Biorreactor de tambor giratorio continuo (CRDB)

Este tipo de fermentador es similar al del grupo de tanque agitado, pero difiere de la manera en que se consigue el mezclado: el CRDB consiste en un cilindro que gira horizontalmente alrededor de su eje. Los fermentadores de este tipo caen entre biorreactores perfectamente mezclados y biorreactores de flujo instantáneo y, por tanto, pueden denominarse biorreactores de flujo mixto. De hecho, como en los equipos de secado sólido de esta forma, pueden tener dispositivos internos que promuevan la mezcla hacia adelante y hacia atrás. Estos dispositivos podrían ser mezcladores estáticos o mezcladores dinámicos, que agitan y transportan el sólido internamente dentro del recipiente.

Las variables de diseño y operación de los CRDB son similares a las de los CSTB. Sin embargo, el hecho de que el tambor gire sin el movimiento de un agitador interno produce características particulares en los mecanismos de agitación. El número, la forma y la posición de los deflectores son factores importantes que afectan al flujo a través del tambor y consecuentemente al comportamiento de este dispositivo. Además de la eliminación de calor por convección al aire que fluye a través del espacio de cabeza, se pueden probar diferentes estrategias para eliminar el calor metabólico residual del lecho de sólidos de fermentación. Por ejemplo, la parte inferior de la pared externa del recipiente podría sumergirse en un baño de agua.

La velocidad de rotación del tambor y el ángulo de inclinación del cuerpo del equipo respecto a la horizontal son factores muy importantes que afectan a la mezcla y transporte de sólidos. Las velocidades de rotación tan bajas como 2 a 3 rpm se usan comúnmente en sistemas discontinuos, aunque también se han reportado mayores velocidades. El sustrato ocupa normalmente 10% a 40% del volumen del biorreactor.

Van de Lagemaat y Pyle utilizaron un CRDB de 1 m de largo con un diámetro de 8 cm. Al ajustar la disposición de deflectores y la inclinación del eje central del biorreactor a la horizontal, lograron una mezcla casi perfecta de partículas de sustrato sólido no inoculadas. El objetivo principal de este diseño era conseguir suficiente mezcla de vuelta de modo que la alimentación estéril pudiera ser inoculada por las partículas fermentadas dentro del tanque biorreactor, de tal manera que se eliminara la necesidad de un sistema de inoculación externo. Sin embargo, la eficacia de tal «retro-inoculación» todavía no ha sido investigada directamente. Además, como se explicará más adelante, puede haber problemas con la uniformidad del producto en CSSFBs de mezcla posterior.

Se probó un tipo especial de CRDB para la fermentación de una mezcla de residuos de engorde y maíz grueso agrietado. El dispositivo biorreactor de 91,5 cm de largo tenía un diámetro de 22,8 cm y consistía en tres cámaras alineadas axialmente y separadas por mamparos. Cada mamparo tenía un orificio situado centralmente para permitir el paso unidireccional del sustrato de fermentación secuencialmente a través de las cámaras. Cada cámara tenía varios deflectores para asegurar una mezcla perfecta de los sólidos de fermentación dentro de la cámara y por lo tanto este fermentador actuaba como tres biorreactores continuos perfectamente mezclados en serie. La fermentación dura hasta dos meses con este aparato. Un biorreactor a escala piloto de este tipo que tiene tres cámaras de 468 litros también se usó en la Universidad de Illinois.