¿Es válido el «enfoque isotérmico en los biorreactores»?
La dependencia de la tasa de crecimiento sobre la temperatura predicha por una ecuación desarrollada usando los datos obtenidos por el enfoque isotérmico podría no ser el comportamiento demostrado durante un proceso SSF real. Hay una diferencia significativa entre el «enfoque isotérmico» y un proceso SSF a gran escala: la temperatura en el proceso SSF no permanece constante; Más bien, varía en función del tiempo. Comienza típicamente en la temperatura óptima para el crecimiento, y durante los primeros períodos la temperatura está cerca de la temperatura óptima. Un organismo que experimenta un aumento de la temperatura desde el óptimo a decir 5 ° C por encima del óptimo muy probablemente sería más saludable que un organismo que alcance la misma temperatura durante las últimas etapas de la fermentación. En este último caso, el organismo ha sido recientemente expuesto a temperaturas de hasta 10 ° C por encima del óptimo, lo que muy probablemente ha tenido efectos deletéreos sobre la estructura celular y el metabolismo. El enfoque isotérmico no predice esto, sino que asume que la constante de crecimiento específica constante en cualquier instante dado es simplemente una función de la temperatura en ese instante.
Es muy probable que la historia reciente de las temperaturas experimentadas por el microorganismo influya en su tasa de crecimiento actual. Por ejemplo, las enzimas intracelulares pueden desnaturalizarse a altas temperaturas, y puede tomar algún tiempo para reemplazarlas, lo que significa que las altas tasas de crecimiento no pueden ser restablecidas inmediatamente, incluso si el organismo es devuelto a la temperatura óptima. Otra posibilidad es que la senescencia o la esporulación puedan ser desencadenadas y, una vez desencadenadas, pueden ser irreversibles, aunque en el ínter el organismo vuelva a la temperatura óptima. Por otro lado, los microorganismos tienen mecanismos de adaptación a temperaturas más altas. Se producen diversas proteínas de choque térmico y se inducen procesos que conducen a un cambio en la composición lipídica de la membrana. Estos podrían tomar varias horas después de una elevación de la temperatura para entrar en efecto, pero entonces el crecimiento podría acelerar. Por desgracia, hay muy poca información disponible en la literatura sobre el efecto sobre la cinética de crecimiento de lo que podría llamarse «excursiones de temperatura sub-letal». En ausencia de más información, la mejor estrategia actual es utilizar el enfoque isotérmico.
Recientemente, se ha propuesto un modelo que es capaz de describir efectos retardados de la temperatura. Por el momento este modelo no ha sido suficientemente validado para tener la confianza de que predecirá con exactitud las tasas de crecimiento en una amplia gama de condiciones, sin embargo, sí sugiere una estrategia general por la que se podrían desarrollar modelos futuros.
Incorporación del efecto de la actividad del agua sobre el crecimiento en biorreactores
Se ha utilizado un concepto similar al enfoque isotérmico para determinar los efectos de la temperatura para determinar el efecto de la actividad del agua sobre el crecimiento. Se incuban diversos cultivos en diversas atmósferas de humedad relativa controlada (en la que el sustrato está preequilibrado, de modo que su actividad de agua es igual al porcentaje de humedad relativa dividido por 100). El perfil de crecimiento de cada cultivo se analiza para determinar los parámetros de la ecuación cinética. Estos parámetros se representan en función de la actividad del agua y se ajusta una ecuación empírica. Este enfoque se denomina aquí «enfoque isohídrico».
De hecho, el efecto de la actividad del agua sobre las tasas de crecimiento en sistemas reales de SSF ha sido relativamente poco estudiado. En lugar de esto, muchos estudios que involucran hongos caracterizan el efecto de la actividad del agua en la tasa de expansión radial de las colonias. Además, no se ha hecho ningún esfuerzo para analizar el efecto sobre el crecimiento de las variaciones en la actividad del agua durante el ciclo de crecimiento.