Biorreactores en columnas en baño de agua
Este sistema, que implica pequeñas columnas sumergidas en un baño de agua, ha llegado a ser conocido como «columnas Raimbault», después de su uso por Maurice Raimbault en la década de 1980. Este sistema permite la aireación forzada del lecho de sustrato y por lo tanto proporciona un mejor control de la composición de la fase gaseosa dentro del lecho que puede obtenerse con fermentaciones llevadas a cabo en matraces.
Las columnas deben ser relativamente delgadas, posiblemente sólo de 1-2 cm de ancho, con el fin de minimizar gradientes de temperatura radiales. Obsérvese que Saucedo-Castaneda. Y otros investigadores encontraron gradientes de temperatura radiales significativos en una columna de 6 cm de diámetro. La altura de la columna puede variar entre 10-20 cm o incluso más, aunque cuanto más alta sea la columna, más probable será que se construya un baño de agua especial.
Es importante saturar el aire entrante para minimizar el secado del lecho en la columna, ya que no es práctico añadir agua al lecho durante la fermentación. Típicamente esto requerirá al menos dos etapas de humidificación. Obsérvese que el control de la temperatura también es importante para minimizar la evaporación, ya que si se permitiera que la temperatura del lecho aumentara por encima de la temperatura del aire de entrada, el aire se calentaría y evaporaría el agua del lecho, incluso si estuviera saturado en la entrada de aire.
También es importante regular el flujo de aire a cada columna independientemente, con un rotámetro separado en cada línea. Si se usara un único colector, entonces, en ausencia de controles individuales, cualquier diferencia en la resistencia al flujo a través de las diversas columnas daría lugar a diferentes columnas que recibieran diferentes velocidades de flujo.
Las columnas enteras se retiran del lecho y se sacrifican como muestras para análisis. Por supuesto, cuando se retira la columna, su línea de aire debe estar cerrada y puede ser necesario regular el flujo de aire a través de las columnas restantes. En el análisis de la columna que se elimina como muestra, puede ser interesante comprobar la homogeneidad del crecimiento con la altura, dividiendo la muestra en varias bandas que se analizan por separado, en lugar de mezclar el contenido completo del lecho.
El gas de salida de cada columna puede analizarse por separado, permitiendo que el proceso de crecimiento sea monitoreado sobre la base del consumo de O2 o la evolución del CO2. Esto será más simple si está disponible un sistema de conmutación automático para encender cada uno de los caudales de aire de salida a través del analizador a su vez.
Comparación de los dos sistemas
La mayoría de los laboratorios ya tienen una incubadora, por lo que el sistema de matraz / incubadora es típicamente el más barato de aplicar. Sin embargo, el control de la fase de aire en el lecho es obviamente mejor en el sistema de columna / baño de agua.
Si se dispone de suficiente espacio de incubación, es más fácil aumentar el número de matraces que el número de columnas, lo que puede requerir la construcción o compra de más baños de agua e, incluso si hay baños de agua disponibles, requerirá la construcción de más columnas. Debido a estas consideraciones, el sistema de matraz típicamente permite más repeticiones en la misma fermentación que el sistema de columnas.
La supervisión en línea del crecimiento a través del metabolismo del gas que el sistema de columnas permite es ventajosa, ya que el metabolismo del gas, especialmente el consumo de O2, está íntimamente ligado a la producción de calor y los datos sobre la tasa de producción de calor serán necesarios dentro del balance energético en el biorreactor modelo.