Biorreactores de tornillo y cintas transportadoras
Los transportadores de tornillo y transportadores de cinta, que son ejemplos de biorreactores de flujo tubular continuo (CTFB), pueden mover sólidos con mezcla casi cero en la dirección de flujo. Cuando se desea mezclar, que es a menudo el caso, los mezcladores estáticos o dinámicos pueden mezclar el lecho en la dirección radial y, si se desea, también en la dirección axial. La subsección actual se centra en la situación sin mezcla axial. Debido a la falta de mezcla de la espalda, no es posible la inoculación interna, sin embargo, la inoculación externa puede hacerse reciclando una parte del producto fermentado, evitando la necesidad de un proceso separado para la producción de inóculo.
Gibbons investigó un biorreactor continuo de tipo tornillo para la producción de etanol de combustible a gran escala a partir de diversos sustratos sólidos tales como remolacha forrajera y sorgo dulce. Su sistema no fue aireado y solo se pudieron realizar fermentaciones anaeróbicas o microaerofílicas. Además, los espacios vacíos entre las partículas sólidas contenían cantidades significativas de líquido, lo que significa que el proceso representaba realmente un caso límite entre SSF y una «fermentación en suspensión». En cualquier caso, su biorreactor podría ser adaptado para procesos verdaderos de SSF, aunque habría que incorporar un sistema de aireación para el cultivo de organismos aerobios.
Algunos de los fermentadores de producción de koji a gran escala pueden trabajar en este modo. Por ejemplo, el fermentador de disco giratorio puede ser accionado de una manera en la que el disco giratorio actúa como una cinta transportadora circular. A medida que los discos giran lentamente, las partículas se transfieren desde el disco superior al disco inferior. El espacio vacío en el disco superior se llena con partículas recién inoculadas. Cada partícula que entra en el disco superior pasa el mismo tiempo antes de ser transferida al disco inferior. Cada partícula que entra en el disco inferior pasa entonces el mismo tiempo antes de ser cosechada. Se han reportado tasas de producción de hasta 4150 kg h-1. Los CSSFB de tipo torre utilizados en ciertos procesos de compostaje operan de una manera similar, con un flujo semicontinuo de sustrato de una cámara a la siguiente.
Patrones de flujo: Modelos de flujo real
Como para cualquier otro reactor químico continuo, el flujo de materiales desde la entrada a la salida de una CSSFB podría caer potencialmente entre los regímenes de flujo de enchufe ideales y de mezcla perfecta. En el flujo de tapón, todas las partículas tienen el mismo tiempo de residencia dentro del biorreactor cuando se mueven a lo largo de trayectorias paralelas a la misma velocidad. Por otra parte, si las partículas se mezclan paralelas a la dirección del flujo, pueden pasar diferentes longitudes de tiempo en el reactor. En otras palabras, diferentes partículas pueden tener diferentes tiempos de residencia.
En un reactor completamente mezclado, la distribución del tiempo de residencia para la población de partículas es amplia, algunas partículas pueden salir casi inmediatamente después de entrar, mientras que otras pueden permanecer dentro del reactor durante más tiempo.
Teóricamente, para que todas las partículas de sustrato fermentadas que salgan de una CSSFB tengan el crecimiento máximo posible y la formación del producto, cada partícula debe pasar la misma cantidad de tiempo en el biorreactor entre cuando se inocula en la entrada de sólidos y cuando se cosecha en la Salida de sólidos. La importancia de esto se puede ver en un ejemplo simple. Supongamos que requiere 24 h, medido desde el momento de la inoculación, para que el microorganismo sobre una partícula de sustrato particular produzca la máxima actividad de una enzima deseada, y que la actividad enzimática se desprenda después de 24 h debido a la desnaturalización o degradación por proteasas. En este caso, cualquier partícula que salga de una CSSFB con tiempos de residencia menores o mayores de 24 h tendrá una actividad enzimática menor que el valor máximo posible. En tal caso, sería deseable que la distribución del tiempo de permanencia fuera lo más estrecha posible, con una media de 24 h.