Conclusiones sobre los biorreactores del grupo IV

Los patrones de flujo dentro de los lechos sólidos mixtos en los biorreactores SSF han recibido poca atención. A menudo se supone que el lecho está bien mezclado en tales biorreactores. Sin embargo, esto no necesariamente podría ser el caso. Por el contrario, puede haber patrones de circulación definidos y la eficacia de la mezcla puede ser diferente en diferentes regiones del lecho. Esto se ilustra mejor mediante el estudio de la mezcla dentro de un mezclador cónico de sólidos que fue realizado por Schutyser. Se utilizó el seguimiento de partículas de emisión de positrones para seguir la circulación de partículas individuales dentro del lecho. Tales estudios pueden dar información sobre los patrones de circulación de partículas dentro del lecho. Sin embargo, tenga en cuenta que tales estudios requieren acceso a equipos bastante sofisticados. Schutyser comparó los resultados experimentales obtenidos con el seguimiento de partículas de emisión de positrones con las predicciones realizadas usando un mezclado de partículas discretas. Una vez que este modelo ha sido validado, puede utilizarse para predecir patrones de flujo.

La caída de presión ha sido poco estudiada en biorreactores continuamente mezclados, vigorosamente aireados. No se espera que sea un problema, ya que la acción de mezcla debe aplastar las hifas sobre la superficie de la partícula, impidiendo que crezcan en los espacios entre partículas. Igualmente, la aparición de grietas en el lecho no debería ser un problema ya que las partículas no estarán unidas entre sí. Sin embargo, el flujo preferencial podría ocurrir debido a las diferencias en la altura del lecho causado por:

La acción de mezcla.

Por ejemplo, en el biorreactor cónico, la rotación de la cuchilla mezcladora helicoidal hace que los lados del lecho sean más altos que el centro, por la sección vertical del lecho. El aire fluirá preferentemente a través del centro de la cama.

El diseño del propio biorreactor. Por ejemplo, en el biorreactor, la curvatura de la base del biorreactor significa que la altura del lecho varía en función de la posición, incluso si la parte superior del lecho es horizontal. En este caso el aire fluirá preferentemente a través de los lados donde la cama es más delgada.

Además, el agitador puede causar canales transitorios abiertos mientras mezcla el lecho. En otras palabras, cuando el agitador se mueve, puede dejar un hueco detrás de él. A pesar de que el lecho sólido puede colapsar más tarde para llenar el hueco, el aire fluirá preferentemente a través del hueco mientras esté abierto.

De hecho, existen pocos ejemplos de uso a gran escala de biorreactores mezclados continuamente, con aireación forzada. Tal vez esto no es sorprendente. La mayoría de los procesos SSF implican hongos filamentosos, y muchos de estos no tolerarán bien la mezcla continua.

Sin embargo, hay excepciones: en el trabajo de Nagel, en el que se cultivó Aspergillus oryzae en granos de trigo, parece que el hongo creció debajo de la capa de semilla y, por lo tanto, se protegió de las fuerzas de cizallamiento, Aunque por supuesto esto habría significado disponibilidad restringida de O2.

Por otra parte, los procesos que implican bacterias deben tolerar un buen mezclado y por lo tanto se puede esperar que tales procedimientos sean adecuados para el modo de operación de mezcla continua.

Todavía no hay conocimiento suficiente para permitir un juicio sobre si la agitación mecánica o la agitación basada en gas (es decir, los lechos fluidizados con gas sólido) será mejor para el modo de operación continuamente mezclado.