón se difunde fuera del agar. El gel de agar de dos fases se puede fijar en el fondo de los matraces de agitación o las placas de microtitulación. En presencia de glucoamilasas, el almidón se degrada a glucosa, que es metabolizada por los microorganismos. Un inconveniente del sistema de liberación de sustrato enzimático es que está limitado a la glucosa como sustrato. Este sistema no se puede utilizar para microorganismos productores de amilasa, ya que, en presencia de otras amilasas, la liberación de glucosa se volverá indefinida. Además, si hay proteasas presentes durante el cultivo, la glucosidasa puede degradarse y, posteriormente, se inhibe la liberación del sustrato. Debe observarse que los valores óptimos de temperatura y pH pueden limitar significativamente la aplicabilidad de un sistema de liberación de sustrato enzimático. Se desarrolló una versión mejorada de este sistema de liberación enzimática de glucosa. En lugar de usar una fase de gel, se usa un polímero que es completamente soluble en soluciones acuosas. Los cultivos de P. pastoris con un promotor AOX1 inducible por metanol se realizaron con éxito utilizando este sistema de liberación mejorada. Al aplicar la alimentación enzimática de glucosa, se han evitado las fases de inanición de carbono entre los pulsos de metanol comúnmente aplicados. Como resultado, se alcanzaron mayores densidades celulares y una actividad del producto tres veces mayor (lipasa fúngica). También se usó un sistema de liberación de glucosa controlado enzimáticamente para el cultivo de P. pastoris alimentado por lotes. En esta aplicación, se usó un medio de cultivo basado en un medio Syn6, que contiene un polímero de glucosa soluble. Después de la adición de glucosidasa al medio de cultivo, se inicia la liberación de glucosa.
Alimentación de microbiorreactores continuos por bombas nitiadas.
Un cultivo continuo de microorganismos tiene algunas ventajas en comparación con el modo de operación de biorreactores por lotes o por lotes. Los biorreactores operados de manera continua) proporcionan condiciones de cultivo constantes (estado estable) durante largos períodos de tiempo. Por lo tanto, son adecuados para investigar y cuantificar las propiedades específicas de las cepas microbianas debido al hecho de que algunos microorganismos reaccionan de manera sensible a los cambios del medio ambiente. Para los bioprocesos continuos convencionales, se utilizan principalmente biorreactores de tanque agitado. Para garantizar una condición de cultivo similar en la producción y el cribado, la aplicación de microbiorreactores con agitación es altamente adecuada. Sin embargo, los microbiorreactores con agitación tienen costos de inversión relativamente altos y son apenas adecuados para aplicaciones de alto rendimiento. El tiempo para alcanzar el equilibrio y las condiciones de operación en estado estable es demasiado largo para la detección eficiente de microorganismos. En contraste, los sistemas continuos de microbiorreactores agitados ofrecen la posibilidad de una experimentación rápida y rentable de alto rendimiento. Los cultivos continuos paralelos pueden llevarse a cabo en un sistema de biorreactor de agitación paralela continua (CosBios) presentado por Akgün. La alimentación de una bomba peristáltica multicanal se aplica en este sistema. Se obtiene un gran número de datos experimentales en un experimento si se ajustan diferentes condiciones de operación en los recipientes de cultivo agitados en paralelo. Se demostró que los resultados de los cultivos de S. cerevisiae en este sistema concuerdan bien con los resultados obtenidos en un biorreactor de tanque agitado de 1 litro operado de manera continua. La concentración de biomasa de un cultivo continuo de C. glutamicum en el sistema de biorreactor CosBios se representa sobre la tasa de dilución. Hasta una tasa de dilución de aproximadamente 0,38 h − 1, el valor de la concentración de biomasa es constante en 5 g l − 1y la concentración de glucosa está cerca de 0gl − 1. A tasas de dilución más altas, el lactato se forma debido a la limitación de oxígeno. Simultáneamente, la concentración de biomasa disminuye y la concentración de glucosa aumenta debido a la reducción del crecimiento microbiano en la limitación de oxígeno. Recientemente, el sistema de biorreactor continuo agitado en paralelo se extendió y se aplicó con éxito en cultivos repetidos de bacterias para la producción de vinagre. Se demostró que los sistemas permitían un cultivo totalmente automatizado y rentable de ocho cultivos en lote repetidos paralelos.